非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶，所述鋼帶的化學(xué)成分的重量百分比為：C：0.10～0.16%，Si：≤0.30%，Mn：1.0～1.6%，Nb：0.02～0.06%，V：0.10～0.18%，Cr：0.30～0.60%，Ti：0.10～0.20%，Mo：0.15～0.50%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，Al：0.01～0.06%，N：<0.005%，O：<0.004%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的鋼帶屈服強(qiáng)度達(dá)到900MPa以上，抗拉強(qiáng)度在980Mpa以上，硬度在300HB以上，具有低焊接裂紋敏感性(Pcm≤0.25)，并具有很好的-20℃低溫沖擊韌性(≥40J)，鋼帶最大厚度規(guī)格15mm，適合普通熱連軋進(jìn)行一次成型，不需要進(jìn)行后續(xù)的調(diào)質(zhì)處理。
【專利說(shuō)明】非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱軋高強(qiáng)鋼生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，本發(fā)明涉及一種非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工程機(jī)械、起重機(jī)械、礦山機(jī)械等領(lǐng)域的發(fā)展使得高強(qiáng)鋼的需求量增加，強(qiáng)度等性能指標(biāo)日益提高，抗拉強(qiáng)度980MPa級(jí)別逐漸替代目前已被廣泛應(yīng)用的SOOMPa以下強(qiáng)度級(jí)別鋼以實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代。但這類超高強(qiáng)度一般采用淬火-回火的調(diào)質(zhì)處理方式得到，一般都具有較高的碳含量和較高的裂紋敏感性。上述領(lǐng)域內(nèi)的機(jī)械用鋼都是經(jīng)過(guò)焊接后使用的，較高的裂紋敏感性會(huì)使鋼板焊接時(shí)易于產(chǎn)生冷裂紋，降低鋼板可焊性。為了解決鋼板焊接問(wèn)題，需要對(duì)鋼板進(jìn)行焊前預(yù)熱，而且焊接裂紋敏感指數(shù)Pcm (Pcm = C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B)越高，預(yù)熱溫度越高。這將使得焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的工況環(huán)境變差，不僅影響生產(chǎn)效率，浪費(fèi)大量能源，而且會(huì)使焊接結(jié)構(gòu)的性能不穩(wěn)定，影響到機(jī)械構(gòu)件的使用安全。[0003]針對(duì)上述情況，現(xiàn)有研究設(shè)計(jì)了不同的化學(xué)成分和制造工藝，主要涉及下面幾類。一類是通過(guò)調(diào)質(zhì)處理制備低裂紋敏感性鋼板，厚度在20mm以上，抗拉強(qiáng)度在600~800MPa。比如在中國(guó)專利CN101812634A中，公開(kāi)了一種低碳低焊接裂紋敏感性的高強(qiáng)度鋼板的制造方法，采用Cr-Cu-Mo-V-Nb-T1-B合金化成分設(shè)計(jì)，鋼板熱軋后進(jìn)行離線淬火+回火工藝，鋼的屈服強(qiáng)度基本達(dá)到700MPa級(jí)別。此類制備工藝的缺點(diǎn)是:1)能耗及成本高，且在保證板型和表面質(zhì)量方面投入大。2)受到厚度的影響，鋼的強(qiáng)度不能大幅度的提高。另外一類采用非調(diào)質(zhì)處理。中國(guó)專利CN102605293A公開(kāi)了一種低溫韌性優(yōu)異的非調(diào)質(zhì)低焊接裂紋敏感性鋼及其生產(chǎn)方法，盡管Pcm實(shí)現(xiàn)了小于0.18%，采用控制軋制與控制冷卻技術(shù)，但是鋼的強(qiáng)度較低，抗拉強(qiáng)度低于700MPa，不能滿足工程機(jī)械用途。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶，該鋼帶屈服強(qiáng)度達(dá)到900MPa以上，硬度在300HB以上，具有低焊接裂紋敏感性(Pcm ( 0.25)，并具有很好的-20°C低溫沖擊韌性(> 40J)，鋼帶最大厚度規(guī)格15mm，適合普通熱連軋進(jìn)行一次成型，不需要進(jìn)行后續(xù)的調(diào)質(zhì)處理。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0006]一種非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶，所述鋼帶的化學(xué)成分的重量百分比為:C:0.10 ~0.16%, Si: ≤ 0.30%, Mn: 1.0 ~1.6%, Nb:0.02 ~0.06%, V:0.10 ~0.18%, Cr:0.30 ~0.60%, T1:0.10 ~0.20%, Mo:0.15 ~0.50%，P:≤ 0.015%，S:≤ 0.005%, Al:0.01 ~0.06%, N:<0.005%, O:<0.004%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]優(yōu)選地，所述鋼帶化學(xué)成分的重量百分比是:C:0.1%，S1:0.25%，Mn:1.20%, Nb:0.05%, V:0.15%, Cr:0.6%, T1:0.15%, Mo:0.2%, P:0.01%, S:0.005%, Al:0.02%，N:0.0045%,O:0.003%，其余為鐵Fe與不可避免雜質(zhì)。
[0008]優(yōu)選地，所述鋼帶化學(xué)成分的重量百分比是:C:0.16%，Si:0.30%, Mn:1.5%，Nb:0.04%, V:0.18%, Cr:0.30%, T1:0.16%, Mo:0.25%, P:0.01%, S:0.003%, Al:0.026%, N:0.005%, O:0.0035% ;其余為鐵Fe和不可避免雜質(zhì)。
[0009]本發(fā)明的鋼帶的焊接裂紋敏感指數(shù)Pcm ≤ 0.25 ;屈服強(qiáng)度≥900MPa，抗拉強(qiáng)度≥ 980MPa, δ ≥ 10% ;硬度≥300ΗΒ ；Akv-20°C≥ 40J。
[0010]本發(fā)明的鋼帶具有良好的低裂紋敏感性和耐磨性。
[0011]本發(fā)明選擇上述成分配比的理由如下:
[0012]碳:在熱連軋及卷取過(guò)程中與強(qiáng)碳化物形成元素V、T1、Mo結(jié)合形成納米級(jí)析出相，對(duì)第二相析出沉淀強(qiáng)化作用及細(xì)晶強(qiáng)化作用貢獻(xiàn)大。雖然能大幅度提高強(qiáng)度，但對(duì)焊接性能和低溫韌性不利，含量越高，焊接性能越差；降低含量既可降低Pcm指數(shù)，也可提高焊接性能，因此本發(fā)明C含量控制為0.10~0.16wt.%。
[0013]硅:在鋼中起到固溶強(qiáng)化作用，但過(guò)量的Si將惡化鋼的韌性及焊接性能，另外影響鋼的冷成型性能，降低鋼的表面質(zhì)量。本發(fā)明鋼娃含量范圍為O~0.30wt.%。
[0014]錳:提高強(qiáng)度和韌性的有效元素，對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變有極大的促進(jìn)作用。但Mn含量過(guò)高，如大于2%時(shí)對(duì)韌性及焊接性能有害，本發(fā)明Mn含量控制為1.0~1.60wt.%，具有細(xì)化晶粒作用和一定的固溶強(qiáng)化作用。
[0015]鈮:顯著提高奧氏體非再結(jié)晶溫度，同時(shí)能細(xì)化晶粒，改善鋼材的強(qiáng)度，能夠顯著提高鋼的韌性，尤其是低溫韌性效果明顯；極微量的Nb就能顯著細(xì)化鋼板晶粒并提高強(qiáng)度，本發(fā)明Nb含量控制為0.02~0.06wt.%0
[0016]釩:卷取過(guò)程中與Mo、Ti共同析出，形成納米級(jí)(V，Ti，Mo)C復(fù)合析出相，產(chǎn)生顯著的沉淀強(qiáng)化作用?？紤]到成本及析出量的因素，本發(fā)明鋼V含量范圍為0.10~0.18wt.%。
[0017]鈦:Ti的化學(xué)性質(zhì)較為活潑，部分Ti在高溫首先與鋼中N、S、C結(jié)合形成尺寸較大(微米、亞微米級(jí))的TiN，控制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，可以細(xì)化鐵素體晶粒，起到細(xì)晶強(qiáng)化作用。剩余的Ti再與C結(jié)合形成納米級(jí)TiC，具有顯著的沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶化作用。在卷取過(guò)程中Ti與V、Mo共同析出，形成納米級(jí)(V，Ti，Mo)C復(fù)合析出相。Ti含量過(guò)低，析出強(qiáng)化效果不明顯；Ti含量過(guò)高，惡化鋼的塑性及韌性，本發(fā)明鋼Ti含量范圍為0.10~0.20wt.%。另外，焊接是可以細(xì)化焊縫組織晶粒。
[0018]鉻:具有一定的細(xì)化晶粒作用，促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變，增加相變強(qiáng)化，但較高的Cr將降低焊接性能及韌性，應(yīng)控制在0.60wt.%以內(nèi)。
[0019]鑰:可以實(shí)現(xiàn)相變強(qiáng)化，促進(jìn)貝氏體和馬氏體轉(zhuǎn)變。卷取過(guò)程中與V、Ti共同析出，形成納米級(jí)(V，Ti，Mo)C復(fù)合析出相，產(chǎn)生顯著的沉淀強(qiáng)化作用?？紤]到強(qiáng)化作用及成本問(wèn)題。本發(fā)明鋼Mo含量范圍為0.15~0.50wt.%。
[0020]鋁:鋁是強(qiáng)脫氧元素，與N結(jié)合形成A1N，能夠起到細(xì)化晶粒作用。
[0021]磷、硫、氧、氮:鋼中雜質(zhì)元素，顯著降低塑韌性和焊接性能；N、S還可與Ti結(jié)合形成尺寸較大的TiN、Ti4C2S2，減少有效Ti含量。因此，應(yīng)盡可能減少上述雜質(zhì)元素含量。
[0022]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶的制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0023]I)熱軋:將按設(shè)定成分配料的鋼水鑄成連鑄坯，在步進(jìn)式加熱爐內(nèi)加熱到1200~1270°C，加熱時(shí)間120~180分鐘；之后進(jìn)行控制軋制，粗軋開(kāi)軋溫度為1150~1200°C，粗軋終軋溫度為1020~1060°C，粗軋過(guò)程進(jìn)行3~5道次軋制，軋后中間坯料厚度為30~40mm ;精軋開(kāi)軋溫度為1000~1050°C，精軋終軋溫度為860~920°C，精軋過(guò)程進(jìn)行4~6道次軋制，精軋過(guò)程每道次的壓下量控制在15~40%，精軋機(jī)架間采用水冷；
[0024]2)卷取及冷卻:將上述軋制后坯料進(jìn)行層流冷卻，冷卻速度為10~30°C /S，卷取溫度為550~630°C。
[0025]本發(fā)明的鋼帶組織結(jié)構(gòu)為超細(xì)多邊形鐵素體與粒狀貝氏體組織，其平均晶粒尺寸經(jīng)測(cè)定約為3.0~7.0 μ m。
[0026]本發(fā)明與己有技術(shù)相比較，具有下列顯著的優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0027]I)熱軋鋼帶采用非調(diào)質(zhì)處理一次成材，不需要輔以后期的調(diào)質(zhì)處理，成本降低明顯；
[0028]2)采用C含量在0.10~0.16%成分設(shè)計(jì)，提高鋼帶強(qiáng)度的同時(shí)降低了裂紋敏感性；由于V-Ti大量的添加，可以使得足夠的C形成微小的碳化物第二相粒子，利于最大限度的使得合金元素沉淀析出；同時(shí)高TiC析出使得鋼帶具有高的耐磨性。
[0029]3) Nb的添加使得鋼的低溫韌性明顯較不添加Nb元素的有所提高；Cr，Mo的添加提高了鋼的淬透性，使得相變強(qiáng)化效果明顯；
[0030]4)熱軋鋼帶卷取溫度550~630°C，較其他技術(shù)的低溫卷取易于控制，易于在熱連軋機(jī)上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為實(shí)施例1鋼帶的光學(xué)顯微照片；
[0032]圖2為實(shí)施例2鋼帶的光學(xué)顯微照片；
[0033]圖3為實(shí)施例3鋼帶的光學(xué)顯微照片；
[0034]圖4為實(shí)施例4鋼帶的光學(xué)顯微照片；
[0035]圖5為實(shí)施例1鋼碳萃取復(fù)型試樣的透射電鏡典型照片。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面以附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。需要指出的是，實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，不代表本發(fā)明的保護(hù)范圍，其他人根據(jù)本發(fā)明做出的非本質(zhì)的修改和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0037]根據(jù)本發(fā)明設(shè)定的化學(xué)成分范圍，下述實(shí)施例都通過(guò)以下具體工藝流程:以化學(xué)成分C，Si，Mn，S，P和Fe為原料，進(jìn)行120t轉(zhuǎn)爐冶煉、LF-RH精煉過(guò)程對(duì)鋼水進(jìn)行合金化處理、連鑄、鑄坯直接加熱或者均熱、熱連軋、軋后層流水冷卻、卷取等流程制備而成。
[0038]實(shí)施例1
[0039]將按設(shè)定成分配料的鋼水在120噸轉(zhuǎn)爐上冶煉，并連鑄成175mmX 1250mmX 11800mm的連鑄坯，在步進(jìn)式加熱爐內(nèi)將連鑄坯加熱到1250°C，加熱時(shí)間155分鐘，在熱連軋機(jī)上軋制，粗軋開(kāi)軋溫度控制為1160°C，粗軋終軋溫度控制為1050°C，粗軋5道次，中間坯厚為35mm，精軋開(kāi)軋溫度控制為1020°C，精軋終軋溫度控制為880°C，精軋5道次，精軋平均每道次的壓下量控制在25%，精軋機(jī)間采用水冷；將上述軋制后坯料進(jìn)行層流冷卻，冷卻速度為15°C /S，卷取溫度為580°C，最終獲取非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶，進(jìn)行開(kāi)卷剪切成鋼板。
[0040]所制得鋼帶化學(xué)成分的重量百分比是:C:0.1%，S1:0.25%，Mn:1.20%, Nb:0.05%,
V:0.15%, Cr:0.6%, T1:0.15%, Mo:0.2%, P:0.01%, S:0.005%, Al:0.02%, N:0.0045%, O:0.003%，其余為鐵Fe與不可避免雜質(zhì)。
[0041]所制得鋼帶的產(chǎn)品力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1:
[0042]表1實(shí)施例1所得鋼帶的力學(xué)性能參數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶，其特征在于，所述鋼帶的化學(xué)成分的重量百分比為:C:0.10 ~0.16%, Si S 0.30%, Mn:1.0 ~1.6%, Nb:0.02 ~0.06%, V:0.10 ~0.18%,Cr:0.30 ~0.60%, T1:0.10 ~0.20%, Mo:0.15 ~0.50%, P:≥ 0.015%, S:≥ 0.005%, Al:0.01~0.06%, N:<0.005%, O:<0.004%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)； 所述鋼帶的抗拉強(qiáng)度> 980MPa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶，其特征在于，所述鋼帶化學(xué)成分的重量百分比是:C:0.1%，Si:0.25%, Mn:1.20%, Nb:0.05%, V:0.15%, Cr:0.6%, Ti:0.15%, Mo:0.2%, P:0.01%, S:0.005%, Al:0.02%, N:0.0045%, O:0.003%，其余為鐵 Fe 與不可避免雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶，其特征在于，所述鋼帶化學(xué)成分的重量百分比是:c:0.16%, Si:0.30%, Mn:1.5%, Nb:0.04%, V:0.18%, Cr:0.30%, Ti:0.16%, Mo:0.25%, P:0.01%, S:0.003%, Al:0.026%, N:0.005%, O:0.0035% ;其余為鐵 Fe 和不可避免雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶，其特征在于，所述鋼帶的焊接裂紋敏感指數(shù)< 0.25。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶，其特征在于，所述鋼帶的力學(xué)性能為:屈服強(qiáng)度≥900MPa, δ≥10% ;硬度≥300ΗΒ ;Akv-20°C≥40J。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶，其特征在于，在相同磨損條件下，所述鋼帶的耐磨性是Q345B的3倍以上。
7.權(quán)利要求1-6任一所述非調(diào)質(zhì)處理低裂紋敏感性鋼帶的制備方法，所述方法包括以下步驟: 1)熱軋:將按設(shè)定成分配料的鋼水鑄成連鑄坯，在步進(jìn)式加熱爐內(nèi)加熱到1200~1270°C，加熱時(shí)間120~180分鐘；之后進(jìn)行控制軋制，粗軋開(kāi)軋溫度為1150~1200°C，粗軋終軋溫度為1020~1060°C，粗軋過(guò)程進(jìn)行3~5道次軋制，軋后中間坯料厚度為30~40mm ;精軋開(kāi)軋溫度為1000~1050°C，精軋終軋溫度為860~920°C，精軋過(guò)程進(jìn)行4~6道次軋制，精軋過(guò)程每道次的壓下量控制在15~40%，精軋機(jī)架間采用水冷； 2)卷取及冷卻:將上述軋制后坯料進(jìn)行層流冷卻，冷卻速度為10~30°C/S，卷取溫度為 550 ~630 °C。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述冷卻速度為15°C/S。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述卷取溫度為580°C。
【文檔編號(hào)】C22C38/28GK103898417SQ201410128348
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】趙培林, 孫新軍, 劉洪成, 王金洪, 張佩, 張利平, 郝帥, 張桂南, 路峰, 楊旭 申請(qǐng)人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司