專利名稱：一種800MPa經(jīng)濟型耐腐蝕高強度鋼板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料制造領(lǐng)域，涉及到一種SOOMPa經(jīng)濟型耐腐蝕高強度鋼板。
背景技術(shù)：
隨著人類對能源需求的不斷增長，國內(nèi)外加強了對煤炭資源的開發(fā)利用，煤炭開發(fā)技術(shù)不斷提高，再加上現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，與之密切相關(guān)的煤礦機械正朝著大型化、高參量化和長壽命的方向發(fā)展，對鋼鐵材料性能的要求越來越高，尤其是煤礦機械支架結(jié)構(gòu)采用鋼板的強度級別越來越高，屈服強度460MPa以上高強鋼板已得到廣泛應(yīng)用，甚至屈服890MPa級別的鋼板開始應(yīng)用。為保證煤礦安全生產(chǎn)，必須保證煤礦機械具有足夠的安全可靠性，對其原材料鋼 板及其焊接接頭要求較高，因此其應(yīng)滿足(I)高屈服和抗拉強度、高塑韌性、高均勻性和穩(wěn)定性；(2)材料焊接性好，能夠適應(yīng)較大熱輸入焊接，與母材相比其HAZ (焊接熱影響區(qū))塑韌性不明顯降低；(3)工藝焊接性好，低預(yù)熱溫度或者不需要預(yù)熱焊接，焊后不產(chǎn)生焊接冷裂紋；(4)為適應(yīng)井下潮濕作業(yè)環(huán)境，鋼板要求具有高的耐腐蝕性能。由于煤機用高強度鋼板市場需求量大、技術(shù)要求高，為滿足不斷發(fā)展的煤炭行業(yè)建設(shè)的需要，國內(nèi)對高強度鋼板強化機理、耐腐蝕機理以及焊接熱影響區(qū)組織性能特征等方面進行了大量的研究與探索，并形成了一些耐候性高強度鋼板制造工藝方法。如“一種屈服強度450MPa級高強耐候鋼板及其生產(chǎn)方法”(申請?zhí)朇N201010180589. X)、“一種600MPa級高強耐候鋼及其制備方法”(申請?zhí)朇N200710032112. 5)、“具有優(yōu)良耐蝕性和抗疲勞性的超高強度鋼及其制造方法”(申請?zhí)?00610019667. 1)、“具有600MPa級的低溫高韌性耐大氣腐蝕鋼及其生產(chǎn)方法”(申請?zhí)?00510019116. 0)、“一種高強度耐候鋼及其生產(chǎn)方法”(申請?zhí)?00610125365. 2)、“一種低成本屈服強度700MPa級非調(diào)質(zhì)處理高強耐候鋼及其制造方法”(申請?zhí)朇N201010246778. 2)。這些現(xiàn)有技術(shù)，主要存在如下問題
(I)強度級別低，具有耐腐蝕性能的高強鋼板一般只適用于抗拉強度< 700MPa的高強度鋼板(如申請?zhí)朇N201010180589.X ;CN200710032112. 5)等)，雖然也有強度較高者(申請?zhí)?00610019667. I ;CN201010246778. 2)，但其采用熱連軋生產(chǎn)工藝，受工藝設(shè)備限制，鋼板厚度難以滿足煤機大型化對厚板的需求。(2)焊接性差，采用MAG焊時一般只適應(yīng)焊接熱輸入在25kJ/cm以下的工藝條件焊接。另外有些鋼板的Pcm及Ceq較高，如申請?zhí)?00610019667. I所采用的成分，其Pcm ( 0. 30%、Ceq ( 0. 65%。(3)合金成本高，對于高強度耐腐蝕鋼板,大多數(shù)采用Cu-Cr-Ni-Mo-Nb等耐腐蝕鋼常規(guī)合金設(shè)計方式，這些元素均為貴重金屬，合金成本較高，如申請?zhí)枮?00610125365. 2所涉及的技術(shù)，其含有較多的鉻Cr、鈮Nb、鑰Mo等合金元素，另外如US20040118489公開的屈服度為800MPa合金鋼也采用較多的鉻Cr、鈮Nb、鑰Mo等合金元素，合金成本較高，在當(dāng)前鋼鐵形勢下難以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。(4)添加硼B(yǎng)來保證鋼的淬透性?？估瓘姸?00MPa以上級別高強度鋼板基本上采用調(diào)質(zhì)型生產(chǎn)技術(shù)，幾乎都是通過添加B來保證鋼的淬透性，這樣會導(dǎo)致焊接后鋼板熱影響區(qū)的硬度會顯著提高，損害焊接熔合線的韌性，再加上B元素容易在晶界偏聚，導(dǎo)致焊接接頭韌性急劇下降，如申請?zhí)朇N201010125410. O、CN200710045329. X等高強度鋼板均添加B提高淬透性。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種SOOMPa耐腐蝕高強度鋼板，解決煤機用高強度結(jié)構(gòu)鋼焊接性、耐腐蝕性差以及強韌性低的問題。該鋼板通過減少成分中貴重金屬含量，配合合適的冶煉方法、軋制以及熱處理技術(shù)，降低生產(chǎn)成本及生產(chǎn)組織難度，得到的鋼板具有良好的耐腐蝕性、焊接性，鋼板抗拉強度在SOOMPa以上，并且組織、性能均勻，可以適應(yīng)于較大的熱輸入焊接，該鋼板可應(yīng)用于煤礦機械結(jié)構(gòu)件的制造，安全可靠。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 一種800MPa耐腐蝕高強度鋼板，它的主要化學(xué)成分重量百分比為C 0. 12 0. 16%，Si :0. 20 0. 40%, Mn :1. 20 I. 50%, P ( 0. 015%, S ( 0. 005%, Al :0. 015 0. 060%,Ti :0. 015 0. 040%,Ni :0. 12 0. 30%,Cr :0. 40 0. 60%,Cu :0. 15 0. 40，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。上述鋼的化學(xué)成分還滿足碳當(dāng)量和焊接裂紋敏感性系數(shù)要求
碳當(dāng)量
Ceq=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu/+Ni) /15 ^ 0. 52%
焊接裂紋敏感性系數(shù)
Pcm = C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B ( 0. 28%。上述鋼板的厚度為8 50mm。上述800MPa耐腐蝕高強度鋼板制造方法的具體步驟為
a.KR鐵水處理通過KR預(yù)脫硫使硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)彡0. 0020%;
b.轉(zhuǎn)爐吹練在轉(zhuǎn)爐區(qū)域通過頂吹或頂?shù)蛷?fù)合吹練；
c.LF爐精煉LF精煉階段進行成分微調(diào)，使Ceq ( 0. 52%和Pem ( 0. 28%;
d.RH精煉RH精煉階段深度脫硫使硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)< 0. 005%,降低氧氣、氫氣、氮氣的含量，使氧氣含量< 0. 0030%、氫氣含量< 0. 0002%、氮氣含量< 0. 0040%,并對無法去除的夾雜物進行球化形態(tài)控制；
e:板坯連鑄連鑄階段通過電磁攪拌以及彎曲段弱冷控制； f加熱階段鋼坯加熱至1180 1250°C，保溫8-12min/mm ；
g粗軋、精軋階段在奧氏體可發(fā)生再結(jié)晶區(qū)將鋼坯軋制成中間坯，保證該階段末道次壓下率> 15%，細化奧氏體晶粒；在奧氏體未再結(jié)晶開始精軋，在奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變前軋制成鋼板，精軋溫度控制在900°C Ar3+80°C，累積變形量> 65%，使末道次前一道次變形率20 25% ；
h:淬火處理、回火處理階段軋后鋼板堆垛緩冷至室溫，得到組織均勻細小的正火軋制組織；對軋制后的鋼板進行淬火處理，保溫溫度Ac3+30 60°C，保溫時間為2min/mm+0 IOmin ;對淬火后的鋼板進行580°C 650°C高溫回火，保溫時間為I. 5 2. 5min/mm+0 IOmin0
為了保證本發(fā)明的目的，使鋼板具有高強度的同時，具有良好的塑韌性、良好的焊接性能和高的耐腐蝕性能，就本發(fā)明中C、Mn、S、P、Si、Al、Ti、Ni、Cr、Cu各元素限量的理由詳述如下
C對鋼的強度、低溫沖擊韌性、焊接性能產(chǎn)生顯著影響。基于其固溶強化機理或者提高淬透性的作用，C可以有效提高鋼板強度，但是隨著C含量的增高，低溫沖擊韌性、耐腐蝕性能、焊接性能會隨之降低。尤其當(dāng)C高于0. 16%后，焊接熱影響區(qū)中出現(xiàn)多量的淬硬組織，使韌性得到惡化，而且高C時容易產(chǎn)生焊接裂紋，焊接性難以滿足現(xiàn)場焊接要求。本發(fā)明C含量限制在0.012 0. 16%。本發(fā)明Mn的含量限制在I. 20 I. 50%。Mn主要起固溶強化作用，提高錳含量可以顯著提高鋼的抗拉強度，錳還可以推遲鐵素體、珠光體的轉(zhuǎn)變，并降低貝氏體的轉(zhuǎn)變溫度，有利于形成細晶粒組織，提高材料的耐腐蝕性；但是當(dāng)Mn含量較高時，容易引起厚規(guī)格鋼板的偏析。S作為雜質(zhì)元素，極易與Mn結(jié)合生成MnS夾雜，顯著降低鋼板的低溫韌性和塑性，因此本發(fā)明盡量降低S元素含量，同時兼顧冶煉經(jīng)濟性，將S含量限制在0. 005%以下。本發(fā)明P的含量為PS0. 015%, P顯著惡化材料的塑韌性和焊接，但是P可以大幅度提高鋼的耐腐蝕性。Si在冶煉時常作為脫氧元素添加，另外Si也可以通過固溶強化機理提高材料的強度，過高的Si會降低材料的韌性和焊接性，因此本發(fā)明限制Si含量在0. 20 0. 40%。Al也是是脫氧元素，同時在鋼中形成的AlN可有效細化晶粒，含量0.020% 0. 060%較為合適。Ti化學(xué)活性很強，易與鋼中的C、N、0、S形成化合物。加入微量Ti，使其與鋼中的N形成TiN，可釘軋奧氏體晶界和促進貝氏體形核抑制鋼板焊接過程中晶粒的長大，焊接熱影響區(qū)的韌性。本發(fā)明Ni含量限制為0. 12 0. 30%。Ni能夠提高淬透性，因此能夠起到一定的強化作用，Ni也是唯一可以同時提高材料強度和韌性的合金元素。Ni還能有效阻止Cu的熱脆引起的網(wǎng)裂。在加入量在0. 10%以上時，Ni能夠顯著提高鋼的耐候性能，但是含量不宜過高，否則會引起鋼坯氧化鐵皮難以去除，降低鋼板表面質(zhì)量。Cr是提高淬透性的重要元素，一定量的Cr還可以使鋼板獲得良好的耐候性能。在Cu-Cr-Ni符合添加的情況下，Cr有助于提高淬透性以及耐候性能?？紤]到本發(fā)明不添加Mo合金，為保證強度及耐候性本發(fā)明將Cr含量限制為0. 40 0. 60%。Cu本身可以通過時效強化機理提高材料的強度，同時可以提高材料的耐候性，但是含銅鋼具有一定的熱脆性，為此，參考Ni含量情況，為保證Ni/Cu=0. 8-1. 2，本發(fā)明將Cu含量限定在0. 15 0. 40%。通過上述分析，本發(fā)明是通過復(fù)合經(jīng)濟添加Cr-Ni-Cu，保證良好耐腐蝕性能的同時增加材料的淬透性，獲得具有較高強度和良好耐腐蝕性的鋼板。同時，通過成分設(shè)計上控制和Pran，提高了鋼板的焊接性。本發(fā)明的有益效果突出表現(xiàn)在
I、合金成本低廉，不采用貴重的Mo、Nb等合金,僅采用保證耐腐蝕性能的Cr-Ni-Cu,按元素經(jīng)濟添加及種類盡量少的原則，合理調(diào)整各元素的配比量，保證鋼板的各項功能指標(biāo)，減少生產(chǎn)成本。
2、不添加B元素，避免了 B對焊接熱影響區(qū)硬度及母材性能穩(wěn)定性的影響，保證了鋼板的大線能量焊接性能。3、焊接性優(yōu)良，實現(xiàn)了鋼板高耐腐蝕、高強度、高韌性及優(yōu)良焊接性的有機統(tǒng)一，低P 、Ceq值可保證低溫預(yù)熱或者不預(yù)熱焊接。


圖I為實施例2中鋼板金相組織；
圖2為實施例3中鋼板沖擊斷口形貌(SEM)。圖3為實施例4焊接接頭熱影響區(qū)粗晶區(qū)組織(TEM)
具體實施方式

以下用實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明做更詳細的描述。實施例中所有鋼板均按照如下工藝流程生產(chǎn)
一種SOOMPa經(jīng)濟型耐腐蝕高強度鋼板，它的主要化學(xué)成分重量百分比為C 0. 12 0. 16%, Si :0. 20 0. 40%, Mn :1. 20 I. 50%, P ( 0. 015%, S 彡 0. 005%, Al :0. 015 0. 060%, Ti :0. 015 0. 040%, Ni :0. 12 0. 30%，Cr :0. 40 0. 60%, Cu :0. 15 0. 40，其
余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。鋼的化學(xué)成分還滿足碳當(dāng)量和焊接裂紋敏感性系數(shù)要求
碳當(dāng)量
Ceq=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu/+Ni) /15 ^ 0. 52%
焊接裂紋敏感性系數(shù)
Pcm = C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B ( 0. 28%。鋼板的厚度為8 50mm。具體步驟為
a.KR鐵水處理通過KR預(yù)脫硫使硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)彡0. 002%;
b.轉(zhuǎn)爐吹練在轉(zhuǎn)爐區(qū)域通過頂吹或頂?shù)蛷?fù)合吹練；
c.LF爐精煉LF精煉階段進行成分微調(diào)，使Ceq ( 0. 52%和Pem ( 0. 28%;
d.RH精煉RH精煉階段深度脫硫使硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)< 0. 005%,降低氧氣、氫氣、氮氣的含量，使氧氣含量< 0. 0030%、氫氣含量< 0. 0002%、氮氣含量< 0. 0040 %，并對無法去除的夾雜物進行球化形態(tài)控制；
e:板坯連鑄連鑄階段通過電磁攪拌以及彎曲段弱冷控制； f加熱階段鋼坯加熱至1180 1250°C，保溫8-12min/mm ；
g粗軋、精軋階段在奧氏體可發(fā)生再結(jié)晶區(qū)將鋼坯軋制成中間坯，保證該階段末道次壓下率> 15%，細化奧氏體晶粒；在奧氏體未再結(jié)晶開始精軋，在奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變前軋制成鋼板，精軋溫度控制在900°C Ar3+80°C，累積變形量> 65%，使末道次前一道次變形率20 25% ；
h:淬火處理、回火處理階段軋后鋼板堆垛緩冷至室溫，得到組織均勻細小的正火軋制組織；對軋制后的鋼板進行淬火處理，保溫溫度Ac3+30 60°C，保溫時間為2min/mm+0 IOmin ;對淬火后的鋼板進行580°C 650°C高溫回火，保溫時間為I. 5 2. 5min/mm+0 lOmin。實施例I :按照以上的工藝流程，在210t轉(zhuǎn)爐進行了冶煉，并在250mm連鑄機進行了澆鑄，對連鑄坯放置48小時后檢查清理表面，加熱爐加熱4. 5小時，均熱段溫度為1220°C，在再結(jié)晶區(qū)將連鑄坯軋制成中間坯，待溫至950°C開始第二階段軋制，終軋溫度為860°C。鋼板緩冷至常溫后，進入淬火爐保溫30min，均熱溫度為910°C，隨后淬火至室溫，回火處理溫度為650°C，保溫30min后出爐，緩冷至常溫。實施例2 :實施方式同實例1，其中加熱爐均熱段溫度為1200°C，第二階段軋制開軋溫度為950°C，終軋溫度為880°C，淬火均熱溫度為908°C，回火處理溫度為640°C。圖I為該實施例鋼板金相組織照片，可以看出鋼板組織為典型的回火組織，組織細小均勻。實施例3 :實施方式同實例1，其中加熱爐均熱段溫度為1190°C，第二階段軋制開軋溫度為920°C，終軋溫度為900°C，淬火均熱溫度為915°C，回火處理溫度為620°C，保溫36min后出爐，緩冷至常溫，圖2該本實例鋼板沖擊斷口掃描形貌。從SEM斷口觀察看，沖擊試樣斷口為韌性斷口，說明鋼板的低溫韌性良好。實施例4 :實施方式同實例1，其中加熱爐均熱段溫度為1240°C，第二階段軋制開軋溫度為915°C，終軋溫度為900°C，淬火均熱溫度為920°C，回火處理溫度為620°C，保溫40min后出爐，緩冷至常溫。對該實施例進行了焊接工藝評定試驗,采用15kJ/cm和25kJ/cm焊接線能量焊接后，按照JB4708-2000的要求加工試樣和檢驗。拉伸、沖擊、冷彎試驗結(jié)果見表3，從表3來看，鋼板在采用不同線能量焊接后，同母材相比機械性能指標(biāo)沒有明顯下降。焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)組織見圖3，鋼板熱影響區(qū)粗晶區(qū)組織為板條貝氏體組織。實施例5 :實施方式同實例1，其中加熱爐均熱段溫度為1230°C，第二階段軋制開軋溫度為910°C，終軋溫度為900°C，淬火均熱溫度為900°C，回火處理溫度為610°C，保溫50min后出爐,緩冷至常溫。試驗,在鋼板頭部、中部、尾部,板寬的兩個邊部、兩個1/4處及1/2處取樣進行強度及低溫韌性檢驗。檢驗結(jié)果見表4。試驗結(jié)果表明發(fā)明鋼板各部位性能均勻。實施例6 :實施方式同實例1，其中加熱爐均熱段溫度為1210°C，第二階段軋制開軋溫度為910°C，終軋溫度為900°C，淬火均熱溫度為912°C，回火處理溫度為580°C，保溫80min后出爐,緩冷至常溫。實施例1-6的冶煉分析化成分及耐腐蝕指數(shù)見表I。實施例1-6的機械性能檢測結(jié)果見表2。
權(quán)利要求
1.一種SOOMPa經(jīng)濟型耐腐蝕高強度鋼板，其特征在于以重量百分比計其化學(xué)成分包含C 0. 12 0. 16%，Si :0. 20 0. 40%，Mn :1. 20 I. 50%，P 彡 0. 015%，S 彡 0. 005%,Al :0. 015 0. 060%,Ti :0. 015-0. 040%,Ni :0. 12 ~ 0. 30%,Cr :0. 40 0. 60%,Cu :0. 15 0.40%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種SOOMPa經(jīng)濟型耐腐蝕高強度鋼板，其特征在于鋼的化學(xué)成分滿足碳當(dāng)量和焊接裂紋敏感性系數(shù)要求Ceq=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu/+Ni)/15 彡 0. 52%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種SOOMPa經(jīng)濟型耐腐蝕高強度鋼板，其特征在于鋼的化學(xué)成分滿足焊接裂紋敏感性系數(shù)要求Pcm = C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B ( 0. 28%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種SOOMPa經(jīng)濟型耐腐蝕高強度鋼板，其特征在于所述鋼板厚度為8 50mm。
5.如權(quán)利要求I所述的一種SOOMPa經(jīng)濟型耐腐蝕高強度鋼板的制造方法，其特征在于包括以下步驟 a.KR鐵水處理通過KR預(yù)脫硫使硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)彡0. 002%; b.轉(zhuǎn)爐吹練在轉(zhuǎn)爐區(qū)域通過頂吹或頂?shù)蛷?fù)合吹練； c.LF爐精煉LF精煉階段進行成分微調(diào)，使Ceq ( 0. 52%和Pem ( 0. 28%; d.RH精煉RH精煉階段深度脫硫使硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)< 0. 005%,降低氧氣、氫氣、氮氣的含量，使氧氣含量< 0. 0030%、氫氣含量< 0. 0002%、氮氣含量< 0. 0040 %，并對無法去除的夾雜物進行球化形態(tài)控制； e.板坯連鑄連鑄階段通過電磁攪拌以及彎曲段弱冷控制； f.加熱階段鋼坯加熱至1180 1250°C，保溫8-12min/mm； g.粗軋、精軋階段在奧氏體可發(fā)生再結(jié)晶區(qū)將鋼坯軋制成中間坯，保證該階段末道次壓下率> 15%，細化奧氏體晶粒；在奧氏體未再結(jié)晶開始精軋，在奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變前軋制成鋼板，精軋溫度控制在900°C Ar3+80°C，累積變形量> 65%，使末道次前一道次變形率20 25% ； h.淬火處理、回火處理階段軋后鋼板堆垛緩冷至室溫，得到組織均勻細小的正火軋制組織；對軋制后的鋼板進行淬火處理，保溫溫度Ac3+30 60°C，保溫時間為2min/mm+0 IOmin ;對淬火后的鋼板進行580°C 650°C高溫回火，保溫時間為I. 5 2. 5min/mm+0 IOmin0
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料制造領(lǐng)域，涉及到一種800MPa經(jīng)濟型耐腐蝕高強度鋼板，它的主要化學(xué)成分重量百分比為C0.12～0.16％，Si0.20～0.40％，Mn1.20～1.50％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al0.015～0.060%，Ti0.015～0.040%，Ni0.12～0.30％，Cr0.40～0.60%，Cu0.15～0.40，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的有益效果是合金成本低廉，不采用貴重的Mo、Nb等合金，僅采用保證耐腐蝕性能的Cr-Ni-Cu，按元素經(jīng)濟添加及種類盡量少的原則，合理調(diào)整各元素的配比量，保證鋼板的各項功能指標(biāo)，減少生產(chǎn)成本；不添加B元素，保證了鋼板的大線能量焊接性能；焊接性優(yōu)良，實現(xiàn)了鋼板高耐腐蝕、高強度、高韌性及優(yōu)良焊接性的有機統(tǒng)一，低Pcm、Ceq值可保證低溫預(yù)熱或者不預(yù)熱焊接。
文檔編號C22C38/50GK102796967SQ20121031628
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者劉曉東, 侯東華, 胡淑娥, 孫衛(wèi)華, 肖豐強, 欒彩霞, 侯登義 申請人:濟鋼集團有限公司