本發(fā)明涉及一種鋼板及其制造方法，特別是一種低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌厚規(guī)格鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
：隨著船體、橋梁、建筑、壓力容器以及海洋平臺(tái)對(duì)結(jié)構(gòu)材料要求的不斷提高，高強(qiáng)度、高韌性的厚規(guī)格鋼板的研發(fā)受到了廣泛關(guān)注。但是，高強(qiáng)度鋼板存在一個(gè)顯著的問題，那就是屈強(qiáng)比難以降低。屈強(qiáng)比是屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比，反映材料的加工硬化能力。屈強(qiáng)比越高，鋼板形變過程中越容易發(fā)生局部應(yīng)力集中或者局部大變形，鋼結(jié)構(gòu)吸收少量能量就會(huì)導(dǎo)致材料斷裂或者結(jié)構(gòu)失穩(wěn)；屈強(qiáng)比越低，從鋼板開始發(fā)生塑性形變到最終斷裂所經(jīng)歷的形變?nèi)萘吭酱?、吸收能量越多，鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能就越好。因此，在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求高的場合，應(yīng)采用較低屈強(qiáng)比的鋼板。然而，采用現(xiàn)有淬火、回火工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼板的屈強(qiáng)比一般不低于0.92。較高的屈強(qiáng)比限制了鋼板的應(yīng)用范圍。通常情況下，如貝氏體、馬氏體等單一組織類型的鋼容易達(dá)到高屈服強(qiáng)度和高抗拉強(qiáng)度，但屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的數(shù)值差別不大，因而屈強(qiáng)比較高。通過改進(jìn)工藝獲得復(fù)相組織是實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、低屈強(qiáng)比的有效方法，包括鐵素體+馬氏體、鐵素體+貝氏體、貝氏體+馬氏體等。復(fù)相組織形變時(shí)，軟相先發(fā)生屈服，硬相在進(jìn)一步的變形過程中提供抗拉強(qiáng)度，因此屈強(qiáng)比得以降低?，F(xiàn)有技術(shù)獲得低屈強(qiáng)比復(fù)相組織的工藝通?；趤啘卮慊?，例如再加熱淬火-亞溫淬火-回火、正火-亞溫淬火-回火、直接淬火-亞溫淬火-回火、tmcp-亞溫淬火-回火、亞溫區(qū)直接淬火-回火等工藝。但是，這一類工藝存在生產(chǎn)周期長的缺點(diǎn)。與基于亞溫淬火的工藝相比，基于快速加熱在線熱處理的工藝能夠靈活地調(diào)控復(fù)相組織，且生產(chǎn)周期短、效率高，但是，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求極高，難以普遍推廣。另外，除了低屈強(qiáng)比與高強(qiáng)度之間的矛盾，高強(qiáng)度與高韌性也難以同時(shí)獲得，而且，在厚規(guī)格條件下獲得高強(qiáng)度也有很大難度。因此，通過簡單工藝在厚規(guī)格鋼板上同時(shí)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高韌性以及低屈強(qiáng)比是亟待解決的難題。公開號(hào)為cn104789892a的專利公開了一種具有優(yōu)異低溫沖擊韌性的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌厚鋼板及其制造方法，該低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌厚鋼板化學(xué)成分中含有3.6％以上的ni，因而成本高昂。公開號(hào)為cn106399840a的專利公開了一種低成本低屈強(qiáng)比調(diào)質(zhì)型q690e鋼板及生產(chǎn)方法，該低屈強(qiáng)比調(diào)質(zhì)型q690e鋼板的厚度僅有8-40mm。公開號(hào)為cn103352167a的專利公開了一種低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度橋梁用鋼及其制造方法，該低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度橋梁用鋼的屈服強(qiáng)度不高于600mpa，且僅能保證-40℃沖擊韌性。公開號(hào)為cn102277539a的專利公開了一種低屈強(qiáng)比高塑性超細(xì)晶粒高強(qiáng)鋼及其制造方法，該低屈強(qiáng)比高塑性超細(xì)晶粒高強(qiáng)鋼的組織為貝氏體。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：發(fā)明目的：本發(fā)明目的是提供一種低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌厚規(guī)格鋼板，該鋼板兼具高強(qiáng)度、高韌性、厚規(guī)格以及低屈強(qiáng)比的突出特點(diǎn)。本發(fā)明的另一目的是提供一種低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌厚規(guī)格鋼板的制造方法，通過該方法可以制得低屈強(qiáng)比、高強(qiáng)韌性的厚規(guī)格鋼板。技術(shù)方案：一種低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌厚規(guī)格鋼板，所述鋼板化學(xué)組分的質(zhì)量百分比含量為：c:0.060-0.080％、mn:5.5-6.0％、si:0.10-0.30％、al:0.015-0.040％、mo:0.15-0.30％、cr:0.20-0.40％、ni:0.15-0.40％、ti:0.01-0.03％、s≤0.006％、p≤0.010％，余量為fe和無法避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明所述的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌厚規(guī)格鋼板中各化學(xué)組分質(zhì)量百分比含量的限定理由如下：c元素能夠通過固溶強(qiáng)化顯著增加基體強(qiáng)度，同時(shí)能夠穩(wěn)定奧氏體相，但為了降低材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度，應(yīng)當(dāng)盡量降低c含量。此外，c也不利于材料的焊接性能。因此，本發(fā)明將c含量控制在0.060-0.080％的較低水平。mn作為本發(fā)明所述鋼板的主要合金元素，既是鐵素體強(qiáng)化元素，又是奧氏體穩(wěn)定元素。在改善材料低溫韌性方面，提高mn/c比能夠顯著降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，因此mn能夠在一定程度上取代價(jià)格較高的ni，但是過高的mn含量將使偏析程度加重、冶煉難度加大以及材料成本提高。因此，本發(fā)明將mn含量控制在5.5-6.0％。si在煉鋼過程中為脫氧元素，適量si能夠抑制mn和p的偏聚，而o含量過高、mn和p偏聚都會(huì)損害韌性。si還能夠產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，但含量超過0.3％時(shí)會(huì)引起韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高，因此含量不能過高。本發(fā)明將si控制在0.10-0.30％。al在煉鋼過程中為脫氧元素，也能夠降低固溶n原子數(shù)量，從而提高韌性和時(shí)效應(yīng)變抗力，且形成的aln還能夠細(xì)化晶粒，從而進(jìn)一步降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。但是，過量添加會(huì)形成大尺寸的al3o2和aln并損害韌性。因此，本發(fā)明將al含量控制在0.015-0.040％。mo能夠提高馬氏體回火后的強(qiáng)度，還能夠減弱mn的晶界偏聚從而提高韌性。mo含量過高將惡化焊接性能并增加材料成本。因此，本發(fā)明將mo含量控制在0.15-0.30％。cr能夠產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，但是cr含量過高則會(huì)降低焊接性。因此，本發(fā)明將cr含量控制在0.20-0.40％。ni能夠穩(wěn)定奧氏體相、提高淬透性、降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度并能夠改善變形性能，此外還有利于焊接性。但是過多添加ni元素會(huì)顯著增加成本。因此，本發(fā)明將ni含量控制在0.15-0.40％。ti能夠細(xì)化高溫奧氏體晶粒，有利于提高強(qiáng)度和韌性。微量添加就能夠發(fā)揮作用，過量添加將導(dǎo)致夾雜物增多。因此，本發(fā)明將ti含量控制在0.010-0.030％。s易與mn形成mns，p容易在晶界偏聚并降低晶界抗裂紋擴(kuò)展能力，為提高材料韌性，需要將s、p控制在最低限度。因此，本發(fā)明要求s≤0.006％，p≤0.010％。其中，該鋼板顯微結(jié)構(gòu)下的微觀組織為回火馬氏體和回轉(zhuǎn)奧氏體的復(fù)相組織?；鼗瘃R氏體作為基體組織，決定了材料的屈服強(qiáng)度。回轉(zhuǎn)奧氏體作為彌散分布的第二相，一方面能夠提高材料的韌性，另一方面也能夠在形變過程中發(fā)生相變并提高抗拉強(qiáng)度，從而降低屈強(qiáng)比。其中，通過x射線衍射儀測得回轉(zhuǎn)奧氏體體積分?jǐn)?shù)為5-15％。所述鋼板的厚度為50-100mm，屈服強(qiáng)度≥690mpa，屈強(qiáng)比≤0.80，-60℃夏比沖擊試驗(yàn)橫向沖擊吸收能量≥60j。本發(fā)明所述的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌厚規(guī)格鋼板的制造方法，包括步驟：加熱、軋制、熱處理，如下：(1)加熱：加熱與上述低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌厚規(guī)格鋼板相同化學(xué)成分的坯料，控制坯料的加熱溫度1070-1150℃，在坯料中心達(dá)到該溫度后保溫90-150min。坯料加熱時(shí)得到高溫奧氏體組織，同時(shí)合金元素通過擴(kuò)散方式均勻化。加熱溫度過高或保溫時(shí)間過長將導(dǎo)致高溫奧氏體晶粒過于粗大，而加熱溫度過低或保溫時(shí)間過短不利于合金元素均勻化，因此本發(fā)明將加熱溫度控制在1070-1150℃，保溫時(shí)間控制在90-150min。(2)軋制：加熱后對(duì)坯料進(jìn)行軋制，控制開軋溫度≤1020℃，終軋溫度≥820℃，總變形量≥65％，軋制結(jié)束后水冷，終冷溫度≤130℃。軋制溫度區(qū)間位于奧氏體相區(qū)，開軋溫度過高不利于晶粒細(xì)化，終軋溫度過低則使變形困難，因此本發(fā)明控制開軋溫度≤1020℃、終軋溫度≥820℃?？傋冃瘟俊?5％能夠保證足夠的應(yīng)變積累并細(xì)化奧氏體組織。軋制后水冷，終冷溫度≤130℃低于馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束點(diǎn)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l馬氏體，組織進(jìn)一步細(xì)化；其中，軋制結(jié)束后水冷的終冷溫度為室溫至130℃。(3)熱處理：將鋼板加熱至605-645℃，在鋼板中心達(dá)到該溫度后，保溫50-120min，然后空冷至室溫。熱處理溫度605-645℃位于鐵素體-奧氏體兩相區(qū)，能夠形成體積分?jǐn)?shù)為5-15％的回轉(zhuǎn)奧氏體，回轉(zhuǎn)奧氏體在升溫過程及50-120min的保溫過程中富集c、mn等合金元素以獲得足夠的熱穩(wěn)定性，能夠在冷卻至-60℃時(shí)仍然保持面心立方結(jié)構(gòu)。此外，馬氏體在高溫下發(fā)生適度回復(fù)，強(qiáng)度降低而塑韌性提高。保溫后空冷至室溫，得到回火馬氏體+回轉(zhuǎn)奧氏體的復(fù)相組織。有益效果：本發(fā)明所述的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌厚規(guī)格鋼板具有較高的屈服強(qiáng)度和較低的屈強(qiáng)比，屈服強(qiáng)度≥690mpa，屈強(qiáng)比≤0.80；-60℃夏比沖擊試驗(yàn)橫向沖擊吸收能量≥60j，具有良好的低溫沖擊韌性；并且，該鋼板的厚度規(guī)格達(dá)到50-100mm。通過本發(fā)明所述的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌厚規(guī)格鋼板的制造方法能夠生產(chǎn)高強(qiáng)度、高韌性、低屈強(qiáng)比的厚規(guī)格鋼板；并且制造工藝僅需要一次熱處理，工藝簡單，易于生產(chǎn)實(shí)施。附圖說明圖1是實(shí)施例1中低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌厚規(guī)格鋼板組織的透射電鏡顯微照片。具體實(shí)施方式實(shí)施例1：制造厚度為50mm的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌鋼板，按照以下步驟進(jìn)行：(1)加熱：將200mm厚的坯料放入加熱爐中加熱至1110℃并保溫120min，坯料的化學(xué)組分成分及其質(zhì)量百分比為c:0.060％、mn:5.5％、si:0.22％、al:0.030％、mo:0.15％、cr:0.20％、ni:0.15％、ti:0.010％、s:0.003％、p:0.006％，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)元素；(2)軋制：對(duì)加熱后的坯料進(jìn)行軋制，開軋溫度1020℃，終軋溫度845℃，軋機(jī)壓下規(guī)程按照表1制定：表1實(shí)施例1壓下規(guī)程道次12345678入料厚度mm200176155132112897259出料厚度mm17615513211289725950總變形量75％，軋制結(jié)束后水冷，終冷溫度25℃；(3)熱處理：將鋼板放入加熱爐中加熱至645℃并保溫50min，鋼板出爐后空冷至室溫。該鋼板化學(xué)組分及其質(zhì)量百分比含量為：c:0.060％、mn:5.5％、si:0.22％、al:0.030％、mo:0.15％、cr:0.20％、ni:0.15％、ti:0.010％、s:0.003％、p:0.006％，余量為fe和雜質(zhì)元素。該鋼板組織為回火馬氏體+回轉(zhuǎn)奧氏體的復(fù)相組織，如圖1所示，為該鋼板組織的透射電鏡顯微照片，可觀察到間隔分布的回火馬氏體和回轉(zhuǎn)奧氏體，其中淺色部分為回火馬氏體，深色部分為回轉(zhuǎn)奧氏體。該鋼板的屈服強(qiáng)度為752mpa，屈強(qiáng)比為0.80，-60℃夏比沖擊試驗(yàn)橫向沖擊吸收能量為155j。實(shí)施例2：制造厚度為70mm的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌鋼板，按照以下步驟進(jìn)行：(1)加熱：將200mm厚的坯料放入加熱爐中加熱至1115℃并保溫110min，坯料的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為c:0.065％、mn:5.6％、si:0.20％、al:0.027％、mo:0.18％、cr:0.22％、ni:0.24％、ti:0.026％、s:0.006％、p:0.010％,余量為fe和不可避免的雜質(zhì)元素；(2)軋制：對(duì)加熱后的坯料進(jìn)行軋制，開軋溫度1006℃，終軋溫度827℃，軋機(jī)壓下規(guī)程按照表2制定：表2實(shí)施例2壓下規(guī)程道次12345678入料厚度mm2001811621431221018677出料厚度mm181162143122101867770總變形量65％，軋制結(jié)束后水冷，終冷溫度68℃；(3)熱處理：將鋼板放入加熱爐中加熱至625℃并保溫90min，鋼板出爐后空冷至室溫。該鋼板化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為c:0.065％、mn:5.6％、si:0.20％、al:0.027％、mo:0.18％、cr:0.22％、ni:0.24％、ti:0.026％、s:0.006％、p:0.010％,余量為fe和不可避免的雜質(zhì)元素。該鋼板微觀組織為回火馬氏體+回轉(zhuǎn)奧氏體的復(fù)相組織，屈服強(qiáng)度743mpa，屈強(qiáng)比0.75，-60℃夏比沖擊試驗(yàn)橫向沖擊吸收能量為102j。實(shí)施例3：制造厚度為80mm的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌鋼板，按照以下步驟進(jìn)行：(1)加熱：將320mm厚的坯料放入加熱爐中加熱至1150℃并保溫90min，坯料的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為c:0.073％、mn:5.8％、si:0.10％、al:0.040％、mo:0.22％、cr:0.27％、ni:0.40％、ti:0.030％、s:0.002％、p:0.008％,余量為fe和不可避免的雜質(zhì)元素；(2)軋制：對(duì)加熱后的坯料進(jìn)行軋制，開軋溫度1005℃，終軋溫度820℃，軋機(jī)壓下規(guī)程按照表3制定：表3實(shí)施例3壓下規(guī)程道次12345678入料厚度mm32028224821117914311595出料厚度mm2822482111791431159580總變形量75％，軋制結(jié)束后水冷，終冷溫度72℃；(3)熱處理：將鋼板放入加熱爐中加熱至620℃并保溫90min，鋼板出爐后空冷至室溫。該鋼板化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為c:0.073％、mn:5.8％、si:0.10％、al:0.040％、mo:0.22％、cr:0.27％、ni:0.40％、ti:0.030％、s:0.002％、p:0.008％,余量為fe和不可避免的雜質(zhì)元素。該鋼板微觀組織為回火馬氏體+回轉(zhuǎn)奧氏體的復(fù)相組織，屈服強(qiáng)度708mpa，屈強(qiáng)比0.71，-60℃夏比沖擊試驗(yàn)橫向沖擊吸收能量為93j。實(shí)施例4：制造厚度為100mm的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)韌鋼板，按照以下步驟進(jìn)行：(1)加熱：將320mm厚的坯料放入加熱爐中加熱至1070℃并保溫150min，坯料的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為c:0.080％、mn:6.0％、si:0.30％、al:0.015％、mo:0.30％、cr:0.40％、ni:0.31％、ti:0.021％、s:0.001％、p:0.008％，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)元素；(2)軋制：對(duì)加熱后的坯料進(jìn)行軋制，開軋溫度1002℃，終軋溫度837℃，軋機(jī)壓下規(guī)程按表4制定：表4實(shí)施例4壓下規(guī)程道次123456789入料厚度mm320282248218192169149131114出料厚度mm282248218192169149131114100總變形量69％，軋制結(jié)束后水冷，終冷溫度130℃；(3)熱處理：將鋼板放入加熱爐中加熱至605℃并保溫120min，鋼板出爐后空冷至室溫。該鋼板化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為c:0.080％、mn:6.0％、si:0.30％、al:0.015％、mo:0.30％、cr:0.40％、ni:0.31％、ti:0.021％、s:0.001％、p:0.008％，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)元素。該鋼板微觀組織為回火馬氏體+回轉(zhuǎn)奧氏體的復(fù)相組織，屈服強(qiáng)度690mpa，屈強(qiáng)比0.74，-60℃夏比沖擊試驗(yàn)橫向沖擊吸收能量為60j。當(dāng)前第1頁12