專利名稱：強韌性、強塑性優(yōu)良的100公斤級調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高強度鋼板及其制造工藝，特別涉及一種強韌性、強塑性優(yōu)良的100 公斤級調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法，該鋼板抗拉強度彡980MPa、屈服強度彡890MPa、_60°C夏比橫向沖擊功(單個值)>47J，具有優(yōu)良焊接性。
背景技術：
眾所周知，低碳(高強度)低合金鋼是最重要工程結構材料之一，廣泛應用于石油天然氣管線、海洋平臺、造船、橋梁結構、鍋爐容器、建筑結構、汽車工業(yè)、鐵路運輸及機械制造之中；低碳(高強度)低合金鋼性能取決于其化學成分、制造工藝，其中強度、韌性、塑性及焊接性是低碳(高強度)低合金鋼最重要的性能，它最終決定于成品鋼材的顯微組織狀態(tài)；隨著冶金科技不斷地向前發(fā)展，人們對高強鋼的強韌性、強塑性匹配提出更高的要求，即在維持較低的制造成本的同時，大幅度地提高鋼板的綜合機械性能和使用性能，以減少鋼材的用量節(jié)約成本，減輕鋼結構的自身重量、穩(wěn)定性和安全性，更為重要的是為進一步提高鋼結構安全穩(wěn)定性和冷熱加工性；目前日韓歐盟范圍內(nèi)掀起了發(fā)展新一代高性能鋼鐵材料的研究高潮，力圖通過合金組合設優(yōu)化計和革新制造工藝技術獲得更好的顯微組織匹配，使高強鋼獲得更優(yōu)良的強韌性、強塑性匹配?，F(xiàn)有抗拉強度彡980MPa的高強度鋼板主要通過離線調(diào)質(zhì)工藝(即RQ+T)生產(chǎn)； 但是對于鋼板厚度彡60mm，也可以采用在線調(diào)質(zhì)工藝來生產(chǎn)(即DQ+T)；為了獲得超高強度，鋼板必要具有足夠高的淬透性，即鋼板淬透性指數(shù)DI彡3. 50 X成品鋼板厚度〖DI = 0. 311C1/2(l+0. 64Si) X (1+4. ΙΟΜη) X (1+0. 27Cu) X (1+0. 52Ni) X (1+2. 33Cr) X (1+3. 14Mo )X25. 4(mm) 3,以確保鋼板具有足夠高的強度、優(yōu)良的低溫韌性及沿板厚方向顯微組織與性能的均勻，因而不可避免地向鋼中加入大量Cr、Mo、Ni、Cu、V等合金元素，尤其Ni含量添加到2. 00%以上，導致鋼板的碳當量、冷裂紋敏感指數(shù)較高，嚴重影響鋼板的焊接性；此外，高合金含量的鋼板表(亞)面層易產(chǎn)生過淬火，形成粗大的馬氏體組織，使鋼板表(近)面層的低溫韌性與延伸率嚴重劣化(參見《電力土木》1986，Vol. 201，P33 ； 《鉄 ^ 鋼》，1986，Vol. 72，S612 ；《鉄 i 鋼》，1986，Vol. 72，S614 ；《鉄 i 鋼》，1985，Vol. 71， S1523 ；《鉄i鋼》，1986，Vol. 72，S615 ；《鉄i鋼》，1986，Vol. 73，S1398 ；《川崎制鐵技報》， 1988，Vol. 20，P233 ；《制鐵研究》，1986, Vol. 322，P99 ；CAMP-ISIJ》，1989, Vol. 3，P207 ； ((NKK 技報》，1990，Vol. 133，P37 ；《電力土木》，1994，Vol. 249，Pl ；《住友金屬》，1995，Vol. 47，Pl ； 《西山記念技術講座》191-192,2008，P162)；較低的延伸率、低溫韌性不僅不利于鋼板冷熱加工性能，而且對鋼板的抗疲勞性能、抗應力集中敏感性、抗裂性及結構穩(wěn)定性影響較大； 在水電工程中的壓力水管和渦殼、火電汽輪發(fā)電機及海洋采油平臺結構等疲勞重載結構上使用時，存在安全較大的隱患；因此大型疲勞重載鋼結構采用超高強鋼時，一般希望100公斤級高強鋼不僅具有優(yōu)良的強韌性、強塑性匹配及焊接性，而且延伸率確保在14%以上，以保證鋼板加工性能與抗疲勞性能?，F(xiàn)有大量專利與技術文獻只是說明如何實現(xiàn)母材鋼板的強度和低溫韌性，就改善鋼板焊接能性，獲得優(yōu)良焊接熱影響區(qū)HAZ低溫韌性說明較少，也沒有涉及如何在提高鋼板抗拉強度的同時，提高鋼板的抗拉延伸率及厚度方向力學性能均勻性，更沒有指出如何防止鋼板表(亞)面層過淬。參見日本專利昭63-93845、昭63-79921、昭60-258410、 特平開 4-285119、特平開 4-308035、平 3464614、平 2-250917、平 4-143M6、美國專利 US Patent5798004、歐洲專利EP 0288054A2以及《西山紀念技術講座》第159-160，P79 P80。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種強韌性、強塑性優(yōu)良的100公斤級調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法，通過鋼板合金元素的組合設計與特殊調(diào)質(zhì)工藝(CR+RQT)相結合，在獲得優(yōu)良調(diào)質(zhì)鋼板強度、低溫韌性及強韌性、強塑性匹配的同時，鋼板的焊接性也同樣優(yōu)異，并成功地解決了超高強鋼板強度、塑性、低溫韌性及焊接性之間的相互矛盾與鋼板表(亞)面層過淬的問題，特別適用于水電壓力水管、渦殼、海洋平臺、大型工程機械等大型鋼結構及設備，并且能夠實現(xiàn)低成本穩(wěn)定批量工業(yè)化生產(chǎn)。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是，針對上述要求，本發(fā)明以低C-中Mn-(Ti+Nb+V+B)微合金鋼的成分體系作為基礎， 適當提高鋼中酸溶Als含量且Als彡(Mn當量/C) X (Ntotal-O. 292Τ )、控制(Mn當量)/C比在7 16之間、Nb/Ti控制在0. 8 4. 0之間、(Cu+Ni+Mo+Cr)合金化、Ni當量彡1. 45%, Mo 當量彡 0. 32%, Ca 處理且 Ca/S 比在 1. 00 3. 00 之間，且(Ca) X (S)0.18 彡 2. 5X IO"3, 控制FXDI指數(shù)> 2. 50X成品鋼板厚度等冶金技術控制手段，優(yōu)化控制軋制+離線特殊調(diào)質(zhì)工藝(RQ+RQ+T)，使成品鋼板的顯微組織為細小回火下貝氏體+回火馬氏體，平均晶團尺寸在20 μ m以下，獲得優(yōu)良的強韌性/強塑性匹配且沿板厚方向力學性能均勻，解決超高強度鋼板表面層過度淬火問題。具體地，本發(fā)明的強韌性、強塑性優(yōu)良的100公斤級調(diào)質(zhì)鋼板，其成分重量百分比C :0· 09% 0. 15%Si ^ 0. 10%Mn :0· 70% 1. 10%P ^ 0. 013%S:彡 0.0030%Cu :0· 20% 0. 45%Ni :1· 30% 2. 00%
Cr :0. 45% 0. 85%Mo :0· 45% 0. 75%Als :0· 045% 0. 070%Nb 0. 008% 0. 025%V :0· 030% 0. 060%Ti :0· 004% 0. 010%K 0.0060%Ca :0· 001% 0. 005%
5
B :0· 0006% 0. 0014%余量為Fe及不可避免的夾雜；且上述元素含量必須同時滿足如下關系C、Mn當量之間的關系7彡(Mn當量)/C彡16，其中Mn當量= Μη+0. 56Ν +0. IlCu-O. 18Cr_0. 8IMo ；確保鋼板在_60°C條件下為斷裂行為為塑性斷裂。Als,Ti與N之間的關系=Als彡(Mn當量/C) X (Ntotal-O. 292Τ )，以確保鋼中固溶 [B] ^ 5ppm且AlN以細小彌散狀態(tài)析出，細化淬火前奧氏體晶粒尺寸，改善鋼板低溫韌性及沿板厚方向鋼板力學性能均勻。Ni 當量=Ni+0. 28Mn+0. 13Cu_l. 33Si_0. 89A1-3. 36P ^ 1. 45%,以改善鐵素體位錯1/2<111>(110)低溫(_60°C及其以下)可動性，確保鋼板顯微組織的本征韌性。Mo 當量=Mo+0. 26Cr+l. 35V+2. 87Nb_0. 57Cu_0. 12Mn 彡 0. 32%，確保鋼板抗回火軟化性，保證超厚100公斤級調(diào)質(zhì)鋼板強韌性匹配。Nb、Ti之間關系:Nb/Ti在0. 8 4. 0，確保形成的(Ti，Nb) (C，N)粒子細小均勻， 彌散分布在鋼中，抑制加熱、軋制過程中奧氏體晶粒長大，改善鋼板的低溫韌性。Ca與S之間的關系:Ca/S在1.00 3. 00之間且(Ca) X (S) w彡2. 5 X 10_3 ；以改善鋼板低溫韌性、焊接性、抗SR脆性、抗層狀撕裂性能。有效淬透性指數(shù)Deff = FXDI ^ 2. 50Xt，確保鋼板強韌性匹配及沿板厚方向鋼板性能均勻；其中F為硼鋼淬透性因子，當鋼中存在固溶[B]時且[B]彡5ppm時，F(xiàn)取1. 2 ;t 為成品鋼板厚度(mm)；DI = 0. 367C°-5(l+0. 7Si) (1+3. 33Mn) (1+0. 35Cu) (1+0. 36Ni) (1+2. 16Cr) (l+3Mo) (1+1. 75V) (1+1. 77A1) X 25. 4 (mm)，以確保80公斤級超厚調(diào)質(zhì)鋼板具有優(yōu)良的強韌性/強塑性匹配且沿板厚方向力學性能均勻。在本發(fā)明成分體系設計中，為獲得成品鋼板的顯微組織為細小回火下貝氏體+回火馬氏體，平均晶團尺寸在 25 μ m以下，獲得優(yōu)良的強韌性、強塑性匹配且沿板厚方向力學性能均勻的同時，解決超高強度鋼板表(亞)面層過度淬火問題，本發(fā)明鋼板成分設計與制造工藝具有以下特征C，對調(diào)質(zhì)鋼的強度、低溫韌性、延伸率及焊接性影響很大，從改善特厚調(diào)質(zhì)鋼板低溫韌性和焊接性角度，希望鋼中C含量控制得較低；但是從調(diào)質(zhì)鋼的淬透性、強韌性匹配、 生產(chǎn)制造過程中顯微組織控制及制造成本角度，C含量不宜控制得過低，尤其超高強度100 公斤級調(diào)質(zhì)鋼板；因次C含量合理范圍為0.09% 0. 15%。Mn，作為最重要的合金元素在鋼中除提高鋼板的強度外，還具有擴大奧氏體相區(qū)、 降低Ar3點溫度、細化調(diào)質(zhì)鋼板晶團、增大板條之間的位向而改善鋼板低溫韌性的作用、促進低溫相變組織形成而提高鋼板強度的作用；但是Mn在鋼水凝固過程中容易發(fā)生偏析，尤其Mn含量較高時，不僅會造成澆鑄操作困難，而且容易與C、P、S、Mo、Cr等元素發(fā)生共軛偏析現(xiàn)象，尤其鋼中C含量較高時，加重鑄坯中心部位的偏析與疏松，嚴重的鑄坯中心區(qū)域偏析在后續(xù)的軋制、熱處理及焊接過程中易形成異常組織，導致調(diào)質(zhì)鋼板低溫韌性低下和焊接接頭出現(xiàn)裂紋；因此根據(jù)C含量范圍，選擇適宜的Mn含量范圍對于超高強度調(diào)質(zhì)鋼板極其必要，根據(jù)本發(fā)明鋼成分體系及C含量為0. 09 % 0. 15 %，適合Mn含量為0. 70 % 1. 10%，且C含量高時，Mn含量適當降低，反之亦然；且C含量低時，Mn含量適當提高。Si，促進鋼水脫氧并能夠提高鋼板強度，但是采用Al脫氧的鋼水，Si的脫氧作用不大，Si雖然能夠提高鋼板的強度，但是Si嚴重損害鋼板(尤其高強調(diào)質(zhì)鋼板)的低溫韌性、延伸率及焊接性，尤其在較大線能量焊接條件下，Si不僅促進M-A島形成，而且形成的 M-A島尺寸較為粗大、分布不均勻，嚴重損害焊接熱影響區(qū)(HAZ)韌性和焊接接頭SR性能， 因此鋼中的Si含量應盡可能控制得低，本發(fā)明控制為超低Si，考慮到煉鋼過程的經(jīng)濟性和可操作性，Si含量控制在0. 10%以下。P，作為鋼中有害夾雜對鋼板的機械性能，尤其低溫沖擊韌性、延伸率、焊接性及焊接接頭SR性能具有巨大的損害作用，理論上要求越低越好；但考慮到煉鋼可操作性和煉鋼成本，對于要求優(yōu)良焊接性、-60°C韌性及優(yōu)良強韌性與強塑性匹配的超高強度調(diào)質(zhì)鋼板，P 含量需要控制在彡0.013%。S，作為鋼中有害夾雜對鋼板的低溫韌性具有很大的損害作用，更重要的是S在鋼中與Mn結合，形成MnS夾雜物，在熱軋過程中，MnS的可塑性使MnS沿軋向延伸，形成沿軋向MnS夾雜物帶，嚴重損害鋼板的低溫沖擊韌性、延伸率、Z向性能、焊接性及焊接接頭SR性能，同時S還是熱軋過程中產(chǎn)生熱脆性的主要元素，理論上要求越低越好；但考慮到煉鋼可操作性、煉鋼成本和物流順暢原則，對于要求優(yōu)良焊接性、-60°C韌性及優(yōu)良強韌性與強塑性匹配的超高強度調(diào)質(zhì)鋼板，S含量需要控制在< 0. 0030%。Cr,作為弱碳化物形成元素，添加Cr不僅提高鋼板的淬透性、促進馬氏體/貝氏體形成，而且馬氏體/貝氏體板條間位向差增大，增大裂紋穿過馬氏體/貝氏體晶團的阻力， 在提高鋼板強度的同時，具有一定的改善鋼板韌性之作用；但是當Cr添加量過多時，嚴重損害鋼板的焊接性，尤其焊接接頭SR性能；但是對于超高強度100公斤級調(diào)質(zhì)鋼板，必須有一定的Cr含量，以保證鋼板具有足夠的淬透性；因此Cr含量控制在0. 45% 0. 85%之間。Mo，添加Mo提高鋼板的淬透性，促進馬氏體/貝氏體形成，但是Mo作為強碳化物形成元素，在促進馬氏體/貝氏體形成的同時，增大馬氏體/貝氏體晶團的尺寸且形成的馬氏體/貝氏體板條間位向差很小，減小裂紋穿過馬氏體/貝氏體晶團的阻力，此外Mo促進超高強度調(diào)質(zhì)鋼表(亞)面層過淬；因此Mo在大幅度提高調(diào)質(zhì)鋼板強度的同時，降低了調(diào)質(zhì)鋼板的低溫韌性、延伸率，誘發(fā)鋼板表(亞)面層過淬；并且當Mo添加過多時，不僅嚴重損害鋼板的延伸率、焊接性及焊接接頭SR性能，而且增加鋼板SR脆性和生產(chǎn)成本；但是對于超高強度100公斤級調(diào)質(zhì)鋼板，必須有一定的Mo含量，以保證鋼板具有足夠的淬透性與抗回火軟化性。因此綜合考慮Mo的相變強化作用及對母材鋼板低溫韌性、延伸率和焊接性的影響，Mo含量控制在0. 45% 0. 75%之間。Ni，添加Ni不僅可以提高鐵素體相中位錯可動性，促進位錯交滑移，而且增大馬氏體/貝氏體板條間位向差；Ni作為奧氏體穩(wěn)定化元素，降低Ar3點溫度，細化馬氏體/貝氏體晶團尺寸，因此Ni具有同時提高調(diào)質(zhì)鋼板強度、延伸率和低溫韌性的功能；鋼中加M 還可以降低含銅鋼的銅脆現(xiàn)象，減輕熱軋過程的晶間開裂，提高鋼板的耐大氣腐蝕性。因此從理論上講，鋼中M含量在一定范圍內(nèi)越高越好，但是過高的M含量會硬化焊接熱影響區(qū)，對鋼板的焊接性及焊接接頭SR性能不利；但是對于超高強度100公斤級調(diào)質(zhì)鋼板，必須有足夠的M含量，以保證鋼板具有足夠的淬透性、板厚方向性能均勻的同時，確保鋼板的低溫韌性；因此，Ni含量控制在1. 30% 2. 00%之間，以確保鋼板的淬透性和鋼板的強韌性水平而不損害鋼板的焊接性。Cu,也是奧氏體穩(wěn)定化元素，添加Cu也可以降低Ar3點溫度，提高鋼板的淬透性和鋼板的耐大氣腐蝕性；但是Cu添加量過多，高于0. 45%，容易造成銅脆、鑄坯表面龜裂、內(nèi)裂問題及尤其超高強度鋼板焊接接頭SR性能劣化；對于100公斤級超高強度調(diào)質(zhì)鋼板而言，Cu添加量過少，低于0. 20%，所起任何作用很小；因此Cu含量控制在0. 20% 0. 45% 之間；Cu、Ni復合添加除降低含銅鋼的銅脆現(xiàn)象、減輕熱軋過程的晶間開裂之作用外，更重要的是Cu、Ni均為奧氏體穩(wěn)定化元素，Cu, Ni復合添加可以大幅度降低Ar3,提高奧氏體向鐵素體相變的驅動力，導致馬氏體/貝氏體板條可以向各個位向長大，導致馬氏體/貝氏體板條間位向差變大，增加裂紋穿過馬氏體/貝氏體板條的阻力。B，含量控制在0. 0006% 0. 0014%之間，確保鋼板淬透性的同時，不損害鋼板的
焊接性、HAZ韌性及板坯表面質(zhì)量。Ti，含量在0. 004% 0. 010%之間，抑制板坯加熱、熱軋過程中奧氏體晶粒過分長大，改善鋼板低溫韌性，更重要的是抑制焊接過程中HAZ晶粒長大，改善HAZ韌性；此外， Ti具有固N作用，消除鋼中自由N，保證B元素以固溶B形式存在；然而，當Ti含量超過 0. 010%時，在高酸溶鋁含量條件下，過剩Ti在馬氏體/貝氏體板條上及晶團界上以TiC析出，嚴重脆化鋼板顯微組織。鋼中添加微量的Nb元素目的是進行未再結晶控制軋制、細化鋼板顯微組織，改善鋼板表(亞)面層淬火組織，防止鋼板表(亞)面層過度淬火，提高超高強度調(diào)質(zhì)鋼板強度、韌性及塑性之間的匹配，當Nb添加量低于0. 008%時，除不能有效發(fā)揮的控軋作用； 當Nb添加量超過0.025%時，大線能量焊接條件下誘發(fā)上貝氏體(Bu)形成和Nb (C，N) 二次析出脆化作用，嚴重損害大線能量焊接熱影響區(qū)(HAZ)的低溫韌性，因此Nb含量控制在 0. 008% 0. 025%之間，獲得最佳的控軋效果、實現(xiàn)超高強度調(diào)質(zhì)鋼板強韌性/強塑性匹配及防止表(亞)面層過度淬火的同時，又不損害大線能量焊接及多道次焊接HAZ的韌性。鋼中的Als能夠固定鋼中的自由[N]，除降低焊接熱影響區(qū)(HAZ)自由[N]，改善焊接HAZ的低溫韌性作用之外，更重要的是保證鋼中具有一定的固溶B、改善鋼板淬透性； 因此Als下限控制在0. 045% ；但是鋼中加入過量的Als不但會造成澆鑄困難，而且會在鋼中形成大量彌散的針狀Al2O3夾雜物，損害鋼板內(nèi)質(zhì)健全性、低溫韌性和焊接性，因此Als上限控制在0. 070% ο為了確保鋼板中固溶[B]的存在及防止大量粗大的AlN沿原奧氏體晶界析出，損害鋼板的沖擊韌性尤其橫向低溫沖擊韌性，鋼中的N含量不得超過0. 006%。V含量在0.030% 0.060%之間，并隨著鋼板厚度的增加，V含量可適當取上限值。添加V目的是通過V(C，N)在貝氏體/馬氏體板條中析出，提高調(diào)質(zhì)鋼板的強度。V添加過少，低于0. 030%，析出的V (C，N)太少，不能有效提高超高強度調(diào)質(zhì)鋼板的強度；V添加量過多，高于0. 060%，損害鋼板低溫韌性、延伸率、焊接性及焊接SR性能。對鋼進行Ca處理，一方面可以進一步純潔鋼液，另一方面對鋼中硫化物進行變性處理，使之變成不可變形的、穩(wěn)定細小的球狀硫化物、抑制S的熱脆性、提高鋼板的低溫韌性、延伸率及Z向性能、改善鋼板韌性的各向異性與焊接性，此外采用Ca處理，改善高酸溶鋁鋼水的澆注；Ca加入量的多少，取決于鋼中S含量的高低，Ca加入量過低，處理效果不大； Ca加入量過高，形成Ca(0，S)尺寸過大，脆性也增大，可成為斷裂裂紋起始點，降低鋼的低溫韌性、延伸率及鋼板的焊接性，同時還降低鋼質(zhì)純凈度、污染鋼液。一般控制Ca含量按 ESSP = (wt% Ca) [1-1. 24(wt% 0)]/1. 25(wt% S)，其中 ESSP 為硫化物夾雜形狀控制指數(shù)， 取值范圍0. 5 5之間為宜，因此Ca含量的合適范圍為0. 0010% 0. 0040%。另外，本發(fā)明強韌性、強塑性優(yōu)良的100公斤級調(diào)質(zhì)鋼板的制造方法，其包括如下步驟1)冶煉、鑄造按上述成分冶煉，采用連鑄或模鑄澆鑄成坯，連鑄中間包澆注過熱度Δ T控制在 10°C 30°C，拉速控制在0. 6m/min 1. Om/min,結晶器液面波動控制在< 5mm，防止連鑄坯表面產(chǎn)生夾渣、氣孔等缺陷；模鑄澆注過熱度Δ T控制在50°C 70°C ；2)軋制，鋼板總壓縮比(板坯厚度/成品鋼板厚度)》3. 5，確保超高強度調(diào)質(zhì)鋼板顯微組織均勻細小，尤其鋼板表(亞)面層具有一定應變儲存率；第一階段為普通軋制，為保證加熱及軋制過程中發(fā)生[Al]+BN — AlN+[B]，確保鋼中固溶[B]彡5ppm，板坯加熱溫度控制在1100°C 1200°C之間；至少有2個道次采用低速大壓下軋制，鋼板軋制速度控制在彡1. 2m/sec.，軋制形狀因子(AH/R)"2>0. 18，其中Δ H 為道次壓下量，單位mm，R為工作輥輥徑，單位mm，以保證鋼板顯微組織均勻細?。坏诙A段采用控制軋制，控軋開軋溫度彡900°C，軋制道次壓下率彡8%，未結晶區(qū)(彡900°C)累計壓下率彡50%，終軋溫度750°C 850°C，細化奧氏體晶粒尺寸，改善超高強度調(diào)質(zhì)鋼板強韌性匹配；3)鋼板從停冷結束到入緩冷坑保溫之間的間隔時間不大于60min，保溫工藝為鋼板溫度表面大于300°C的條件下至少保溫36小時，保證超厚鋼板脫氫充分，防止產(chǎn)生氫致裂紋；4)熱處理工藝，采用二次淬火+回火工藝，以細化鋼板表面層晶粒尺寸，抑制鋼板表層過淬；第一次鋼板淬火溫度(板溫)為900 930°C，淬火保持時間彡15 45min，淬火保持時間為鋼板中心溫度達到淬火目標溫度時開始計時的保溫時間；第二次鋼板淬火溫度(板溫)為870 890°C，淬火保持時間彡10 40min，淬火保持時間為鋼板中心溫度達到淬火目標溫度時開始計時的保溫時間；鋼板回火溫度(板溫)為610 650°C，鋼板相對較薄時回火溫度偏上限、鋼板相對較厚時回火溫度偏下限，回火保持時間(min)彡(0. 65 1. 0) X成品鋼板厚度(mm)，回火保持時間為鋼板中心溫度達到回火目標溫度時開始計時的保溫時間，時間單位為min; 回火結束后鋼板自然空冷至室溫。本發(fā)明采用二次淬火，第一次鋼板淬火均勻化鋼板組織，進一步防止鋼板表(亞) 面層組織第一次淬火發(fā)生過淬，影響鋼板表(亞)層低溫韌性與塑性；第二次鋼板淬火使鋼板全厚度組織均勻細小，保證超高強度鋼板強韌性、強塑性匹配。根據(jù)本發(fā)明鋼的成分體系及鋼板強度、塑性及低溫韌性要求，制造工藝設計方案是采用連鑄澆鑄，中間包澆注過熱度Δ T控制在10°C 30°C，拉速控制在0. 6m/min 1. Om/min，結晶器液面波動控制在< 5mm。本發(fā)明的有益效果在獲得優(yōu)良100公斤級超高強度調(diào)質(zhì)鋼板強韌性、強塑性匹配的同時，鋼板的焊接工藝性也同樣優(yōu)異，并成功地解決了超高強鋼板強度、塑性、低溫韌性及焊接性之間的相互矛盾，提高了大型重鋼結構的安全穩(wěn)定性、抗疲勞性能；良好的焊接性節(jié)省了用戶鋼構件制造的成本，縮短了用戶鋼構件制造的時間，為用戶創(chuàng)造了巨大的價值，因而此類鋼板不僅是高附加值、綠色環(huán)保性的產(chǎn)品。


圖1為本發(fā)明實施例2鋼的顯微組織(1/4厚度)的照片。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發(fā)明做進一步。表1為本發(fā)明成分實施例，表2 表4為實施例的制造工藝，表5為實施例的鋼板性能。從圖1可以看出，本發(fā)明鋼的顯微組織回火馬氏體及回火下貝氏體尺寸細小、均勻，從而保證了 100公斤級調(diào)質(zhì)鋼板具有優(yōu)良的強塑性、強韌性匹配。本發(fā)明通過鋼板合金元素的組合設計與特殊調(diào)質(zhì)工藝(CR+QQT)相結合，在獲得優(yōu)良超高強度調(diào)質(zhì)鋼板強度、低溫韌性及強韌性匹配的同時，鋼板的焊接性也同樣優(yōu)異，并成功地解決了超高強鋼板強度、塑性、低溫韌性及焊接性之間的相互矛盾與鋼板表(亞)面層過淬的問題，而且提高了鋼結構的安全穩(wěn)定性、抗疲勞性能；良好的焊接性節(jié)省了用戶鋼構件制造的成本，縮短了用戶鋼構件制造的時間，為用戶創(chuàng)造了巨大的價值，因而此類鋼板不僅是高附加值、綠色環(huán)保性的產(chǎn)品。本發(fā)明100公斤級高韌性調(diào)質(zhì)鋼板主要用作制造水電工程的壓力水管、渦殼、大型工程機械結構及海洋石油平臺，是重大國民經(jīng)濟建設的關鍵材料。目前國內(nèi)各大鋼廠 (除寶鋼以外)均不能生產(chǎn)；國內(nèi)大型重型機械廠、水電工程、海洋工程等所需100公斤級高韌性調(diào)質(zhì)鋼板均從日本和德國進口 ；不僅鋼板進口價格及附加技術服務費用昂貴，而且交貨期無法保證，迫使用戶在設計圖紙出來前，提前訂購具有一定尺寸余量鋼板，以便設計圖紙出來后，根據(jù)設計圖紙要求的鋼板尺寸要求裁剪鋼板，導致材料巨大的浪費。隨著我國國民經(jīng)濟發(fā)展，建設節(jié)約型和諧社會的要求，國家基礎工程建設、能源工程建設(如水電工程)、海洋開發(fā)建設及建設所需的大型裝備制造開發(fā)已擺到日事議程，作為戰(zhàn)略性基礎材料一100公斤級高韌性調(diào)質(zhì)鋼板具有廣闊的市場前景；100公斤級高韌性調(diào)質(zhì)鋼板對于我國還屬于一種全新的鋼種，除寶鋼以外，國內(nèi)其它鋼鐵企業(yè)從未研究和生產(chǎn)過。目前100公斤級高韌性調(diào)質(zhì)鋼板產(chǎn)線成功試制，鋼板實物綜合力學性能及焊接性優(yōu)良，具備批量供貨條件。
權利要求
1.強韌性、強塑性優(yōu)良的100公斤級調(diào)質(zhì)鋼板，其成分重量百分比為C 0. 09% 0.15%Si ^ 0. 10%Mn 0. 70% 1.10%P 彡 0. 013%S ^ 0. 0030%Cu 0. 20% 0.45%Ni 1. 30% 2.00%Cr 0. 45% 0.85%Mo 0. 45% 0.75%Als 0. 045%-,0. 070%Nb 0. 008%-0. 025%V 0. 030% 0 060%Ti 0. 004%-0. 010%N ^ 0. 0060%Ca 0. 001%-0. 005%B 0. 0006%-0. 0014%余量為1 及不可避免的夾雜； 且上述成分含量必須同時滿足如下關系C、Mn當量之間的關系7彡(Mn當量)/C彡16，其中Mn當量= Μη+0. 56Ν +0. llCu-0. 18Cr-0. 8IMo ；Als、Ti與N之間的關系Als彡(Mn當量/C) X (Ntotal-O. 292Τ )，以確保鋼中固溶 [B]彡5ppm且AlN以細小彌散狀態(tài)析出，細化淬火前奧氏體晶粒尺寸； Ni 當量=Ni+0. 28Mn+0. 13Cu_l. 33Si_0. 89A1-3. 36P ^ 1. 45% ； Mo 當量=Mo+0. 26Cr+l. 35V+2. 87Nb_0. 57Cu_0. 12Mn ^ 0. 32% ； Nb、Ti之間關系:Nb/Ti在0. 8 4. 0 ；Ca 與 S 之間關系Ca/S 在 1. 00 3. 00 之間，(Ca) X (S)0.18 彡 2. 5 X IO"3 ； 有效淬透性指數(shù)Deff = FXDI彡2. 50Xt，其中F為硼鋼淬透性因子，當鋼中存在固溶[B]時且[B]彡 5ppm 時，F(xiàn) 取 1.2 ;t 為成品鋼板厚度(mm) ；DI = 0. 367C°_5(1+0. 7Si) (1+3. 33Mn) (1+0. 35Cu) (1+0. 36Ni) (1+2. 16Cr) (l+3Mo) (1+1. 75V) (1+1. 77A1) X 25. 4 (mm)。
2.如權利要求1所述的強韌性、強塑性優(yōu)良的100公斤級調(diào)質(zhì)鋼板的制造方法，其包括如下步驟1)冶煉、鑄造按上述權利要求1成分冶煉，采用連鑄或模鑄澆鑄成坯，連鑄中間包澆注過熱度Δ T控制在10°C 30°C，拉速控制在0. 6m/min 1. Om/min，結晶器液面波動控制在< 5mm ；模鑄澆注過熱度八1~控制在501 701；2)車L制，鋼板總壓縮比(板坯厚度/成品鋼板厚度)>3. 5 ；第一階段為普通軋制，為保證加熱及軋制過程中發(fā)生[A1]+BN — A1N+[B]，確保鋼中固溶[B]彡5ppm，板坯加熱溫度控制在1100°C 1200°C之間；至少有2個道次采用低速大壓下軋制，鋼板軋制速度控制在彡1.2m/sec.，軋制形狀因子(ΔΗ/R)"2彡0. 18，其中ΔΗ為道次壓下量，單位mm，R為工作輥輥徑，單位mm，以保證鋼板顯微組織均勻細?。坏诙A段采用控制軋制，控軋開軋溫度彡900°C，軋制道次壓下率彡8%，未結晶區(qū) (彡9000C )累計壓下率彡50%，終軋溫度750°C 850°C ；3)鋼板從停冷結束到入緩冷坑保溫之間的間隔時間不大于60min，保溫工藝為鋼板溫度表面大于300°C的條件下至少保溫36小時，保證超厚鋼板脫氫充分，防止產(chǎn)生氫致裂紋；4)熱處理工藝，采用二次淬火+回火工藝第一次鋼板淬火溫度(板溫)為900 930°C，淬火保持時間彡15 45min，淬火保持時間為鋼板中心溫度達到淬火目標溫度時開始計時的保溫時間；第二次鋼板淬火溫度(板溫)為870 890°C，淬火保持時間彡10 40min，淬火保持時間為鋼板中心溫度達到淬火目標溫度時開始計時的保溫時間；鋼板回火溫度(板溫)為610 650°C，鋼板相對較薄時回火溫度偏上限、鋼板相對較厚時回火溫度偏下限，回火保持時間(min)彡(0. 65 1. 0) X成品鋼板厚度(mm)，回火保持時間為鋼板中心溫度達到回火目標溫度時開始計時的保溫時間，時間單位為min;回火結束后鋼板自然空冷至室溫。
全文摘要
強韌性、強塑性優(yōu)良的100公斤級調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法，成分重量百分比為C 0.09～0.15％、Si≤0.10％、Mn0.70～1.10％、P≤0.013％、S≤0.0030％、Cu 0.20～0.45％、Ni 1.30～2.00％、Cr 0.45～0.85％、Mo 0.45～0.75％、Als 0.045～0.070％、Nb 0.008～0.025％、V 0.030～0.060％、Ti0.004～0.010％、N≤0.0060％、Ca 0.001～0.005％、B 0.0006～0.0014％、余Fe及不可避免夾雜；通過優(yōu)化控制軋制+離線特殊調(diào)質(zhì)工藝(RQ+RQ+T)，鋼板顯微組織為細小回火下貝氏體+回火馬氏體，平均晶團尺寸20μm以下，抗拉強度≥980MPa、屈服強度≥890MPa、-60℃夏比橫向沖擊功(單個值)≥47J，具有優(yōu)良焊接性，解決超高強度鋼板表面層過度淬火問題。
文檔編號C22C38/54GK102337478SQ20101022796
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權日2010年7月15日
發(fā)明者劉自成, 施青 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司