專利名稱：一種690MPa級低焊接裂紋敏感性鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別涉及一種高強(qiáng)度級別壓力容器用鋼，特別涉及一種690MPa級低焊接裂紋敏感性鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著儲氣球罐和壓力鋼管向大型化和高參數(shù)化的發(fā)展，高強(qiáng)度壓力容器用鋼的需求量逐年增加，對更高強(qiáng)度級別鋼的研制開發(fā)也日益迫切。國內(nèi)生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用的610MPa級球罐用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼，強(qiáng)度級別已不能滿足發(fā)展需要。目前多家單位已經(jīng)開始研發(fā)抗拉強(qiáng)度690MPa級的低焊接裂紋敏感性鋼，以用于建造IOOOOm3以上的大型天然氣球罐以及水 電站壓力鋼管、水電機(jī)組蝸殼等構(gòu)件。目前國內(nèi)有一些關(guān)于低焊接裂紋敏感性容器鋼的專利技術(shù)(I)專利公開號CN 101096378A “低焊接裂紋敏感性鋼板及其生產(chǎn)方法”，采用三階段控軋工藝，軋制工藝復(fù)雜，且抗拉強(qiáng)度較低，實(shí)施例抗拉強(qiáng)度為665MPa ；(2)專利CN 1932063A “高強(qiáng)度低焊接裂紋敏感性鋼厚板及其生產(chǎn)方法”、CN1932064A “大線能量低焊接裂紋敏感性厚鋼板及其生產(chǎn)方法”、CN101476080A “一種低焊接裂紋敏感性調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板及其制造方法”，均是針對抗拉強(qiáng)度610MPa級別的低焊接裂紋敏感性鋼板，強(qiáng)度較低；(3)專利號CN 101418418A“屈服強(qiáng)度690MPa級低裂紋敏感性鋼板及其制造方法”涉及到高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，采用超低C (O. 03 O. 06 % )、高M(jìn)n (I. 30 2. 00 % )、高Nb (O. 03 O. 08%)和高V (O. 04 O. 12% )，并添加了一定量的B，采用控軋控冷工藝生產(chǎn)的鋼板具有高強(qiáng)度和低焊接裂紋敏感性，但該鋼軋制工藝復(fù)雜，并且軋后的冷卻速度較大，對冷卻裝置要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種690MPa級低焊接裂紋敏感性鋼及其制造方法，通過合理的成分設(shè)計(jì)，采用控軋控冷和回火工藝，使其鋼板厚度在15 30mm，組織為貝氏體和鐵素體，屈服強(qiáng)度彡590MPa，抗拉強(qiáng)度彡690MPa，-20°C沖擊功彡47J。為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案所述鋼以重量百分比計(jì)的化學(xué)成分如下C O. 06 O. 08%，Si O. 25 O. 30%，Mn L60 1.80%，P<0.010%，S< 0.008%，Ti O. 010 O. 020%，Ni O. 30 O. 35%，Cr O. 31 O. 35 %，Mo O. 15 O. 25 %，Al O. 020 O. 040 %, Nb O. 015 O. 025 %,V < O. 02%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，鋼的化學(xué)成分還必須滿足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 彡 O. 20%。以下對本發(fā)明所含合金元素的作用及其用量的選擇具體分析說明C C是保證強(qiáng)度的主要元素，但含量過高會對焊接性能產(chǎn)生不利影響。為使鋼板具有低的焊接裂紋敏感性，C含量應(yīng)小于O. 08%，因此，本發(fā)明設(shè)定的最佳C含量為O. 06 O. 08%。Si Si主要起脫氧作用，并以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，含量過高會造成韌性下降，因此本發(fā)明Si含量控制在O. 25 O. 30%。Mn :Mn起固溶強(qiáng)化作用，可顯著提高鋼的強(qiáng)度和淬透性，并改善熱加工性能。Mn是防止熱裂紋的有效元素，可以改善硫化物的分布形態(tài)，減小低熔點(diǎn)硫化物的數(shù)量。Mn含量適量時(shí)，可以在提高強(qiáng)度的同時(shí)并不降低焊接熱影響區(qū)的韌性，但過多的Mn易偏析，惡化鋼的性能。本發(fā)明Mn含量控制在I. 6 I. 8%。Nb :Nb可以提高奧氏體再結(jié)晶停止溫度，同時(shí)易與C、N結(jié)合生成碳氮化物析出相，產(chǎn)生細(xì)化晶粒和析出強(qiáng)化的效果，改善強(qiáng)韌性。但含量過高時(shí)，會影響鋼的焊接性能，且強(qiáng)化效果不明顯，本發(fā)明將Nb含量控制在O. 015 O. 025%。Ti :Ti可以固定鋼中的N元素，形成TiN以阻止在加熱、軋制、焊接等過程中的晶粒長大，改善鋼板母材和焊接熱影響區(qū)的韌性，但過量的Ti會惡化鋼的韌性，因此Ti 的含量控制在O. 010 O. 020% ONi :Ni可以顯著改善鋼的低溫韌性，對沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度具有良好的影響，但含量過高會增加成本，且會造成鋼板表明氧化鐵皮難以除掉脫落，本發(fā)明中將Ni的含量控制在O. 30 O. 35%。Cr =Cr為縮小奧氏體相區(qū)元素，可提高鋼板的淬透性和強(qiáng)度。在C含量較低的情況下，添加適量的Cr，可以保證鋼板達(dá)到所需的強(qiáng)度，但添加過多會提高冷裂紋敏感性，因此Cr的含量控制在O. 31 O. 35%。Mo :Mo可以顯著提高鋼板的淬透性和強(qiáng)度，但添加過多會提高焊接裂紋敏感性，對焊接性能不利，本發(fā)明中Mo的含量控制在O. 15 O. 25%。Al A1是脫氧元素，與N化合形成的AlN還可以有效地細(xì)化晶粒，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，Al含量控制在O. 020% O. 040%較為合適。鋼中的雜質(zhì)元素含量越少越好，P、S是對韌性有害的元素，為了得到良好的低溫韌性，本發(fā)明鋼控制P含量不超過O. 010%, S含量不超過O. 008%為宜。一種690MPa級低焊接裂紋敏感性鋼的制造方法，包括如下步驟I)板坯加熱溫度為1150 1250°C，保溫時(shí)間為I. 5 2. 5h ;2)在控制軋制工序中，奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制開始軋溫度為980 1150°C，未再結(jié)晶區(qū)軋制開始溫度為850 950°C，終軋溫度為800 900°C ；3)在控制冷卻工序中，采用水冷卻系統(tǒng)，冷卻速率為15 30°C /s，終冷溫度為200 400°C，之后空冷至室溫；4)在熱處理工序中，回火溫度為630 660°C，保溫時(shí)間為I 2h。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少在于I)成分簡單，合金元素添加量較低，降低了生產(chǎn)成本；2)采用控軋控冷+回火工藝，生產(chǎn)工藝簡單；3)鋼板組織均勻，性能優(yōu)異，同時(shí)具有低焊接裂紋敏感性，可簡化焊接工藝。


圖I實(shí)施例I中鋼板縱截面的顯微組織照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及一優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例I和2的化學(xué)成分見表1，實(shí)施例I的碳當(dāng)量為O. 474，實(shí)施例2的碳當(dāng)量為O. 490。采用的熱軋和熱處理工藝參數(shù)為加熱溫度1180 1230°C，保溫2小時(shí)，開軋溫度980 1150°C，終軋溫度800 900°C，冷速15 30°C /s，終冷溫度200 400°C，軋制后成品鋼板厚度為15 30mm，回火溫度為630 660°C，在爐時(shí)間為I 2h。實(shí)施例I和2的鋼板厚度、力學(xué)性能見表2。表I本發(fā)明實(shí)施例I和2涉及的低焊接裂紋敏感性鋼的化學(xué)成分(wt % )
權(quán)利要求
1.一種690MPa級低焊接裂紋敏感性鋼，其特征在于，該鋼是由以下重量百分比的化學(xué)成分組成C O. 06 O. 08%，Si O. 25 O. 30%，Mn I. 60 I. 80 %，P 彡 O. 010 %，S^O. 008%, Ti O. 010 O. 020%，Ni O. 30 O. 35%，Cr O. 31 O. 35%，Mo O. 15 O.25%, Al O. 020 O. 040% ,Nb O. 015 O. 025%，V 彡 O. 02%，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)，鋼的化學(xué)成分還必須滿足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 彡 O. 20%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的690MPa級低焊接裂紋敏感性鋼，其特征在于，該鋼顯微組織為貝氏體和鐵素體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的690MPa級低焊接裂紋敏感性鋼，其特征在于，該鋼的成品厚度為15 30mm。
4.一種如權(quán)利要求I所述的690MPa級低焊接裂紋敏感性鋼的制造方法，其特征在于，包括以下步驟 1)板坯加熱溫度為1150 1250°C，保溫時(shí)間為I.5 2. 5h ; 2)在控制軋制工序中，奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制開始軋溫度為980 1150°C，未再結(jié)晶區(qū)軋制開始溫度為850 950°C，終軋溫度為800 900°C ； 3)在控制冷卻工序中，采用水冷卻系統(tǒng)，冷卻速率為15 30°C/s，終冷溫度為200 400°C，之后空冷至室溫； 4)在熱處理工序中，回火溫度為630 660°C，保溫時(shí)間為I 2h。
全文摘要
本發(fā)明提供一種690MPa級低焊接裂紋敏感性鋼及其制造方法，該鋼由以下重量百分比的化學(xué)成分組成C 0.06～0.08％，Si 0.25～0.30％，Mn 1.60～1.80％，P≤0.010％，S≤0.008％，Ti 0.010～0.020％，Ni 0.30～0.35％，Cr 0.31～0.35％，Mo0.15～0.25％，Al 0.020～0.040％，Nb 0.015～0.025％，V≤0.02％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明通過合理的成分設(shè)計(jì)，保證Pcm≤0.20，采用兩階段控制軋制、控制冷卻和合理的熱處理工藝，制得的鋼板抗拉強(qiáng)度≥690MPa。本發(fā)明鋼具有較高的強(qiáng)度，優(yōu)異的低溫韌性和焊接性能，可用于建造大型球罐、水電站壓力鋼管、水電機(jī)組蝸殼等構(gòu)件。
文檔編號C21D8/02GK102888571SQ20121041514
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者楊漢, 王西霞, 曲錦波 申請人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司