專利名稱：一種屈服強度690MPa級高強度鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低合金高強度鋼領(lǐng)域，特別涉及一種屈服強度690MPa級的高強度鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
一般認為，屈服強度大于345MPa的鋼板稱為高強度鋼板。隨著工程機械、煤礦機械向裝備大型化、輕量化、重載荷等方向發(fā)展，高強度鋼板用量呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，強度級別提高也很快，傳統(tǒng)的工程機械用高強度鋼板主要以固溶強化、析出強化為主來提高強度，其中碳及合金元素含量較高，大多為調(diào)質(zhì)處理。焊接時需不同程度的焊前預(yù)熱和焊后熱處理，不僅增加了鋼企的生產(chǎn)成本，同時又增加了下游用戶的生產(chǎn)成本。目前，TMCP技術(shù)在鋼材生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，通過合理設(shè)計合金元素含量和控軋控冷參數(shù)實現(xiàn)相變強化、細晶強化和亞晶強化等強化機制，獲得鋼材強度、塑性、韌性和可焊性的良好匹配。 中國專利CN1218115公開了 “銅硼系低碳及超低碳貝氏體高強鋼”，其成分設(shè)計上采用超低碳至低碳、低量銅及Nb-Ti-B的復(fù)合加入，利用銅硼等元素促使貝氏體相變，同時利用ε -Cu和Nb、Ti復(fù)合沉淀析出作用獲取高強度；不足之處是添加了 Cu元素，增加了冶煉和連鑄難度。中國專利CNl 280206公開了“ 一種超低碳微合金高強鋼”，它的具體化學(xué)成分為C 0. 005-0. 015%, Si :0. 10-0. 50%, Mn :1. 0-1. 6%、P 彡 O. 030%, S 彡 O. 030%, Nb O. 02-0. 06%, Ti :0. 005-0. 040%，余為Fe。它是在普通低碳微合金鋼的基礎(chǔ)上通過適當(dāng)調(diào)整鋼中的C含量并配以合理的工藝手段可使簡單成分系的微合金鋼的屈服強度達到SOOMPa ;不足之處是增加了碳含量，惡化了焊接性能。中國專利CN101353759A公開了 “屈服強度550MPa級低裂紋敏感性鋼板及其制造方法”其化學(xué)成分為 C 0. 005-0. 04%, Si 0. 40-0. 70%, Mn 1. 40-1. 85%, Cr ( O. 20%,Mo ^ O. 20 Cu ^ O. 30 Ni ^ O. 20 Nb 0. 04-0. 08 %、Al 0. 02-0. 06 Ti O. 004-0. 030%、B :0. 0005-0. 0020%，采用TMCP和控制冷卻技術(shù)獲得了強度韌性塑性良好匹配的以貝氏體為主的鋼板。不足之處是強度為550MPa級別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用低碳微合金化設(shè)計、顯著降低碳當(dāng)量(Ceq)和焊接裂紋敏感指數(shù)(PcJ、屈服強度彡690Mpa、抗拉強度彡770Mpa、延伸率彡14%，且具有良好低溫沖擊韌性，生產(chǎn)成本低、使用成本低的一種屈服強度690MPa級高強度高韌性鋼板及其制造方法。本發(fā)明的一種屈服強度690MPa級高強度鋼板及其制造方法技術(shù)方案如下本發(fā)明一種屈服強度690MPa級的高強度鋼板的化學(xué)成分按重量百分比為C :0· 04 O. 09 %、Si :0· 25 O. 50 %、Mn :I. 4 I. 7 %、P :彡 O. 020 %、S :彡 O. 010%,Cr :彡 O. 45%、Mo 彡 O. 20%,Nb :0. 04 O. 05%,V :0. 05 O. 07%,Ti :0. 005 O. 020%,B 0. 0005 O. 0025%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明選擇的主要合金元素及其數(shù)量在本發(fā)明鋼中的作用碳(C):碳對鋼的強度、低溫沖擊韌性、焊接性能產(chǎn)生顯著影響。碳含量過低會使NbC生成量降低，影響控軋效果，也會增大冶煉控制難度，碳含量過高，又會增加碳當(dāng)量和焊接裂紋敏感指數(shù)，惡化鋼的焊接性能。因此，本發(fā)明設(shè)定的最佳碳含量為O. 04 O. 09%。硅(Si):本發(fā)明中硅含量控制在O. 25 O. 50%，硅主要以固溶強化形式提高鋼的強度，超過O. 5%時，會造成鋼的韌性下降。錳(Mn):本發(fā)明中錳含量控制在1.4 1.7%，錳的成本低廉，并且錳能促使貝氏體的轉(zhuǎn)變，其固溶強化作用會使鋼的抗拉強度大幅度上升，因此本發(fā)明中把錳作為主要合金元素。
·作昂貴合金元素的替代品來促進沿整個鋼板厚度方向上的顯微組織均勻性。硼也可增大鑰和鈮對鋼淬透性的提高作用，因而硼的加入可使低碳當(dāng)量的鋼獲得高的強度，范圍控制在O. 0005 O. 0025%。鑰(Mo)和鉻(Cr):鑰存在于鋼的固溶體和碳化物中，有固溶強化作用，并可提高鋼的淬透性。尤其在含硼鋼中，鑰對淬透性的影響尤為顯著，在相當(dāng)大的冷卻速度范圍內(nèi)可獲得全部是貝氏體的組織。當(dāng)鑰與鈮同時加入時，鑰在控制軋制過程中可增大對奧氏體再結(jié)晶的抑制作用，進而促進奧氏體顯微組織的細化。但過多的鑰會損害焊接時形成的熱影響區(qū)的韌性，降低鋼的可焊性.鑰價格昂貴，為了降低成本，本發(fā)明用鉻替代了部分鑰，鉻含量不超過O. 45%，鑰含量不超過O. 20%。鉻也是提高淬透性的有效元素，同時也可顯著提高鋼的耐腐蝕性能。鈮(Nb):鈮的加入是為了促進鋼材軋制顯微組織的晶粒細化，這可同時提高強度和韌性，存在鑰的條件下，鈮可在控制軋制過程中通過抑制奧氏體再結(jié)晶有效地細化顯微組織，并通過析出強化和提高淬透性使鋼得以強化。鋼中含硼的條件下，鈮的共同存在可提高淬透性。微量鈮析出物是保證超低碳貝氏體鋼組織及性能回火穩(wěn)定性的主要原因。焊接過程中，鈮、硼原子的偏聚及析出可以阻礙加熱時奧氏體晶粒的粗化，并保證焊接后得到比較細小的熱影響區(qū)組織。鈮、硼等元素有強烈的相互作用，它們的同時加入大幅度改變鋼種的相變溫度，保證貝氏體相變在更低溫度下進行，最終實現(xiàn)超細組織的形成。釩(V) :V是強烈的碳氮化物形成元素，它通過形成碳化物阻止奧氏體晶粒長大而細化晶粒，提高鋼材的常溫和高溫強度。在高溫回火過程中V的析出可使鋼的強度增加150MPa以上。但V含量過高時，析出物數(shù)量增加，尺寸增大，從而導(dǎo)致鋼的韌性降低。本發(fā)明鋼V含量控制在O. 05 O. 07%。鈦(Ti):鈦可形成細小的鈦的碳、氮化物顆粒，在板坯再加熱過程中可通過阻止奧氏體晶粒的粗化從而得到較為細小的奧氏體顯微組織。另外，鈦的氮化物顆粒的存在可抑制焊接熱影響區(qū)的晶粒粗化。因而，鈦可同時提高基體金屬和焊接熱影響區(qū)的低溫韌性。它可以阻止游離氮由于形成了硼的氮化物而對鋼的淬透性產(chǎn)生的不利影響，含量不超過O. 02%為宜。本發(fā)明的一種屈服強度690MPa級高強度鋼板的制造方法如下I、加熱和軋制
在加熱過程中，加熱溫度1180 1220°C，保溫時間為120 180min。采用兩階段控制軋制工藝，即奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制。在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制時，開軋溫度為1130 1180°C，第I 2道次壓下量應(yīng)大于10%，其余至少有I 2道次壓下率控制在20 40%，用以細化原始奧氏體晶粒；在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制時，開軋溫度900 950°C，累積壓下率大于60%，目的是為了保證其在未再結(jié)晶區(qū)有足夠的變形量，在變形的奧氏體內(nèi)有更高密度的位錯累計，為鐵素體相變提供更有利的形核條件。較大的變形也有利于Nb的碳氮化合物的析出，由于變形誘導(dǎo)析出的作用，較大的道次變形率將有利于析出物的形成并且使其更加細小和彌散，同時，細小和彌散的析出物及其釘扎作用為鐵素體提供高密度的形核地點并且阻止其長大和粗化，這對于鋼的強度與韌性都起到有利的作用。將終軋溫度控制在未再結(jié)晶區(qū)的低溫段，同時該溫度區(qū)接近相變點Ar3,即終軋溫度為810 840°C。2、冷卻軋制結(jié)束后，鋼板進入加速冷卻裝置，按15 27°C /S的速度冷卻至400°C以下。由于鋼板在軋制過程中積累了密度很高的位錯和極高的應(yīng)變能，高密度的位錯將與Nb的 析出物Nb(CN)粒子相互作用，在軋制完成至加速冷卻的空冷(馳豫)過程中，這種相互作用促使在奧氏體晶粒內(nèi)部形成大量細小的多邊形位錯胞結(jié)構(gòu)，Nb原子在位錯墻上的偏聚以及大量微細Nb(CN)在位錯胞壁上的析出，穩(wěn)定了這種具有一定取向差的多邊形胞狀結(jié)構(gòu)。同時，一個道次的較大變形具有誘導(dǎo)鐵素體相變的作用，在這種誘導(dǎo)作用下，Ar3點有所提高，即出現(xiàn)所謂“應(yīng)變誘導(dǎo)相變”現(xiàn)象，在未再結(jié)晶溫度區(qū)較大的變形量，將有利于針狀鐵素體的晶內(nèi)形核，同時會使貝氏體基體上的馬氏體島分布更加均勻彌散，最終得到板條狀貝氏體或馬氏體、Μ/A島、少量針狀鐵素體的整合組織。3、回火熱處理根據(jù)實驗結(jié)果確定鋼板的最佳回火溫度為450 480 V,保溫時間為20min+tX2. 5min/mm,其中t為鋼板厚度，單位為mm。本發(fā)明的有益效果為I、通過合理設(shè)計化學(xué)成分，大幅度降低C含量，并且以Mn、Cr和B等元素替代部分Mo和Ni等貴重元素，降低了合金成本；摒棄了傳統(tǒng)的調(diào)質(zhì)工藝轉(zhuǎn)而采用TMCP+回火工藝，降低了工序成本。2、通過合理的化學(xué)成分設(shè)計，并采取上述工藝可以得到一種屈服強度690MPa以上，抗拉強度770MPa以上，延伸率14%以上，且具有良好低溫沖擊韌性和焊接性能的鋼板。


圖I為本發(fā)明實施例I鋼板的金相組織圖。
具體實施例方式以下用實施例對本發(fā)明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發(fā)明最佳實施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實施例I按表I所示的化學(xué)成分冶煉，并澆鑄成鋼錠，將鋼錠加熱至1220°C，保溫150分鐘，在實驗軋機上進行第一階段軋制，即奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，開軋溫度為1170°C，第I 2道次壓下量應(yīng)大于10%，其次至少有I 2道次壓下率控制在20 40%，當(dāng)軋件厚度為60mm時，在輥道上待溫至900°C，隨后進行第二階段軋制，即奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制。終軋溫度為840°C，成品鋼板厚度為20mm。軋制結(jié)束后，鋼板進入加速冷卻(ACC)裝置，以25°C /s的速度冷卻至400°C，出水后冷床冷卻。之后對鋼板進行回火熱處理，回火溫度480°C，保溫時間為20min+tX2. 5min/mm,其中t為鋼板厚度，單位為mm。實施例2實施方式同實施例1，其中加熱溫度為1200°C，保溫150分鐘，第一階段軋制的開 軋溫度為1160°C，軋件厚度為54mm，第二階段軋制的開軋溫度為910°C，終軋溫度為830°C，成品鋼板厚度為18_ ;鋼板冷卻速度為25°C /s,終冷溫度為400°C。之后對鋼板進行回火熱處理，回火溫度480°C,保溫時間為20min+tX2. 5min/mm,其中t為鋼板厚度,單位為mm。
實施例3實施方式同實施例1，其中加熱溫度為1200°C，保溫150分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1150°C，軋件厚度為48mm ;第二階段軋制的開軋溫度為910°C，終軋溫度為840°C，成品鋼板厚度為16mm ;鋼板冷卻速度為27°C /s,終冷溫度為380°C。之后對鋼板進行回火熱處理，回火溫度480°C,保溫時間為20min+tX2. 5min/mm,其中t為鋼板厚度,單位為mm。表I本發(fā)明實施例I 3的化學(xué)成分(wt % )
權(quán)利要求
1.一種屈服強度690MPa的高強度高韌性鋼板及其制備方法，其特征在于，所述鋼板的化學(xué)成分按重量百分比為c :0. 04 O. 09%、Si :0. 25 O. 50%、Mn :1. 4 I. 7%、P :彡 O. 020 %、S :彡 O. 010 %、Cr 彡 O. 45 %、Mo 彡 O. 20 %、Nb :0· 04 O. 05 %、V 0. 05 O.07%,Ti :0. 005 O. 020%,B :0. 0005 O. 0025%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2.一種如權(quán)利要求I所述的屈服強度690MPa的高強度高韌性鋼板的制造方法，其特征在于 按照權(quán)利要求I所述的的化學(xué)成分冶煉，并澆鑄成鋼錠，將鋼錠制造成所述鋼板的方法如下 1)、加熱和軋制 (a)、在加熱過程中，加熱溫度為1180 1220°C，保溫時間為120 180min； (b)、軋制軋制分為第一階段和第二階段軋制 第一階段在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，軋制過程中，開軋溫度為1130 1180°C，第I 2道次壓下量應(yīng)大于10%，其余至少有I 2道次壓下率控制在20 40% ; 第二階段在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，開軋溫度900 950°C，軋制過程中，累積壓下率大于60%，終軋溫度為810 840°C ； 2)、冷卻 在冷卻過程中，鋼板進入加速冷卻裝置，以20 27°C /s的速度冷卻至400°C以下，出水后空冷； 3)、回火熱處理 鋼板回火溫度控制在450 480°C，保溫時間為20min+tX2. 5min/mm，其中t為鋼板厚度，單位為mm。
全文摘要
本專利提供了一種屈服強度690MPa高強度高韌性鋼板及其制備方法，屬于低合金高強鋼領(lǐng)域，所述鋼板的化學(xué)成分按重量百分比為C0.04～0.09％、Si0.25～0.50％、Mn1.4～1.7％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr≤0.45％、Mo≤0.20％、Nb0.04～0.05％、V0.05～0.07％、Ti0.005～0.020％、B0.0005～0.0025％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。采用低碳微合金化設(shè)計，通過TMCP+回火工藝，獲得了細化貝氏體為主的基體組織，從而獲得了強度、塑性和韌性的良好匹配，本發(fā)明鋼可廣泛用于工程機械、煤礦機械等領(lǐng)域。
文檔編號C22C38/38GK102888565SQ201210365929
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月22日
發(fā)明者楊雄, 史文義, 袁曉鳴, 王海明, 張輝, 路璐, 任麗芳, 程德富 申請人:內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司