專利名稱：：一種低溫韌性優(yōu)異的低碳當量高強度厚鋼板及制造方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于冶金領域，涉及一種厚鋼板生產，具體地說是一種低溫韌性優(yōu)異的低碳當量高強度厚鋼板及制造方法。
背景技術：
：隨著我國鐵路橋梁、高層建筑、壓力容器等工程結構向大型化、安全性高、整體性好的方向發(fā)展，對高強度厚鋼板的力學性能和使用性能的要求不斷提高，特別是要求這類鋼板具有優(yōu)異的低溫沖擊韌性和良好的焊接性能，國內外已有低合金高強度厚鋼板生產技術，往往采用較高的碳含量設計，如碳含量為0.130.20%，使碳當量偏高，鋼板的低溫沖擊韌性和焊接性能惡化，為了提高高強度厚鋼板的低溫韌性，還往往采用軋后正火熱處理方法，增加了能源消耗和生產成本。國內外也有低碳微合金高強度厚鋼板的控軋控冷生產技術，一般采用較低的碳含量設計，如碳含量為0.050.09%，并加入較高的微合金化元素，如同時加入0.030.05%的Nb、0.030.06%的V和0.0100.020%的Ti，盡管使低溫韌性和焊接性能改善，但增加了合金資源消耗和生產成本。為了使厚度4075mm的高強度厚鋼板，在兼顧屈服強度達到Q345Q390、-40°C低溫沖擊功達到彡200J、碳當量達到Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15^0.40%，獲得良好的綜合力學性能和焊接性能，同時降低能源和資源消耗，必須對高強度厚鋼板的化學成分和控軋控冷工藝參數(shù)進行新的探索。
發(fā)明內容為解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種低溫韌性優(yōu)異的低碳當量高強度厚鋼板及制造方法。該低碳當量高強度厚鋼板碳當量低，采用控軋控冷工藝，綜合力學性能良好，低溫沖擊韌性優(yōu)異，無需熱處理；制造方法工藝簡便、生產成本低、性能質量穩(wěn)定。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的一種低溫韌性優(yōu)異的低碳當量高強度厚鋼板，其特征在于所述鋼板的化學成分重量百分比為c0.0900.120%,Mn1.201.60%,Si0.100.40%,P彡0.015%,S彡0.005%,Nb0.0100.030%,V0.0100.030%,Al0.0200.035%，余量為Fe及不可避免的雜質；且化學成分重量百分比符合碳當量Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15彡0.40%。一種低溫韌性優(yōu)異的低碳當量高強度厚鋼板的制造方法，其特征在于該方法采用控軋控冷工藝得到低碳當量高強度厚鋼板，具體如下(1)軋制工藝具有上述化學成分、厚度為220260mm的連鑄坯料，加熱溫度為12001240°C，保溫時間為240270min，出爐溫度為11801220°C；軋制方法采用奧氏體再結晶區(qū)和奧氏體未再結晶區(qū)兩階段控制軋制，粗軋每道次壓下率1020%，終軋溫度10001050°C，粗軋成1.72.0倍成品厚度的中間坯，精軋開軋溫度為860880°C，每道次壓下率為812%。(2)軋后冷卻工藝采用層流冷卻，終冷溫度625725°C，冷卻速率510°C/s。(3)高溫下線緩冷工藝鋼板熱矯后置于冷床冷卻，下線溫度400450°C。本發(fā)明在生產厚度4075mm的Q345級高強度厚鋼板時，軋后層流冷卻的終冷溫度控制在675725°C，冷卻速率控制在47°C/s。在生產厚度4075mm的Q390級高強度厚鋼板時，軋后層流冷卻的終冷溫度控制在625675°C，冷卻速率控制在710°C/s。由于鋼的化學成分是影響力學性能和焊接性能的關鍵因素之一，本發(fā)明為了使所述鋼獲得優(yōu)異的低溫沖擊韌性和良好的焊接性能，對所述鋼的化學成分及碳當量進行了特別的限定，主要原因在于1、碳是影響低合金高強度中厚鋼板力學性能和焊接性能的主要元素，當碳含量高于0.12%時，所述鋼在TMCP交貨狀態(tài)下，-40°C沖擊功偏低，同時，在鋼的焊接近縫區(qū)形成高碳M-A島，硬度較高且數(shù)量較多，降低韌性，另外，還使鋼的碳當量偏高，焊接冷裂紋敏感性增加。但是，當碳含量低于0.08%時，要使鋼的強度達到Q345Q390級，必須添加較高的合金成分。因此，碳含量宜控制在0.080.12%的范圍內。2、錳在所述鋼和焊接近縫區(qū)中推遲奧氏體向鐵素體的轉變，對細化鐵素體，提高強度和韌性有利。當錳的含量低于1.20%時，上述作用不顯著，使強度和韌性偏低。當錳的含量高于1.60%時，易在連鑄坯和軋態(tài)厚鋼板中形成嚴重的帶狀偏析和帶狀珠光體組織，造成接頭部位層狀撕裂。因此，錳含量應控制在1.201.60%的范圍內。3、硅在連鑄坯加熱時在氧化鐵皮/鋼基本界面上生成層狀鐵橄欖石(Fe2SiO4)，當溫度低于1170°C時，F(xiàn)e2SiO4呈固相，使氧化鐵皮(FeO)對鋼基體附著力增加而降低除鱗效果，在后續(xù)軋制過制中氧化鐵皮壓入鋼板而造成表面缺陷，因此，硅的含量不宜高于0.25%；但由于硅是煉鋼時最有效的脫氧元素之一，當硅含量低于0.10%時，鋼水易被氧化。因此，硅含量應控制在0.100.25%的范圍內。4、硫和磷嚴重損害所述鋼和焊接近縫區(qū)的低溫韌性。因此，硫、磷含量應分別控制在彡0.005%和彡0.015%以下。5、微量鈮的溶質拖曳作用和Nb(C，N)對奧氏體晶界的釘扎作用，均抑制形變奧氏體的再結晶，結合TMCP，可以細化鐵素體晶粒，但過高的鈮，促進連鑄坯產生表面裂紋，且促進焊接近縫區(qū)形成粗大的M-A島，因此，鈮含量應控制在0.0100.030%的范圍內。6、釩在所述鋼中與氮結合形成VN粒子，VN粒子在鋼板層流冷卻的返紅過程中析出，可提高鋼的強度。當釩的含量低于0.010%時，上述作用不顯著。但是，隨著釩含量的增加，焊接近縫區(qū)中M-A島脆性相有增多的趨勢，降低焊接性能，其含量不宜超過0.030%。因此，釩含量應控制在0.0100.030%。7、鋁是煉鋼過程中一種重要的脫氧元素，即使在鋼水中加入微量的鋁，也可以有效減少鋼中的夾雜物含量，并細化晶粒。但過多的鋁，會在鋼中“奪走”過多的氮，削弱釩的作用，因此，鋁含量應控制在0.0200.035%。另外，由于對所述鋼采用控軋控冷工藝進行生產時，層流冷卻的終冷溫度和冷卻速度也是影響鋼板強度和低溫韌性的關鍵因素。隨著終冷溫度降低、冷卻速度增加，鋼板內部鐵素體晶粒細化，使強度提高的同時，低溫韌性也相應改善。因此，厚度4075mm的Q345級高強度厚鋼板時，所述鋼的終冷溫度控制在675725°C，冷卻速率控制在47°C/s；厚度4075mm的Q390級高強度厚鋼板時，所述鋼的終冷溫度控制在625675°C，冷卻速率控制在710°C/s。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明所述的一種低溫韌性優(yōu)異的低碳當量高強度厚鋼板，碳當量Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15^0.40%，具有良好的焊接性能。2、本發(fā)明所述的一種低溫韌性優(yōu)異的低碳當量高強度厚鋼板，采用控軋控冷工藝生產時，厚度4075mm的Q345級和Q390級高強度厚鋼板在表層下1/4處的_40°C縱向沖擊功彡200J、表層下1/4處的_40°C縱向沖擊功彡140J。3、本發(fā)明制造方法工藝簡便，性能質量穩(wěn)定。本發(fā)明厚鋼板碳當量低，采用控軋控冷工藝，綜合力學性能良好，低溫沖擊韌性優(yōu)異，無需熱處理，生產成本低。圖1是本發(fā)明所述低碳當量高強度厚鋼板表層的金相組織是由準多邊形鐵素體和貝氏體構成的混合組織，其中貝氏體百分含量約占60%的示意圖。圖2是本發(fā)明所述低碳當量高強度厚鋼板表層下1/4處的金相組織是由多邊形鐵素體和珠光體構成，晶粒度達到89級的示意圖。圖3是本發(fā)明所述低碳當量高強度厚鋼板表層下1/2處的金相組織是由多邊形鐵素體和珠光體構成，晶粒度達到89級的示意圖。具體實施例方式以下結合具體實施例對本發(fā)明涉及的一種低溫韌性優(yōu)異的低碳當量高強度厚鋼板及制造方法作進一步的詳細描述。按本發(fā)明所述方法，試制了6爐試驗鋼，作為實施例。工藝流程為轉爐冶煉一LF精煉一RH真空處理一鋼坯連鑄一鋼坯驗收一表面清理一鋼坯加熱一高壓水除鱗一粗軋機軋制一中間坯待溫一精軋機軋制一ACC—矯直一高溫下線緩冷一探傷一檢查一入庫。連鑄坯料厚度為260mm，坯料化學成分見表1。表1本發(fā)明實施例的化學成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表1可以看出，按照本發(fā)明制備的6種試驗鋼，化學成分均符合本發(fā)明所述要求。鋼坯按所述方法，采用控軋控冷工藝生產厚度4075mm的低合金高強度厚鋼板，主要工藝要點如下(1)軋制工藝坯料加熱溫度為12001240°C，保溫時間為240270min，出爐溫度為11801220°C；軋制方法采用奧氏體再結晶區(qū)和奧氏體未再結晶區(qū)兩階段控制軋制，粗軋每道次壓下率1020%，終軋溫度10001050°C，粗軋成1.72.0倍成品厚度的中間坯，精軋開軋溫度為860880°C，每道次壓下率為812%。(2)軋后冷卻工藝采用層流冷卻，終冷溫度625725°C，冷卻速率510°C/s。其中軋制Q345級鋼板時，終冷溫度控制在675725°C，冷卻速率控制在47°C/s；軋制Q390級鋼板時，終冷溫度控制在625675°C，冷卻速率控制在710°C/s。(3)高溫下線緩冷工藝鋼板熱矯后置于冷床冷卻，下線溫度400450°C。對各實施例試驗鋼板和比較鋼取樣，按照GB/T13239-2006標準，采用MTSNEW810型拉伸試驗機，以3mm/min恒定的夾頭移動速率進行拉伸，測試橫向拉伸性能，取樣部位為板厚的1/4處，試驗結果取2個試樣的平均值。按照GB/T229-2007標準，采用NCS系列500J儀器化擺錘式沖擊試驗機，測試-20°C、-40°C、-6(rC和_80°C夏比沖擊功，取樣部位為板厚的1/4處，試驗結果取3個試樣的平均值。鋼板力學性能測試結果見表2。表2本發(fā)明實施例的實物性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>可以看出，按照本發(fā)明生產的試驗鋼，實施例13和46不同板厚的鋼板屈服強度分別達到Q345和Q390級，_40°C夏比沖擊功均在200J以上。權利要求一種低溫韌性優(yōu)異的低碳當量高強度厚鋼板，其特征在于所述鋼板的化學成分重量百分比為C0.090～0.120％，Mn1.20～1.60％，Si0.10～0.40％，P≤0.015％，S≤0.005％，Nb0.010～0.030％，V0.010～0.030％，Al0.020～0.035％，余量為Fe及不可避免的雜質；且化學成分重量百分比符合碳當量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.40％。2.—種權利要求1所述的低溫韌性優(yōu)異的低碳當量高強度厚鋼板的制造方法，其特征在于該方法采用控軋控冷工藝得到低碳當量高強度厚鋼板，具體如下(1)軋制工藝厚度220260mm的連鑄坯加熱溫度12001240°C，保溫時間240270min，出爐溫度11801220°C；采用奧氏體再結晶區(qū)和奧氏體未再結晶區(qū)兩階段控制軋制，粗軋每道次壓下率1020%，終軋溫度10001050°C，粗軋成1.72.0倍成品厚度的中間坯，精軋開軋溫度為860880°C，每道次壓下率為812%；(2)軋后冷卻工藝采用層流冷卻，終冷溫度625725°C，冷卻速率412°C/s；(3)高溫下線緩冷工藝鋼板熱矯后置于冷床冷卻，下線溫度400450°C。3.根據(jù)權利要求2所述的低溫韌性優(yōu)異的低碳當量高強度厚鋼板的制造方法，其特征在于生產厚度4075mm的Q345級高強度厚鋼板時，軋后層流冷卻的終冷溫度控制在675725°C，冷卻速率控制在47°C/s。4.根據(jù)權利要求2所述的低溫韌性優(yōu)異的低碳當量高強度厚鋼板的制造方法，其特征在于生產厚度4075mm的Q390級高強度厚鋼板時，軋后層流冷卻的終冷溫度控制在625675°C，冷卻速率控制在710°C/s。全文摘要本發(fā)明公開了一種低溫韌性優(yōu)異的低碳當量高強度厚鋼板及制造方法。鋼板中的化學成分重量百分數(shù)為C0.090～0.120％，Mn1.20～1.60％，Si0.10～0.40％，P≤0.015％，S≤0.005％，Nb0.010～0.030％，V0.010～0.030％，Al0.020～0.035％，余量為Fe及不可避免的雜質。軋制工藝為厚度220～260mm連鑄坯加熱溫度1200～1240℃，保溫時間240～270min，出爐溫度1180～1220℃；采用兩階段控制軋制，軋后采用層流冷卻，終冷溫度625～725℃，冷卻速率5～10℃/s，高溫下線溫度400～450℃。本發(fā)明厚鋼板碳當量低，采用控軋控冷工藝，綜合力學性能良好，低溫沖擊韌性優(yōu)異，無需熱處理，生產成本低。文檔編號B21B37/74GK101831586SQ201010160508公開日2010年9月15日申請日期2010年4月30日優(yōu)先權日2010年4月30日發(fā)明者劉利剛,張益紅,楚覺非,王從道,王青峰,范益,趙亞娟,車馬俊,邱紅雷申請人:南京鋼鐵股份有限公司;燕山大學