專利名稱：一種屈服強(qiáng)度960MPa級高強(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，具體地涉及一種屈服強(qiáng)度在960MPa以上的高強(qiáng)度鋼板及其制造方法。本發(fā)明鋼板具有較好的低溫韌性，適合作為汽車、工程機(jī)械等高強(qiáng)度耐沖擊的結(jié)構(gòu)件的高屈服強(qiáng)度鋼板。
背景技術(shù)：
低合金高強(qiáng)度鋼作為一種重要的鋼鐵材料，被廣泛應(yīng)用于汽車、礦山機(jī)械、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械及鐵路運輸?shù)炔块T。隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展，各類機(jī)械設(shè)備的復(fù)雜化、大型化及輕量化對該類鋼提出了更高的要求，即用于制造這些設(shè)備的低合金高強(qiáng)度鋼板不但要求具有更高的硬度、強(qiáng)度，而且還要求良好的韌性及成型性能。傳統(tǒng)工藝在生產(chǎn)低合金高強(qiáng)度鋼板時，多添加較多的Cu、N1、Cr和Mo等貴重合金元素，成本較高，目前高強(qiáng)度鋼開始向低成本經(jīng)濟(jì)型和高成本高性能方向發(fā)展。
目前在屈服強(qiáng)度960MPa以上高強(qiáng)度鋼領(lǐng)域已有一些相關(guān)產(chǎn)品和專利申請。
CN1840724A采用TMCP軋制，軋后水冷至Ms-Ms+100 °C，然后離線重新加熱至 350-550°C回火，得到的鋼板在_40°C的Akv為33-50J。
目前需要提供更經(jīng)濟(jì)且低溫韌性好的960MPa以上高強(qiáng)度鋼板。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種屈服強(qiáng)度在960MPa以上的高強(qiáng)度鋼中厚板，特別是厚度為6-25mm的鋼板。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的屈服強(qiáng)度為960MPa以上的高強(qiáng)度鋼板，其成分的重量百分比為C 0. 08-0. 12%, Si 0. 36-1. 00%, Mn :1. 2-1. 6%, P^O. 015%, S 彡 O. 010%, Al 0. 02-0. 04 %, Ti 0. 01-0. 03 %、N ≤ O. 006 %、Ca ≤ O. 005 %，以及 Cr ≤ O. 70 %， Ni ( O. 30%, Mo ( O. 30%中的I種以上，余量為鐵和不可避免雜質(zhì)。
優(yōu)選地，C0. 082-0. 12%。
優(yōu)選地，Si0. 5-1. 0%，更優(yōu)選 Si 0. 4-0. 97%。
優(yōu)選地，Mn:1. 2-1. 59%。
優(yōu)選地，P≤ O. 01%。
優(yōu)選地，S≤ O. 005%。
優(yōu)選地，Al0. 025-0. 039%。
優(yōu)選地，Ti0. 01-0. 02%，更優(yōu)選 Ti 0. 011-0. 019%。
優(yōu)選地，N≤ O. 005%。
優(yōu)選地，Ca≤ O. 002%。
優(yōu)選地，Cr0. 50-0. 70%，更優(yōu)選為 O. 50-0. 69%。
優(yōu)選地，Ni0. 15-0. 25%。
優(yōu)選地，Mo0. 15-0. 25%。
本發(fā)明的所述鋼板的組織為回火馬氏體和碳化物。優(yōu)選地，本發(fā)明的所述鋼板的組織中90%以上為回火馬氏體組織。
本發(fā)明中，除非另有指明，含量均指重量百分比含量。
本發(fā)明的另一個目的在于提供上述屈服強(qiáng)度為960MPa以上的高強(qiáng)度鋼板的制造方法，該方法包括
鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進(jìn)行連鑄成連鑄坯或模鑄并初軋成鋼坯；
連鑄坯或鋼坯于1150-1200°C加熱后進(jìn)行一道次或多道次軋制，總壓下率不低于 70% ;終軋溫度不低于860°C ；
軋后鋼板以大于Vmin至50°C /s的冷卻速度快速水冷至200_240°C溫度區(qū)間空冷 5-60s ;其中Vmin是獲得馬氏體的臨界冷速，按照LogVmin = 2. 94-0. 75P計算，P是硬化指數(shù)，按照 P = 2. 7C+0. 4Si+Mn+0. 45Ν +0. 8Cr+0. 45Cu+2Mo 計算。
鋼板進(jìn)入在線感應(yīng)加熱爐以1-10°C /s快速加熱至510_550°C回火15-25s，然后出爐空冷。
優(yōu)選地，終軋溫度為860_900°C。
優(yōu)選地，軋后鋼板以15_50°C /s的冷卻速度快速水冷至200_240°C溫度區(qū)間空冷 5-60so
本發(fā)明通過合適的成分設(shè)計、加熱、控制軋制、軋后快速冷卻和在線快速回火，使鋼板實現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、析出強(qiáng)化，提高了鋼板的強(qiáng)度、硬度，具有較高的低溫韌性， 組織呈現(xiàn)為回火馬氏體(可能還含有少量殘余奧氏體)和碳化物。6-25mm厚鋼板屈服強(qiáng)度彡960MPa，延伸率A5tl彡18%, -60°C的Akv彡50J，冷彎性能優(yōu)良，能夠滿足汽車、工程機(jī)械等行業(yè)對高強(qiáng)度鋼板的較高要求。采用上述成分設(shè)計和工藝控制方法制造的高強(qiáng)度鋼中厚板，具備較高的強(qiáng)度、很高的低溫韌性，優(yōu)良的冷彎性能，用戶加工成型方便。
本發(fā)明采用了適當(dāng)?shù)奶己?，適當(dāng)廉價的合金元素Si和Mn，添加較少的貴重合金元素Cr、Ni和Mo，不添加Cu、Nb、V、B等元素。具有明顯的合金成本優(yōu)勢，使得鋼板的合金成本大大降低。軋制上無需未再結(jié)晶區(qū)控軋，能降低軋機(jī)負(fù)荷，軋后采用較快冷速迅速冷至 200-240°C空冷5-60s，鋼板再進(jìn)入在線感應(yīng)加熱爐以1-10°C/s快速加熱至510-550°C回火 15-25S，然后出爐空冷。獲得90%以上的回火馬氏體組織。另外本發(fā)明采用在線低溫短時間回火，避免離線長時間再熱回火，使得鋼板的生產(chǎn)效率大大提高。低溫沖擊值-60°C Akv =60-100J，具有明顯的成本和技術(shù)優(yōu)勢。


圖1是本發(fā)明實施例1的6_厚高強(qiáng)度鋼板的典型金相組織照片。
圖2是本發(fā)明實施例5的25mm厚高強(qiáng)度鋼板的典型金相組織照片。
具體實施方式
以下通過結(jié)合實施例對本發(fā)明的特點和效果進(jìn)行較為詳細(xì)的說明。
為實現(xiàn)本發(fā)明的提供960MPa以上高強(qiáng)度鋼板的目的，本發(fā)明對成分進(jìn)行如下控制
碳確保鋼板強(qiáng)度的關(guān)鍵元素。對于要獲得組織為大部分馬氏體的鋼板而言，碳是最重要的元素，其可以顯著提高鋼板的淬透性。由于碳在奧氏體中有較高的溶解度，可以使奧氏體保持較高的穩(wěn)定性，降低鋼的Ms點，利于獲得一定量的殘余奧氏體。同時碳含量的提高能使強(qiáng)度和硬度上升，塑性下降。所以如果鋼板既要獲得高硬度，又要具備一定的韌性，那么碳含量必須綜合考慮。對于本發(fā)明的屈服強(qiáng)度960MPa強(qiáng)度級別而言，O. 08-0. 12% 的碳是合適的。優(yōu)選地，C :0. 082-0. 12%。
硅鋼中加硅能提高鋼質(zhì)純凈度和脫氧。硅在鋼中起固溶強(qiáng)化作用，其在奧氏體中的溶解度較大，提高硅含量有利于提高鋼的強(qiáng)度和硬度，同時硅能促進(jìn)相變時的排碳，使碳富集到殘余奧氏體中使之穩(wěn)定，配合軋后冷卻工藝能使鋼的塑型韌性有所提高。但硅含量過高會使鋼板加熱時的氧化皮粘度較大，出爐后除鱗困難，導(dǎo)致軋后鋼板表面紅色氧化皮嚴(yán)重，表面質(zhì)量較差。且高硅不利于焊接性能。綜合考慮硅各方面的影響，本發(fā)明硅含量為 O. 36-1. 00%。優(yōu)選地，Si 0. 5-1. 0%，更優(yōu)選 Si 0. 4-0. 97%。
錳錳穩(wěn)定奧氏體組織，其能力僅次于合金元素鎳，是廉價的穩(wěn)定奧氏體與強(qiáng)化合金元素，同時錳增加鋼的淬透性，降低馬氏體形成的臨界冷速。但錳具有較高的偏析傾向， 所以其含量不能太高，一般低碳微合金鋼中錳含量不超過2. O %。錳的加入量主要取決于鋼的強(qiáng)度級別。本發(fā)明錳的含量應(yīng)控制在1. 2-1.6%。錳在鋼中還和鋁一起共同起到脫氧的作用。優(yōu)選地，Mn :1. 2-1. 59%。
硫和磷硫在鋼中與錳等化合形成塑性夾雜物硫化錳，尤其對鋼的橫向塑性和韌性不利，因此硫的含量應(yīng)盡可能地低。磷也是鋼中的有害元素，嚴(yán)重?fù)p害鋼板的塑性和韌性。對于本發(fā)明而言，硫和磷均是不可避免的雜質(zhì)元素，應(yīng)該越低越好，考慮到鋼廠實際的煉鋼水平，本發(fā)明要求P彡O. 015%、S彡O. 010%。優(yōu)選地，P彡0.01%。優(yōu)選地， S 彡 O. 005%。
鋁強(qiáng)脫氧元素。為了保證鋼中的氧含量盡量地低，鋁的含量控制在 O. 02-0. 04%。脫氧后多余的鋁和鋼中的氮元素能形成AlN析出物，提高強(qiáng)度并且在熱處理加熱時能細(xì)化鋼的元素奧氏體晶粒度。優(yōu)選地，Al :0. 025-0. 039%。
鈦鈦是強(qiáng)碳化物形成元素，鋼中加入微量的Ti有利于固定鋼中的N，形成的TiN 能使鋼坯加熱時奧氏體晶粒不過分漲大，細(xì)化原始奧氏體晶粒度。鈦在鋼中還可分別與碳和硫化合生成TiC、TiS、Ti4C2S2等，它們以夾雜物和第二相粒子的形式存在。本發(fā)明鈦含量控制在 O. 010-0. 030% O 優(yōu)選地，Ti 0. 01-0. 02%，更優(yōu)選 Ti 0. 011-0. 019%。
鉻鉻提高鋼的淬透性，增加鋼的回火穩(wěn)定性。鉻在奧氏體中溶解度很大，穩(wěn)定奧氏體，淬火后在馬氏體中大量固溶，并在隨后的回火過程中會析出Cr23C7、Cr7C3等碳化物，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。為了保持鋼的強(qiáng)度級別，鉻可以部分代替錳，減弱高錳的偏析傾向。本發(fā)明可添加不大于O. 75%的鉻。優(yōu)選地，Cr :0. 5-0. 70%。
鎳穩(wěn)定奧氏體的元素，對提高強(qiáng)度沒有明顯的作用。鋼中加鎳尤其是在調(diào)質(zhì)鋼中加鎳能大幅提高鋼的韌性尤其是低溫韌性，同時由于鎳屬于貴重合金元素，所以本發(fā)明可添加不超過O. 30%的鎳元素。優(yōu)選地，N1:0. 15-0. 25%。
鑰鑰能顯著地細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。鑰能減少鋼的回火脆性，同時回火時還能析出非常細(xì)小的碳化物，顯著強(qiáng)化鋼的基體。由于鑰是非常昂貴的戰(zhàn)略合金元素，所以本發(fā)明中僅添加不超過O. 30%的鑰。優(yōu)選地，Mo :0. 15-0. 25%。
氮本發(fā)明不含Nb、V微合金元素，且主要以相變強(qiáng)化和回火碳化物析出強(qiáng)化為主要強(qiáng)化方式。小于等于60ppm含量的氮可以穩(wěn)定O. 01-0. 03 %的鈦形成TiN，此TiN能保證加熱時板坯的奧氏體晶粒不過分粗大。本發(fā)明中控制氮含量< 0.006%，優(yōu)選地， N 彡 O. 005%。
鈣本發(fā)明中加鈣主要是改變硫化物形態(tài)，改善鋼的橫向性能和冷彎性能。對于硫含量很低的鋼亦可不鈣處理。鈣含量小于等于O. 005%。優(yōu)選地，Ca ( O. 002%。
制造工藝過程對本發(fā)明產(chǎn)品的影響
轉(zhuǎn)爐吹煉和真空處理目的是確保鋼液的基本成分要求，去除鋼中的氧、氫等有害氣體，并加入錳、鈦等必要的合金元素，進(jìn)行合金元素的調(diào)整。
連鑄或模鑄保證鑄坯內(nèi)部成分均勻和表面質(zhì)量良好，模鑄的鋼錠需軋制成鋼坯。
加熱和軋制連鑄坯或鋼坯在1150-1200°C的溫度下加熱，一方面獲得均勻的奧氏體化組織，另一方面使鈦、鉻等的化合物部分溶解。在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)經(jīng)一道次或多道次軋制成鋼板，總壓下率不低于70%，終軋溫度不低于860°C ；
快速冷卻軋后鋼板以大于Vmin至50°C /s快速水冷至200_240°C溫度區(qū)間；在快速冷卻過程中，大部分的合金元素被固溶到馬氏體中。
回火鋼板進(jìn)入在線感應(yīng)加熱爐以1-10°C /s快速加熱至510_550°C回火15_25s， 然后出爐空冷。回火有助于析出強(qiáng)化和提高塑韌型和冷彎性能。
實施例
實施例1
按表I配比冶煉完成的鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進(jìn)行連鑄或模鑄，板坯厚度80mm， 所得坯料于1150°C加熱后，在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)經(jīng)多道次軋制，軋制成厚度為IOmm 的鋼板，總壓下率88%，終軋溫度為870°C，然后以35°C /s水冷至230°C再在線快速加熱至 500°C回火18s，然后空冷至室溫。本實施例的部分鋼板金相組織如圖1所示。
實施例2-5的詳細(xì)成分見表I和工藝過程如實施例1，工藝參數(shù)見表2。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度鋼板，其成分的重量百分比為C 0. 08-0. 12%, Si 0. 36-1.00%, Mn 1.2-1. 6%, P ^ O. 015%, S ^ O. 010%, Al 0. 02-0. 04%, Ti 0. 01-0. 03%,N ^ O. 006%,Ca ( O. 005%，以及Cr ( O. 70%,Ni ( O. 30%,Mo ( O. 30%中的I種以上，余量為鐵和不可避免雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于，C0. 082-0. 12%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于，Si0. 5-1. O %，更優(yōu)選Si O. 4-0. 97%。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于，Mn1. 2-1. 59%。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于，P< O. 01%。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于，S( O. 005%。
7.如權(quán)利要求1-6任一所述的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于，Al0. 025-0. 039%。
8.如權(quán)利要求1-7任一所述的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于，Ti0. 01-0. 02%，更優(yōu)選Ti O.011-0. 019%。
9.如權(quán)利要求1-8任一所述的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于，N^O.005%。
10.如權(quán)利要求1-9任一所述的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于，Ca( O. 002%。
11.如權(quán)利要求1-10任一所述的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于，Cr0. 50-0. 70%。
12.如權(quán)利要求1-11任一所述的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于，Ni0. 15-0. 25%。
13.如權(quán)利要求1-12任一所述的高強(qiáng)度鋼板，其特征在于，Mo0. 15-0. 25%。
14.如權(quán)利要求1-13任一所述的高強(qiáng)度鋼板，其組織為回火馬氏體和碳化物，優(yōu)選地，其中90%以上為回火馬氏體。
15.如權(quán)利要求1-14任一所述的高強(qiáng)度鋼板，其厚度為6-25mm，屈服強(qiáng)度彡960MPa，延伸率A5tl ^ 18%, -60°C的Akv彡50J，按照GB/T232-2010測試的冷彎性能優(yōu)良。
16.如權(quán)利要求1-15任一所述的高強(qiáng)度鋼板的制造方法，包括 鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進(jìn)行連鑄成連鑄坯或模鑄并初軋成鋼坯； 連鑄坯或鋼坯于1150-1200°C加熱后進(jìn)行一道次或多道次軋制，總壓下率不低于70%;終軋溫度不低于860°C ； 軋后鋼板以大于Vmin至50°C /s的冷卻速度快速水冷至200-240°C溫度，空冷5-60s ;其中Vmin是獲得馬氏體的臨界冷速，按照LogVmin = 2. 94-0. 75P計算，P是硬化指數(shù)，按照P=2. 7C+0. 4Si+Mn+0. 45Ν +0. 8Cr+0. 45Cu+2Mo 計算； 鋼板進(jìn)入在線感應(yīng)加熱爐以1-10°C/s快速加熱至510-550°C回火15-25s，然后出爐空冷。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，終軋溫度為860-900°C。
18.如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，軋后鋼板以15-50°C/s的冷卻速度快速水冷至200-240°C溫度區(qū)間空冷5-60S。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度鋼板，其成分的重量百分比為C0.08-0.12％，Si0.36-1.00％，Mn1.2-1.6％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al0.02-0.04％，Ti0.01-0.03％、N≤0.006％、Ca≤0.005％，以及Cr≤0.70％，Ni≤0.30％，Mo≤0.30％中的1種以上，余量為鐵和不可避免雜質(zhì)。其制造方法包括鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進(jìn)行連鑄成連鑄坯或模鑄并初軋成鋼坯；連鑄坯或鋼坯于1150-1200℃加熱后進(jìn)行一道次或多道次軋制，總壓下率不低于70％；終軋溫度不低于860℃；軋后鋼板以大于Vmin至50℃/s的冷卻速度快速水冷至200-240℃溫度區(qū)間空冷5-60s；鋼板進(jìn)入在線感應(yīng)加熱爐以1-10℃/s快速加熱至510-550℃回火15-25s，然后出爐空冷。得到的6-25mm厚鋼板屈服強(qiáng)度≥960MPa，延伸率A50≥18％，-60℃的Akv≥50J，冷彎性能優(yōu)良，適合用于汽車、工程機(jī)械等高強(qiáng)度耐沖擊的結(jié)構(gòu)件等。
文檔編號B21B37/00GK103014538SQ20111028888
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者張愛文, 焦四海, 趙四新 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司