專利名稱：610MPa級低焊接裂紋敏感性特厚鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種610MPa級低焊接裂紋敏感性鋼特厚板及其制造方法。
背景技術(shù)：
特厚鋼板一般指厚度大于80mm的鋼板，多用于軍用和民用的各種重要結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品質(zhì)量要求嚴(yán)格。為保證特厚鋼板內(nèi)在質(zhì)量，一般在特厚鋼板塑性變形成型的過程中要求總壓縮比大于3. 0。如果壓縮比小，使用一般生產(chǎn)方法的情況下，成品鋼板內(nèi)部偏析和疏松缺陷存在消除不完全問題，同時(shí)抗拉強(qiáng)度難以保證在610MPa以上。低焊接裂紋敏感性特厚鋼板的成分設(shè)計(jì)有嚴(yán)格要求。日本專利特開昭49-37814 和特公平4-13406中已經(jīng)公開如下信息，為降低焊接裂紋敏感性采取降C和添加Ti-B的技術(shù)。一般抗拉強(qiáng)度600MPa級低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度鋼板采用離線調(diào)質(zhì)生產(chǎn)技術(shù)，幾乎都是通過添加B元素保證鋼板的淬透性。采用B來保證鋼板的強(qiáng)度、增加淬透性，化學(xué)成分和制造條件均將發(fā)生變化，可能導(dǎo)致母材性能不穩(wěn)定，特別是焊接熱影響區(qū)的硬度顯著提高。 由于焊接熱影響區(qū)硬度的提高導(dǎo)致焊接熔合線的韌性變差。在日本專利特開昭60-9086、特開平2-254119、特開昭59-113120和特開昭 61-12970中都提出了不添加B的技術(shù)。但這些專利中提出的不添加B的技術(shù)都屬于600MPa 級非調(diào)質(zhì)鋼技術(shù)，從實(shí)施例中看出這些技術(shù)所涉及的鋼板厚度上限都是20mm，更厚的鋼板沒有記載。日本專利特開平10-68045涉及570MPa級高強(qiáng)度、具有良好焊接裂紋敏感性和大線能量焊接后高沖擊值鋼的生產(chǎn)方法。其鋼板強(qiáng)度更低，而且對鋼中Nb、V含量用公式 “625 (有效Nb) +250V+2IOCeq彡t (鋼板厚度mm) +40”加以限定，從該公式可見，其鋼板厚度受到限制。中國專利CN200810249817. 7公開了一種特厚鋼板的工藝方法，涉及一種連鑄坯真空復(fù)合技術(shù)；中國專利CN200910016603. X也公開了一種特厚鋼板的工藝方法，也是采用連鑄坯真空復(fù)合，然后進(jìn)行鍛造或軋制的特厚板生產(chǎn)技術(shù)?？梢姡褂脝螌舆B鑄坯生產(chǎn)610MPa級低焊接裂紋敏感性特厚鋼板的技術(shù)在國內(nèi)外還沒有相關(guān)記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種厚度大于80mm、抗拉強(qiáng)度在 610MPa以上的低焊接裂紋敏感性特厚鋼板及其制造方法。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明610MPa級低焊接裂紋敏感性特厚鋼板的化學(xué)成分重量百分比為C 0. 06 % 0. 10 %、Si 0. 15 % 0. 40 %、Mnl. 40 % 1. 70 %、 P ^ 0.015%, S ^ 0.005 %, Ni 0. 10 % 0. 30 %、Cr 0. 05 % 0. 10 %、Mo 0. 10 % 0. 30%, Cu 0. 10% 0. 25%、Nb 0. 03% 0. 05%、TiO. 010% 0. 025%、Als 0.015% 0. 045%，厚度為80 110mm，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。同時(shí)保證Pcm = C+Si/30+(Mn +Cu+Cr) /20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B 彡 0. 20 %;Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu) /15 彡 0.
42%。本發(fā)明成分設(shè)計(jì)理由如下C=C^O. 06%時(shí)需添加其它提高淬透性元素，使成本升高，韌性和焊接性變壞。特別是在本發(fā)明的大焊接能量的情況下，C^o. 06%時(shí)，C向熔融金屬的擴(kuò)散很少，用一般的焊接材料很難保證焊接接頭強(qiáng)度。為保證焊接裂紋敏感性和加入Nb后的大能量焊接接頭韌性，C的上限為0. 10%。本鋼種C成分設(shè)計(jì)下限為0. 06%是考慮保證強(qiáng)度而設(shè)計(jì)的。Si 為使Si在保證母材強(qiáng)度和焊接接頭強(qiáng)度中發(fā)揮作用，Si應(yīng)大于0. 15% JfiSi
>0. 40%時(shí)，焊接裂紋敏感性和焊接接頭韌性變壞。其含量控制在0. 15% 0. 40%。Mn 為使Mn在保證母材強(qiáng)度和焊接接頭強(qiáng)度發(fā)揮作用，其含量應(yīng)> 1. 40%。但Mn
>1. 70%時(shí)使焊接裂紋敏感性變壞，而且由于含量太高帶來過大的淬透性使母材韌性和接頭韌性變壞。其含量控制在1. 40% 1. 70%。P、S :P、S在本鋼種中都是雜質(zhì)元素。限制P彡0.015% ;S彡0.005%。Al :A1提高粗晶區(qū)韌性的機(jī)制是減少M(fèi)-A組元的量及其尺寸，減少了固溶N量。 AlN的溶解溫度在1100°C附近，它在焊接熱循環(huán)中很容易溶解，不能有效地阻止HAZ的晶粒長大。在焊接熱循環(huán)中AlN質(zhì)點(diǎn)會溶解，使HAZ中自由N的含量增高。AlN的析出十分緩慢，AlN很難在焊接過程中重新形核析出。在鋼水冶煉過程中要保證一定的脫氧程度，一般情況下Als的含量下限控制為0. 015%，上限為0. 045%。Ti 根據(jù)鋼中的N含量，適當(dāng)添加Ti，形成TiN細(xì)粒狀彌散分布的粒子以減輕大線能量焊接熱影響區(qū)脆化的效果最好，利用TiN的沉淀物可以抑制焊接時(shí)奧氏體的晶粒粗大，增加針狀鐵素體的沉淀核。3. 42為鋼中Ti、N原子的理想化學(xué)配比。當(dāng)鋼中的Ti/N值接近于理想化學(xué)配比時(shí)，TiN粒子更加細(xì)小且分布彌散，對高溫奧氏體晶粒的穩(wěn)定作用最強(qiáng)，Ti/N值過大或過小都將消弱這一作用。Ti的含量為0. 010% 0. 025%。Nb :Nb通過微合金化與控軋控冷工藝相結(jié)合使母材晶粒充分細(xì)化，并且結(jié)合析出強(qiáng)化和位錯亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化效應(yīng)，達(dá)到提高母材綜合性能的目的。其含量控制在0.03% 0. 06%。Ni、Cr :Ni、Cr有利于提高母材和焊接接頭的強(qiáng)度。Ni可進(jìn)一步改善韌性。但如添加量超過所需的量會使Ceq增大，成本提高，導(dǎo)致大線能量焊接接頭的韌性降低和加工性變壞，因此Ni的含量為0. 10% 0.30% ；Cr 0.05% 0. 10%。Mo =Mo對提高母材強(qiáng)度和焊接接頭強(qiáng)度有效，同時(shí)能夠提高母材高溫回火穩(wěn)定性，含量設(shè)計(jì)Mo 0.10% 0.30%。Cu =Cu對提高母材強(qiáng)度有效，成本相對較低，含量設(shè)計(jì)CuO. 10% 0. 25%。Nb 為保證母材強(qiáng)度和焊接接頭強(qiáng)度，Nb含量應(yīng)> 0. 005%，但Nb含量> 0. 05% 時(shí)焊接接頭韌性變壞，所以將Nb的上限定為0. 05%。利用鋼坯加熱過程N(yùn)b的固溶作用提高鋼板淬透性。用“DQ+ACC”聯(lián)合冷卻裝置進(jìn)一步提高鋼板淬透能力，減少合金加入量，保證低焊接裂紋敏感性特厚鋼板的成分設(shè)計(jì)特點(diǎn)。在鋼板控軋及控冷之后的回火過程中，Nb 的碳氮化物起到析出強(qiáng)化作用。這種方法能夠保證，在鋼板心部冷速較低強(qiáng)度保證略顯不足情況下進(jìn)一步提高鋼板心部強(qiáng)度。
本發(fā)明鋼種如加入微量的B可明顯抑制鐵素體在奧氏體晶界上的形核，同時(shí)還使貝氏體轉(zhuǎn)變曲線變地扁平，從而在一個(gè)較大的冷速范圍內(nèi)也能獲得貝氏體組織，使鋼種提高強(qiáng)度。但是，因?yàn)锽提高鋼種強(qiáng)度的作用是基于其在奧氏體晶界上的偏聚而阻止等軸鐵素體在晶界上優(yōu)先形核，冶煉時(shí)必須控制B含量，給冶煉工藝操作帶來很大難度；如果B以氧化物或氮化物存在于鋼中，就喪失了抑制鐵素體在晶界上形核的作用，也給冶煉工藝控制帶來困難。另外，在低碳貝氏體鋼中由于軋制和冷卻工藝控制不當(dāng)，易形成局部空隙自由區(qū)而促進(jìn)晶內(nèi)裂紋，導(dǎo)致成品鋼板軔性波動。所以本鋼種采取了不含B的成分設(shè)計(jì)。Pcm:在通常的環(huán)境下，焊接施工時(shí)要保證不預(yù)熱焊接同時(shí)不出現(xiàn)裂紋，規(guī)定 Pcm 彡 0. 20%。Ceq 厚規(guī)格610MPa級高強(qiáng)度鋼通過添加微量Ti等保證母材強(qiáng)度及焊接接頭強(qiáng)度，同時(shí)要保證低焊接裂紋敏感性，Ceq在本鋼種中規(guī)定為Ceq < 0. 42%。本發(fā)明610MPa級低焊接裂紋敏感性特厚鋼板的制造方法的工藝路線鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-精煉(LF+RH-Ca處理-微Ti處理)-連鑄-板坯加熱-控制軋制_矯直_冷卻(DQ、ACC或DQ+ACC)-堆垛緩冷-探傷-回火-切邊-檢查、檢驗(yàn)-入庫。采用本發(fā)明技術(shù)方案，鐵水經(jīng)過預(yù)脫硫，脫硫渣要處理干凈，選用優(yōu)質(zhì)廢鋼，合金料要清潔干燥。鋼水先經(jīng)過轉(zhuǎn)爐冶煉，然后送入LF、RH爐進(jìn)行精煉。進(jìn)行LF處理，造白渣深度脫硫；嚴(yán)格按照目標(biāo)成分進(jìn)行成分微調(diào)；控制上機(jī)溫度。進(jìn)行RH處理時(shí)間不得少于10 分鐘，[H]彡2ppm。RH處理結(jié)束后進(jìn)行微鈦處理和Ca處理。喂CaSi線以盡快的速度進(jìn)行 (彡3. 5m/s)。上機(jī)前凈吹氬3-5min，以使成分充分均勻；目標(biāo)過熱度控制在彡25°C ；中間罐采用浸入式水口，氬氣保護(hù)澆注，連鑄過程采用輕壓下。以細(xì)晶強(qiáng)化控制為核心充分發(fā)揮鞍鋼5500產(chǎn)線軋制能力和DQ、ACC在線冷卻能力，使“TMCP態(tài)+回火”態(tài)鋼板達(dá)到合同各項(xiàng)性能指標(biāo)要求。本發(fā)明軋制工藝是一道關(guān)鍵工序，完全再結(jié)晶軋制階段的道次壓下量的保證直接關(guān)系到奧氏體晶粒細(xì)化程度，要求軋機(jī)具有足夠的扭矩，最大可達(dá)到2X3800kNm ；非再結(jié)晶軋制階段單道次壓下量的保證直接關(guān)系到奧氏體晶粒的進(jìn)一步細(xì)化以及后續(xù)冷卻相變細(xì)化晶粒的效果，要求軋機(jī)具有足夠大的軋制力，要求軋制力最高可達(dá)到10500噸。本發(fā)明軋制工藝采用完全再結(jié)晶軋制階段和非再結(jié)晶軋制階段。完全再結(jié)晶軋制階段溫度控制在1000°c 1150°C，單道次壓下率大于10%，累計(jì)變形量不小于40%。中間坯厚度控制在成品厚度的1. 5 2倍。非再結(jié)晶軋制階段溫度控制在840°C 900°C，單道次壓下率大于12% ；采用多坯軋制方式，根據(jù)成品鋼板厚度嚴(yán)格控制終軋至開冷過程時(shí)間為 650 950s。在線強(qiáng)制冷卻采用DQ (直接淬火)冷卻方式，或ACC (層流加速冷卻)冷卻方式， 或“DQ+ACC”聯(lián)合冷卻方式。開冷溫度控制在Ar3士30°C，冷速控制在5 10°C /s，終冷溫度控制在400 510°C。本發(fā)明堆垛溫度300 450°C，軋后堆垛緩冷時(shí)間不少于20小時(shí)。本發(fā)明熱處理工藝采用回火工藝，回火工藝處理的目的是消除鋼板內(nèi)應(yīng)力?；鼗鸸に囂幚砭哂惺筃b的碳化物、氮化物或其復(fù)合化合物析出提高母材強(qiáng)度的作用。在600°C 以上回火可以達(dá)到彌散析出并提高強(qiáng)度，但是如果回火溫度超過650°C，強(qiáng)度顯著降低?；鼗馃崽幚頊囟葹?10 650°C，回火時(shí)間4min/mm。本發(fā)明工藝簡單、生產(chǎn)成本低，選用不含B、少量多元元素配比的低合金鋼成分設(shè)計(jì)，采用“DQ+ACC”聯(lián)合冷卻裝置限定冷速的TMCP工藝，用單層連鑄坯便可生產(chǎn)出610MPa 級低焊接裂紋敏感性特厚鋼板。


圖1為本發(fā)明特厚鋼板的金相組織圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。表1為本發(fā)明實(shí)施例特厚鋼板的化學(xué)成分。表2是冶煉及精煉具體工藝參數(shù)。表 3為本發(fā)明實(shí)施例特厚鋼板的軋制生產(chǎn)工藝參數(shù)及其力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果。本發(fā)明實(shí)施例特厚鋼板的回火熱處理溫度為630°C。回火時(shí)間4min/mm ；堆垛溫度395°C，軋后堆垛緩冷時(shí)間24小時(shí)。力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明實(shí)施例厚度80mm、90mm、100mm和IlOmm特厚鋼板的力學(xué)性能均滿足抗拉強(qiáng)度610MPa級鋼的要求，而且低溫韌性良好。表1本發(fā)明實(shí)施例特厚鋼板的化學(xué)成分(wt% )
權(quán)利要求
1.一種610MPa級低焊接裂紋敏感性特厚鋼板，其特征在于該鋼化學(xué)成分重量百分比為C 0. 06% 0. 10%、Si 0. 15% 0. 40%、Mn 1. 40 % 1. 70 %、P 彡 0. 015 %、 S 彡 0. 005%,Ni 0. 10% 0. 30%,Cr 0. 05% 0. 10%,MoO. 10% 0. 30%,Cu 0. 10% 0. 25%,Nb 0. 03% 0. 05%、Ti 0. 010% 0. 025%、Als 0. 015% 0. 045%，厚度為 80 110mm，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特厚鋼板，其特征在于所述鋼的Pcm= C+Si/30+(Mn+Cu+Cr) /20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B ^ 0. 20% ；所述鋼的 Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu)/15 彡 0. 42%。
3.—種權(quán)利要求1或2所述特厚鋼板的制造方法，包括鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉、 連鑄、軋制、回火，其特征在于軋制采用兩階段軋制，完全再結(jié)晶軋制階段溫度為1000 1150°C，單道次壓下率大于10%，累計(jì)變形量不小于40%，中間坯厚度為成品厚度的1.5 2倍，非再結(jié)晶軋制階段溫度為840 900°C，單道次壓下率大于12%，終軋至開冷過程時(shí)間為650 950s，開冷溫度為Art±30°C，在線強(qiáng)制冷卻速度為5 10°C /s，終冷溫度為400 5100C ；軋后堆垛緩冷，堆垛溫度300-450°C，緩冷時(shí)間不少于20小時(shí)；回火溫度為610 650°C，回火時(shí)間為4min/mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述特厚鋼板的制造方法，其特征在于所述的精煉包括LF和 RH爐精煉，LF造白渣深度脫硫，按目標(biāo)成分進(jìn)行成分微調(diào)；RH處理時(shí)間不少于10分鐘， [H] ( 2ppm ；RH處理結(jié)束進(jìn)行微鈦處理和Ca處理，喂CaSi線速度彡3. 5m/S,上機(jī)前凈吹氬 3-5min。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述特厚鋼板的制造方法，其特征在于所述連鑄的目標(biāo)過熱度控制在< 25°C，中間罐采用浸入式水口，氬氣保護(hù)澆注，連鑄過程采用輕壓下。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述特厚鋼板的制造方法，本發(fā)明軋制工藝采用完全再結(jié)晶軋制階段和非再結(jié)晶軋制階段。完全再結(jié)晶軋制階段溫度控制在1000°c 1150°C，單道次壓下率大于10%，累計(jì)變形量不小于40%。中間坯厚度控制在成品厚度的1.5 2倍。非再結(jié)晶軋制階段溫度控制在840°C 900°C，單道次壓下率大于12% ；采用多坯軋制方式，根據(jù)成品鋼板厚度嚴(yán)格控制終軋至開冷過程時(shí)間為650 950s。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述特厚鋼板的制造方法，其特征在于所述的在線強(qiáng)制冷卻采用直接淬火或?qū)恿骷铀倮鋮s或“直接淬火+層流加速冷卻”聯(lián)合冷卻方式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種610MPa級低焊接裂紋敏感性特厚鋼板及其制造方法。其成分C 0.06％～0.10％、Si 0.15％～0.40％、Mn 1.40％～1.70％、P≤0.015％、S≤0.005％、Ni 0.10％～0.30％、Cr 0.05％～0.10％、Mo0.10％～0.30％、Cu 0.10％～0.25％、Nb 0.03％～0.05％、Ti 0.010％～0.025％、Als 0.015％～0.045％，余為Fe。其方法包括冶煉、軋制、回火，軋制采用兩階段軋制，完全再結(jié)晶軋制階段溫度1000～1150℃，單道次壓下率大于10％，累計(jì)變形量不小于40％，非再結(jié)晶軋制階段溫度840～900℃，單道次壓下率大于12％，終軋至開冷過程時(shí)間650～950s，開冷溫度Ar3±30℃，冷速5～10℃/s，終冷溫度400～510℃；軋后堆垛緩冷；回火溫度610～650℃，回火時(shí)間4min/mm。本發(fā)明工藝簡單、成本低，用單層連鑄坯可生產(chǎn)出610MPa級特厚鋼板。
文檔編號C22C38/58GK102409251SQ20101029143
公開日2012年4月11日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者張祿林, 梁福鴻, 王旭, 胡昕明, 高強(qiáng) 申請人:鞍鋼股份有限公司