專利名稱：一種低成本屈強(qiáng)比可控高強(qiáng)度高韌性鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低成本屈強(qiáng)比可控的高強(qiáng)度高韌性鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
日本JFE鋼鐵公司2004年申請(qǐng)了 “低屈服比高強(qiáng)度高韌性的厚鋼板和焊接鋼管及它們的制造方法”專利(申請(qǐng)?zhí)朇N200480016295.6)，其中公開了一種低屈服比高強(qiáng)度高韌性的厚鋼板及其制造方法。其組份按質(zhì)量％計(jì)，含有CO. 03 0. 1、SiO. 01 0. 50、 Mnl. 20 2. 50,Al ^ 0. 08，另外選擇性地加入 NbO. 005 0. 070,V0. 005 0. 10,MoO. 05 0. 40、NiO. 50 以下、TiO. 005 0. 04、CuO. 5 以下、B0. 005 以下、CrO. 50 以下、CaO. 0005 0. 003，余量實(shí)質(zhì)上由Fe構(gòu)成。其工藝為熱軋后的鋼板以5°C /S的冷卻速度進(jìn)行加速冷卻至450 650°C，冷卻后立即以0. 50C /S的加熱速度進(jìn)行再加熱至550 750°C，屈強(qiáng)比可控制在0. 80以下。其不足之處是冷卻后立即再加熱需要配置專門的加熱設(shè)備，大大提高了鋼的生產(chǎn)成本。同樣，在“高強(qiáng)度厚鋼板及其制造方法、以及高強(qiáng)度鋼管”的專利(申請(qǐng)?zhí)枮镃N200680010512.X)中，屈強(qiáng)比可控制在0. 85以下，但是同樣是在冷卻后立即再加熱， 需要配置專門的加熱設(shè)備。另外B元素的加入容易導(dǎo)致厚鋼板的韌性受到損害。寶鋼的“SOOMI^a級(jí)高韌性低屈服比厚鋼板及其制造方法”專利(申請(qǐng)?zhí)枮?CN200610025127. 4)和“700ΜΙ^級(jí)高韌性低屈服比厚鋼板及其制造方法”專利(申請(qǐng)?zhí)枮?CN200510029246.幻，提供了兩種低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度鋼板。800MPa級(jí)高韌性低屈服比厚鋼板， 其成分質(zhì)量百分比為:C0. 05 0. 09，SiO. 35 0. 55，Mnl. 50 1. 90，NiO. 30 0. 70， NbO. 04 0. 08，A10. 02 0. 04，TiO. 01 0. 04，余Fe和不可避免雜質(zhì)。700MPa級(jí)高韌性低屈服比厚鋼板，其成分質(zhì)量百分比為:C0. 03 0. 06，SiO. 35 0. 55，Mnl. 00 1. 55， NiO. 50 0. 70,NbO. 02 0. 06, A10. 02 0. 04, TiO. 01 0. 04, V0. 04 0. 07, CuO. 50 0.70、余!^e和不可避免雜質(zhì)，屈強(qiáng)比可控制在0.70以下。但是，在該兩個(gè)級(jí)別鋼中加入了貴重元素Ni和較高的Cu含量，導(dǎo)致鋼種成本明顯增加。日本神戶制鋼所的“焊接熱影響部和母材的低溫韌性優(yōu)異的低屈強(qiáng)比高張力鋼板及其制造方法”專利(申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810174556. 7)公開了屈服強(qiáng)度440MPa以下的低屈強(qiáng)比高張力鋼，屈強(qiáng)比可控制在0. 80以下，但是其鋼中B含量0. 0007-0. 0015%，對(duì)鋼種韌性
損害不可避免。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種其屈強(qiáng)比可有效控制的屈服強(qiáng)度> 460N/mm2、抗拉強(qiáng)度> 600N/mm2的高強(qiáng)韌鋼板及其制造方法。本發(fā)明低成本屈強(qiáng)比可控高強(qiáng)度高韌性鋼板及其制造方法，鋼板的屈服強(qiáng)度彡460N/mm2、抗拉強(qiáng)度彡600N/mm2，其化學(xué)成分以低C為基本特征，以成本低廉的Mn、Cr 等元素作為主要添加元素，不添加Cu、Ni、V等元素，適當(dāng)少量添加Mo元素，其化學(xué)成分范
3圍(Wt % )為C0. 04 % 0. 10 %、SiO. 10 % 0. 50 %、Mnl. 20 % 2. 00 %、NbO. 02 % 0. 045 %、TiO. 005 % 0. 025 %、CrO. 40% 1. 00 %、MoO. 08 % 0. 25 %、AlsO. 010 % 0. 050%，并滿足屈強(qiáng)比調(diào)控系數(shù)K = Cr/(Mo+2Nb+Ti),2. 0 ^ K ^ 7. 0，余量為！^及不可避免的雜質(zhì)P、S、0、N等等。本發(fā)明選擇的合金元素在鋼中的主要作用在于C 碳對(duì)鋼的強(qiáng)度、韌性、焊接性能影響很大。C含量低于0. 04%時(shí)，難以獲得需要的高強(qiáng)度和低的屈強(qiáng)比；碳高于0.10%時(shí)，影響鋼的韌性和焊接性能。Mn 錳對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變有較大的促進(jìn)作用，是提高強(qiáng)度和韌性的有效元素，而且成本十分低廉，因此在本發(fā)明中把Mn元素作為主要合金元素，Mn含量控制在1. 20 % 2. 0 %。Nb:鈮是本發(fā)明鋼中的重要添加元素，它能夠有效地延遲變形奧氏體的再結(jié)晶， 阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，提高奧氏體再結(jié)晶溫度，降低未再結(jié)晶軋制的軋制負(fù)荷，縮短待溫時(shí)間，提高生產(chǎn)率，同時(shí)改善強(qiáng)度和韌性。它能夠促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變，與Mo元素起到對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變及提高屈服強(qiáng)度的作用。Nb含量低于0. 02%，上述作用不明顯。Nb含量高于0. 045%時(shí)， 影響鋼種屈強(qiáng)比及焊接性能，因此控制NbO. 02% 0. 045%。Ti 加入微量的鈦，是為了鈦、氮形成氮化鈦，阻止鋼坯在加熱、軋制、焊接過程中晶粒的長(zhǎng)大，改善母材和焊接熱影響區(qū)的韌性。鈦低于0. 005%時(shí)或超過0. 025%時(shí)，難以起到細(xì)化奧氏體晶粒的作用，過多甚至對(duì)鋼種韌性有害。Si 硅是煉鋼脫氧的必要元素，也具有一定的強(qiáng)化作用，當(dāng)含量低于0. 時(shí)，冶煉難度增大；含量超過0.5%時(shí)，鋼的清潔度下降，韌性降低，可焊性差，回火脆性增加。因此控制 SiO. 10% 0. 50%。Als 鋁是脫氧元素，可作為AlN形成元素，有效地細(xì)化晶粒，其含量不足0. 01 % 時(shí)，效果較?。怀^0.05%時(shí)，脫氧作用趨于飽和，增加鋼中夾雜物，對(duì)母材及焊接熱影響區(qū)韌性有害。因此控制AlsO. 010% 0.050%。Cr 鉻是本發(fā)明鋼中的重要添加元素，以提高鋼的抗拉強(qiáng)度，降低屈強(qiáng)比，但是過高的Cr易產(chǎn)生碳化物析出，影響鋼種韌性。從經(jīng)濟(jì)性、焊接性能和強(qiáng)度、韌性等方面考慮， 在本發(fā)明中將Cr含量控制在CrO. 50% 0. 95%。Mo:鉬有助于軋制時(shí)奧氏體晶粒的細(xì)化和微細(xì)貝氏體的生成，但是其成本高，且可焊性及韌性降低。由于其是貴重元素，作為本發(fā)明控制加入的合金元素，根據(jù)鋼板厚度及強(qiáng)度目標(biāo)，本發(fā)明控制MoO. 08% 0. 25%。鋼中的雜質(zhì)元素的上限控制在P彡0. 025%、S彡0.015%、[N]彡0.0080%為宜，
含量越低，鋼種性能越好。在本發(fā)明中，可根據(jù)目標(biāo)鋼板厚度，適當(dāng)調(diào)整添加元素的含量，但是必須保證屈強(qiáng)比調(diào)控系數(shù)K = Cr/ (Mo+2Nb+Ti)，2. 0彡K彡7. 0。K < 2. 0時(shí)，屈強(qiáng)比高，可控效果差，K > 7. 0時(shí)，晶粒細(xì)化效果差，影響鋼的韌性。本發(fā)明所述高強(qiáng)度高強(qiáng)韌鋼板的制造方法包括以下工藝步驟鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-精煉-連鑄-軋制，其特點(diǎn)是軋制過程采用TMCP工藝，軋前加熱溫度為1140 1200°C，采用兩階段控軋，中間坯空冷或強(qiáng)制冷卻(強(qiáng)制空冷、水冷、霧冷等)，以縮短待溫時(shí)間，阻止再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大。未再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為930°C 700°C，未再結(jié)晶區(qū)積累變形量大于50%，鋼板軋后加速冷卻終止溫度為200 550°C，之后空冷，鋼板屈強(qiáng)比可控制在
40. 75以下。為獲得進(jìn)一步控制屈強(qiáng)比的效果，本發(fā)明對(duì)鋼板進(jìn)行回火處理，根據(jù)屈強(qiáng)比控制目標(biāo)，可選擇不同的回火溫度?；鼗饻囟仍?00 550°C之間，屈強(qiáng)比可控制在0.85以下， 回火溫度在陽0 680°C之間，不包括550°C屈強(qiáng)比可控制在0. 85 0. 90之間，同時(shí)能夠消除鋼板內(nèi)應(yīng)力，改善韌性和塑性。本發(fā)明采用低C、高M(jìn)n含量、添加適量Cr、Nb、Ti等元素，不添加貴重元素Cu、Ni、 V等，少量添加元素Mo，并滿足屈強(qiáng)比調(diào)控系數(shù)K = Cr/(Mo+2Nb+Ti)，2.0彡K彡7.0，采用 TMCP工藝可控制屈強(qiáng)比在0. 75以下，輔以不同溫度區(qū)間回火，屈強(qiáng)比在0. 75 0. 90之間可控，且鋼種韌性、塑性和焊接性能良好。生產(chǎn)操作方便，不需要二次兩相區(qū)淬火等熱處理工藝。由于工藝簡(jiǎn)單、貴重合金元素加入量少，故鋼種成本低廉。本發(fā)明屈服強(qiáng)度> 460N/ mm2、抗拉強(qiáng)度> 600N/mm2強(qiáng)度級(jí)別的屈強(qiáng)比可控、厚度可達(dá)50mm的高強(qiáng)韌中厚板可應(yīng)用于橋梁、建筑鋼結(jié)構(gòu)等。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。本發(fā)明實(shí)施例按上述成分及生產(chǎn)工藝，制造出屈服強(qiáng)度彡500N/mm2 1000N/mm2 的高強(qiáng)度熱軋鋼板，實(shí)施例的具體化學(xué)成分見表1，實(shí)際工藝參數(shù)見表2，實(shí)物性能檢驗(yàn)結(jié)果見表3和表4。表1、本發(fā)明實(shí)施例鋼種的冶煉成分(Wt % )
權(quán)利要求
1.一種低成本屈強(qiáng)比可控高強(qiáng)度高韌性鋼板，其特征在于鋼板的化學(xué)成分重量百分比為C 0. 04% 0. 10%,Si 0. 10% 0. 50%,Mn 1. 20% 2. 00%,Nb 0. 02% 0. 045%, Ti 0. 005 % 0. 025 %、Cr 0. 40 % 1. 00 %、Mo 0. 08 % 0. 25 %、Als 0. 010 % 0. 050%，屈強(qiáng)比調(diào)控系數(shù)K = Cr/ (Mo+2Nb+Ti), 2. 0 ^ K ^ 7. 0，余量為！^及不可避免的雜質(zhì)。
2.—種權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度高韌性鋼板的制造方法，包括以下工藝步驟鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-精煉-連鑄-軋制，其特征在于軋制過程采用TMCP工藝，軋前加熱溫度為 1140 1200°C，采用兩階段控軋，中間坯空冷或強(qiáng)制冷卻，未再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為930°C 7000C，未再結(jié)晶區(qū)積累變形量大于50%，鋼板軋后加速冷卻終止溫度為200 550°C，之后空冷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高強(qiáng)度高韌性鋼板的制造方法，其特征在于對(duì)所述鋼板進(jìn)行回火處理，回火溫度為400 680°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述高強(qiáng)度高韌性鋼板的制造方法，其特征在于所述的回火溫度為 400 550"C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述高強(qiáng)度高韌性鋼板的制造方法，其特征在于所述的回火溫度為 550 680°C，不包括 550°C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低成本屈強(qiáng)比可控高強(qiáng)度高韌性鋼板及其制造方法，其成分C 0.04％～0.10％、Si 0.10％～0.50％、Mn 1.20％～2.00％、Nb 0.02％～0.045％、Ti 0.005％～0.025％、Cr 0.40％～1.00％、Mo 0.08％～0.25％、Als 0.010％～0.050％，K＝Cr/(Mo+2Nb+Ti)，2.0≤K≤7.0，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。其方法包括鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-精煉-連鑄-軋制，采用TMCP工藝，加熱溫度1140～1200℃，兩階段控軋，中間坯空冷或強(qiáng)制冷卻，未再結(jié)晶區(qū)軋制溫度930℃～700℃，積累變形量大于50％，鋼板軋后加速冷卻，鋼板加速冷卻終止溫度為200～550℃，之后空冷。本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、貴重合金量少，成本低廉，鋼種韌性、塑性和焊接性能良好，該鋼種可用于建筑及橋梁鋼結(jié)構(gòu)的制造。
文檔編號(hào)C22C38/38GK102400055SQ201010276628
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者侯華興, 劉明, 張哲 , 張濤, 楊穎 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司