專利名稱：一種屈服強(qiáng)度960MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度鋼板及其制造方法，具體的說是一種屈服強(qiáng)度960MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
屈服強(qiáng)度960MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼板已廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件，對(duì)于提高設(shè)備效率、降低能耗和減少自重起到了重要作用，適應(yīng)了工程機(jī)械不斷向高參數(shù)化、大型化和輕型化方向發(fā)展的要求。目前960MPa級(jí)鋼板的主流生產(chǎn)工藝為離線調(diào)質(zhì)處理，即熱軋后進(jìn)行離線淬火和回火，為保證鋼板的淬透性，即在鋼板整個(gè)厚度截面獲得均勻的馬氏體組織，鋼中通常需添加較多碳和其它合金元素，這不僅提高了合金化成本，而且對(duì)于鋼板韌塑性和焊接性不利。例如，申請(qǐng)專利“屈服強(qiáng)度960MPa級(jí)焊接結(jié)構(gòu)鋼”(申請(qǐng)?zhí)?200810197585.5)采用離線調(diào)質(zhì)工藝，鋼中加入了 0.4-0.6wt%Mo和0.14-0.19wt%C ;申請(qǐng)專利“屈服強(qiáng)度960MPa以上低成本工藝操作窗口寬的超高強(qiáng)度鋼板制造方法”(申請(qǐng)?zhí)?201010246776.3)也采用離線調(diào)質(zhì)工藝，鋼中加入了 0.38-0.42wt%Cr、0.28-0.32wt%N1、0.35-0.45wt%Mo、
0.35-0.41wt%Cu、0.28 -0.42wt%Ni 及 0.12-0.14wt%C。另外，離線調(diào)質(zhì)工藝流程長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低、能耗高，這導(dǎo)致鋼板成本進(jìn)一步提高。近些年來，采用控制軋制和在線淬火工藝生產(chǎn)超高強(qiáng)度鋼板得到了冶金企業(yè)的重視。該工藝能夠充分利用控軋時(shí)奧氏體形變對(duì)淬火馬氏體組織的細(xì)化作用來提高鋼板強(qiáng)韌性，因而與傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)板相比可以減少合金元素加入量。同時(shí)，在線淬火工藝無需重新加熱淬火，生產(chǎn)流程短，能耗低，代表了高強(qiáng)度鋼板生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展方向。申請(qǐng)專利“一種屈服強(qiáng)度960MPa級(jí)鋼板及其制造方法”(申請(qǐng)?zhí)?201210090873.7)采用了在線淬火和在線回火工藝，鋼中碳含量和貴重合金含量較低，焊接碳當(dāng)量較低，鋼板低溫韌性優(yōu)異，-40°C沖擊功可達(dá)80J以上。然而，該專利存在如下不足之處:一是在鋼板淬火后需要采用在線感應(yīng)加熱回火，該工藝是采用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)鋼板在線快速加熱，可以細(xì)化回火過程中析出的碳化物粒子，改善鋼板韌性。但迄今為止全球只有日本JFE鋼鐵公司配備中厚板在線感應(yīng)加熱裝置，國(guó)內(nèi)鋼廠尚不具備生產(chǎn)條件；(2)鋼中Mn含量較高，達(dá)到1.60-2.20wt%,而相關(guān)高強(qiáng)度鋼板標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定Mn含量通常不高于
1.6wt.%。這是因?yàn)镸n屬于易偏析合金元素，提高M(jìn)n含量將惡化鑄坯中心偏析和微觀偏析程度，加劇帶狀組織、中心脆性相的形成傾向，不利于鋼板的韌性和塑性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種屈服強(qiáng)度960MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼板及其制造方法，采用低碳和多元少量合金成分設(shè)計(jì)，通過控軋軋制和在線淬火工藝生產(chǎn)960MPa超高強(qiáng)度鋼板，克服傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)工藝流程長(zhǎng)、能耗高、合金加入量大的技術(shù)問題。本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案:一種屈服強(qiáng)度960MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼板，其化學(xué)成分重百分比為:C:0.06
0.11%, Si:0.10 0.50%, Mn:1.20 1.60%, P:< 0.015%, S:< 0.005%, Cr:0.20 0.50%,Ni:0.10 0.30%, Mo:0.10 0.30%, Nb:0.02 0.05%, V:0.02 0.06%, T1:0.008 0.03%, B:0.0005 0.003%, Al:0.02 0.05%，余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明各元素的作用及配比依據(jù)如下:碳:具有顯著的固溶強(qiáng)化作用，提高鋼的淬透性，但碳對(duì)鋼的沖擊韌性尤其是上平臺(tái)沖擊功非常不利，還明顯損害焊接性能，因此，本發(fā)明涉及的鋼板采用低碳成分設(shè)計(jì)，碳含量范圍為0.06 0.1lwt.%。硅:鋼中脫氧元素之一，同時(shí)具有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，但過量的Si將惡化鋼的韌性及焊接性能，綜合上述考慮，本發(fā)明鋼硅含量范圍為0.10 0.50wt.%。錳:明顯提高鋼的淬透性，具有一定的固溶強(qiáng)化作用，但Mn含量過高時(shí)，其在鑄坯中的偏析傾向增加，另外對(duì)焊接性能不利，基于上述原因，本發(fā)明鋼Mn含量范圍為:1.20-1.60wt.%。鑰:顯著提高鋼的淬透性，抑制P、S等雜質(zhì)元素在晶界的偏聚而降低回火脆性；回火過程中Mo還與微合金元素共同析出形成復(fù)合微合金碳氮化物，能夠提高析出物的熱穩(wěn)定性，細(xì)化其尺寸，從而提高沉淀強(qiáng)化作用。Mo含量太低時(shí)，上述作用效果不明顯，超過0.30wt.%時(shí)，成本較高。因此，本發(fā)明鋼Mo含量范圍為0.10-0.30wt.%。鈮:軋制過程中固溶于奧氏體中的Nb和形變誘導(dǎo)析出碳氮化鈮粒子顯著提高奧氏體未再結(jié)晶溫度，Nb是獲得薄餅狀未再結(jié)晶奧氏體的最有效元素，固溶于奧氏體的Nb還能夠提高淬透性，回火過程中沉淀析出的碳氮化鈮粒子具有沉淀強(qiáng)化作用，Nb含量應(yīng)控制在0.02-0.05wt.%以內(nèi)，低于0.02wt.%則上述作用不明顯，高于0.05wt.%則上述作用達(dá)到飽和。釩:軋鋼過程中V主要以固溶態(tài)存在于奧氏體中，具有一定的提高淬透性作用，回火過程中析出的碳氮化釩粒子還具有明顯沉淀強(qiáng)化作用，根據(jù)本發(fā)明鋼的強(qiáng)度水平和需要提供的沉淀強(qiáng)化增量，V含量范圍為0.02 0.06wt.%。鉻:提高鋼的淬透性和耐大氣腐蝕性能，但較高的Cr將降低焊接性能，應(yīng)控制在0.20 0.50wt.% 范圍內(nèi)。鎳:提高鋼的淬透性，改善低溫韌性，提高鋼的抗大氣腐蝕性能，但其價(jià)格價(jià)高，應(yīng)控制在0.10 0.30wt.%范圍內(nèi)。硼:偏聚于奧氏體晶界及其它晶體缺陷處，加入微量B即可顯著提高淬透性，但硼含量超過0.003%后上述作用飽和，而且還可能形成各種對(duì)熱加工性能和韌性不利的含B析出相，因此硼含量應(yīng)控制在0.0005-0.003wt.%范圍內(nèi)。鈦:本發(fā)明鋼中加入少量Ti是為了形成納米級(jí)尺寸的TiN粒子，可以細(xì)化鑄坯加熱過程中奧氏體晶粒；Ti含量應(yīng)控制在0.008-0.03wt.%范圍內(nèi)，低于0.008wt.%所形成TiN數(shù)量較少，細(xì)化晶粒作用很?。籘i含量較高將形成微米級(jí)尺寸的液析TiN，不僅不能起到細(xì)化晶粒作用，而且對(duì)鋼板韌性有害。鋁:鋁是強(qiáng)脫氧元素，還可與N結(jié)合形成A1N，能夠起到細(xì)化晶粒作用。磷和硫:鋼中雜質(zhì)元素，顯著降低塑韌性和焊接性能，其含量應(yīng)分別控制在0.015wt.% 和 0.005wt.% 以內(nèi)。屈服強(qiáng)度960MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼板的制造方法，包括以下步驟:
㈠采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉及爐外精煉，鋼水澆注成連鑄坯；
㈡將連鑄坯裝入加熱爐中加熱，加熱溫度為1150_1280°C，時(shí)間為1_5小時(shí)；㈢加熱后進(jìn)行兩階段軋制工藝，粗軋終軋溫度為1050-1150°C ;精軋開軋溫度880-980 °C，終軋溫度為750-880 °C ;軋后直接淬火冷卻，冷速為15-35 °C /s，終冷溫度(3500C ;淬火冷卻后對(duì)鋼板進(jìn)行矯直；㈣對(duì)軋后鋼板進(jìn)行回火處理，回火加熱溫度為450_650°C，保溫時(shí)間20_100min。本發(fā)明在化學(xué)成分上，采用低碳和多元少量合金設(shè)計(jì)以降低鋼板合金化成本和提高其韌性；在生產(chǎn)工藝上，采用高效、節(jié)能的控制軋制和在線淬火工藝，充分利用控軋軋制對(duì)奧氏體狀態(tài)的調(diào)節(jié)作用，獲得具有高缺陷密度的扁平化奧氏體，進(jìn)而在后續(xù)直接淬火過程中獲得細(xì)化的板條馬氏體組織。控制軋制和在線淬火工藝控制原理如下:在鑄坯加熱階段，控制奧氏體化溫度，高于微合金元素Nb、V的全固溶溫度但低于奧氏體發(fā)生反常晶粒長(zhǎng)大溫度，獲得細(xì)小均勻的原始奧氏體組織。采用兩階段控軋工藝，在粗軋階段，適當(dāng)降低粗軋溫度、提高道次壓下量，實(shí)施再結(jié)晶控軋，通過反復(fù)再結(jié)晶細(xì)化奧氏體；精軋階段在奧氏體未再結(jié)晶溫度(Tnr)以下變形，獲得薄餅狀?yuàn)W氏體，該薄餅狀?yuàn)W氏體內(nèi)含有大量缺陷，增加了后續(xù)馬氏體相變阻力，有助于馬氏體亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化。在線淬火階段，冷卻速度要高于形成板條馬氏體或板條貝氏體(下貝氏體)臨界冷速，終冷溫度低于鋼的板條馬氏體或板條貝氏體(下貝氏體體)轉(zhuǎn)變開始溫度(Ms或Bs)，以獲得細(xì)小、高位錯(cuò)密度的板條馬氏體或板條貝氏體(下貝氏體)組織。對(duì)軋后鋼板在熱處理爐中進(jìn)行回火，回火過程中發(fā)生微合金碳氮化物在馬氏體或貝氏體基體中的沉淀析出。這些析出相一方面阻礙位錯(cuò)回復(fù)，使基體中位錯(cuò)密度保持在較高水平，另一方面起到沉淀強(qiáng)化作用，因此能夠顯著提高鋼板的回火穩(wěn)定性。總之，本發(fā)明采用低碳和多元少量合金成分設(shè)計(jì)，通過控軋軋制和在線淬火工藝生產(chǎn)960MPa超高強(qiáng)度鋼板，克服了傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)工藝流程長(zhǎng)、能耗高、合金加入量大等不足，而且所生產(chǎn)鋼板具有良好 的韌性和冷彎性能。


圖1是實(shí)施例1的光學(xué)微觀組織圖。圖2是實(shí)施例1的EBSD晶界圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1-3本發(fā)明涉及的960MPa級(jí)超強(qiáng)度鋼板的化學(xué)成分如表I所示。按表I所示化學(xué)成分進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉和爐外精煉并澆注成連鑄坯，將連鑄坯加熱后進(jìn)行中厚板軋機(jī)軋制，軋后對(duì)鋼板進(jìn)行直接淬火。鑄坯加熱溫度、粗軋終軋溫度、精軋開軋溫度、精軋終軋溫度等主要工藝參數(shù)見表2。實(shí)施例鋼板強(qiáng)度、_40°C沖擊功、延伸率等性能指標(biāo)在表3中列出。表I本發(fā)明實(shí)施例1-3的960MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼的化學(xué)成分(wt.%)
權(quán)利要求
1.一種屈服強(qiáng)度960MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼板，其特征在于:其化學(xué)成分重百分比為:C:0.06 0.11%, Si:0.10 0.50%, Mn:1.20 1.60%, P:< 0.015%, S:< 0.005%, Cr:0.20 0.50%, N1:0.10 0.30%, Mo:0.10 0.30%, Nb:0.02 0.05%, V:0.02 0.06%,Ti:0.008 0.03%, B:0.0005 0.003%, Al:0.02 0.05%，余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的屈服強(qiáng)度960MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼板的制造方法，其特征在于:包括以下步驟: (-)采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉及爐外精煉，鋼水澆注成連鑄坯； ㈡將連鑄坯裝入加熱爐中加熱，加熱溫度為1150-1280°C，時(shí)間為1-5小時(shí)； ㈢加熱后進(jìn)行兩階段軋制工藝，粗軋終軋溫度為1050-115(TC ;精軋開軋溫度880-980 °C，終軋溫度為750-880 °C ;軋后直接淬火冷卻，冷速為15-35 °C /s，終冷溫度(3500C ;淬火冷卻后對(duì)鋼板進(jìn)行矯直； ㈣對(duì)軋后鋼板 進(jìn)行回火處理，回火加熱溫度為450-650°C，保溫時(shí)間20-100min。
全文摘要
本發(fā)明是一種屈服強(qiáng)度960MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼板及其制造方法，其化學(xué)成分C0.06～0.11%，Si0.10～0.50%，Mn1.20～1.60%，P＜0.015%，S＜0.005%，Cr0.20～0.50%，Ni0.10～0.30%，Mo0.10～0.30%，Nb0.02～0.05%，V0.02～0.06%，Ti0.008～0.03%，B0.0005～0.003%，Al0.02～0.05%，余為Fe。通過兩階段控制軋制、直接淬火和回火，獲得細(xì)化的回火馬氏體或下貝氏體組織，克服了傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)工藝流程長(zhǎng)、能耗高、合金加入量大等不足，而且鋼板具有良好的韌性和冷彎性能。
文檔編號(hào)C22C38/58GK103233183SQ201310136229
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者車馬俊, 崔強(qiáng), 吳年春, 尹雨群, 雍岐龍, 孫新軍, 李昭東, 鄧偉, 李恒坤 申請(qǐng)人:南京鋼鐵股份有限公司