一种低成本屈强比可控高强度高韧性钢板及其制造方法

摘要

本发明提供一种低成本屈强比可控高强度高韧性钢板及其制造方法，其成分：C 0.04％～0.10％、Si 0.10％～0.50％、Mn 1.20％～2.00％、Nb 0.02％～0.045％、Ti 0.005％～0.025％、Cr 0.40％～1.00％、Mo 0.08％～0.25％、Als 0.010％～0.050％，K＝Cr/(Mo+2Nb+Ti)，2.0≤K≤7.0，余量为Fe及不可避免的杂质。其方法包括：铁水预处理-转炉冶炼-精炼-连铸-轧制，采用TMCP工艺，加热温度1140～1200℃，两阶段控轧，中间坯空冷或强制冷却，未再结晶区轧制温度930℃～700℃，积累变形量大于50％，钢板轧后加速冷却，钢板加速冷却终止温度为200～550℃，之后空冷。本发明生产工艺简单、贵重合金量少，成本低廉，钢种韧性、塑性和焊接性能良好，该钢种可用于建筑及桥梁钢结构的制造。

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种低成本屈强比可控的 高强度高韧性钢板及其制造方法。

背景技术

日本JFE钢铁公司2004年申请了“低屈服比高强度高韧性的厚钢板 和焊接钢管及它们的制造方法”专利(申请号CN200480016295.6)，其中 公开了一种低屈服比高强度高韧性的厚钢板及其制造方法。其组份按质 量％计，含有C0.03～0.1、Si0.01～0.50、Mn1.20～2.50、Al≤0.08，另外 选择性地加入Nb0.005～0.070、V0.005～0.10、Mo0.05～0.40、Ni0.50以 下、Ti0.005～0.04、Cu0.5以下、B0.005以下、Cr0.50以下、Ca0.0005～ 0.003，余量实质上由Fe构成。其工艺为热轧后的钢板以5℃/S的冷却速 度进行加速冷却至450～650℃，冷却后立即以0.5℃/S的加热速度进行 再加热至550～750℃，屈强比可控制在0.80以下。其不足之处是：冷却 后立即再加热需要配置专门的加热设备，大大提高了钢的生产成本。同 样，在“高强度厚钢板及其制造方法、以及高强度钢管”的专利(申请号为 CN200680010512.X)中，屈强比可控制在0.85以下，但是同样是在冷却 后立即再加热，需要配置专门的加热设备。另外B元素的加入容易导致 厚钢板的韧性受到损害。

宝钢的“800MPa级高韧性低屈服比厚钢板及其制造方法”专利(申请 号为CN200610025127.4)和“700MPa级高韧性低屈服比厚钢板及其制造 方法”专利(申请号为CN200510029246.2)，提供了两种低屈强比高强度钢 板。800MPa级高韧性低屈服比厚钢板，其成分质量百分比为：C0.05～ 0.09，Si0.35～0.55，Mnl.50～1.90，Ni0.30～0.70，Nb0.04～0.08，Al0.02～ 0.04，Ti0.01～0.04，余Fe和不可避免杂质。700MPa级高韧性低屈服比 厚钢板，其成分质量百分比为：C0.03～0.06，Si0.35～0.55，Mnl.00～1.55， Ni0.50～0.70，Nb0.02～0.06，A10.02～0.04，Ti0.01～0.04，V0.04～0.07， Cu0.50～0.70、余Fe和不可避免杂质，屈强比可控制在0.70以下。但是， 在该两个级别钢中加入了贵重元素Ni和较高的Cu含量，导致钢种成本 明显增加。

日本神户制钢所的“焊接热影响部和母材的低温韧性优异的低屈强 比高张力钢板及其制造方法”专利(申请号为CN200810174556.7)公开了屈 服强度440MPa以下的低屈强比高张力钢，屈强比可控制在0.80以下， 但是其钢中B含量0.0007-0.0015％，对钢种韧性损害不可避免。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种其屈强比可 有效控制的屈服强度≥460N/mm²、抗拉强度≥600N/mm²的高强韧钢板及 其制造方法。

本发明低成本屈强比可控高强度高韧性钢板及其制造方法，钢板的 屈服强度≥460N/mm²、抗拉强度≥600N/mm²，其化学成分以低C为基本 特征，以成本低廉的Mn、Cr等元素作为主要添加元素，不添加Cu、Ni、 V等元素，适当少量添加Mo元素，其化学成分范围(Wt％)为：C0.04％～ 0.10％、Si0.10％～0.50％、Mn1.20％～2.00％、Nb0.02％～0.045％、 Ti0.005％～0.025％、Cr0.40％～1.00％、Mo0.08％～0.25％、Als0.010％～ 0.050％，并满足屈强比调控系数K＝Cr/(Mo+2Nb+Ti)，2.0≤K≤7.0，余量 为Fe及不可避免的杂质P、S、O、N等等。

本发明选择的合金元素在钢中的主要作用在于：

C：碳对钢的强度、韧性、焊接性能影响很大。C含量低于0.04％时， 难以获得需要的高强度和低的屈强比；碳高于0.10％时，影响钢的韧性和 焊接性能。

Mn：锰对贝氏体转变有较大的促进作用，是提高强度和韧性的有效 元素，而且成本十分低廉，因此在本发明中把Mn元素作为主要合金元 素，Mn含量控制在1.20％～2.0％。

Nb：铌是本发明钢中的重要添加元素，它能够有效地延迟变形奥氏 体的再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，提高奥氏体再结晶温度，降低未再 结晶轧制的轧制负荷，缩短待温时间，提高生产率，同时改善强度和韧 性。它能够促进贝氏体转变，与Mo元素起到对贝氏体转变及提高屈服 强度的作用。Nb含量低于0.02％，上述作用不明显。Nb含量高于0.045％ 时，影响钢种屈强比及焊接性能，因此控制Nb0.02％～0.045％。

Ti：加入微量的钛，是为了钛、氮形成氮化钛，阻止钢坯在加热、轧 制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。钛低于 0.005％时或超过0.025％时，难以起到细化奥氏体晶粒的作用，过多甚至 对钢种韧性有害。

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的强化作用，当含量低于 0.1％时，冶炼难度增大；含量超过0.5％时，钢的清洁度下降，韧性降低， 可焊性差，回火脆性增加。因此控制Si0.10％～0.50％。

Als：铝是脱氧元素，可作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，其含 量不足0.01％时，效果较小；超过0.05％时，脱氧作用趋于饱和，增加钢 中夹杂物，对母材及焊接热影响区韧性有害。因此控制Als0.010％～ 0.050％。

Cr：铬是本发明钢中的重要添加元素，以提高钢的抗拉强度，降低 屈强比，但是过高的Cr易产生碳化物析出，影响钢种韧性。从经济性、 焊接性能和强度、韧性等方面考虑，在本发明中将Cr含量控制在 Cr0.50％～0.95％。

Mo：钼有助于轧制时奥氏体晶粒的细化和微细贝氏体的生成，但是 其成本高，且可焊性及韧性降低。由于其是贵重元素，作为本发明控制 加入的合金元素，根据钢板厚度及强度目标，本发明控制Mo0.08％～ 0.25％。

钢中的杂质元素的上限控制在P≤0.025％、S ≤0.015％、[N]≤0.0080％ 为宜，含量越低，钢种性能越好。

在本发明中，可根据目标钢板厚度，适当调整添加元素的含量，但 是必须保证屈强比调控系数K＝Cr/(Mo+2Nb+Ti)，2.0≤K≤7.0。K＜2.0 时，屈强比高，可控效果差，K＞7.0时，晶粒细化效果差，影响钢的韧 性。

本发明所述高强度高强韧钢板的制造方法包括以下工艺步骤：铁水 预处理-转炉冶炼-精炼-连铸-轧制，其特点是：轧制过程采用TMCP 工艺，轧前加热温度为1140～1200℃，采用两阶段控轧，中间坯空冷或 强制冷却(强制空冷、水冷、雾冷等)，以缩短待温时间，阻止再结晶晶 粒长大。未再结晶区轧制温度为930℃～700℃，未再结晶区积累变形量 大于50％，钢板轧后加速冷却终止温度为200～550℃，之后空冷，钢板 屈强比可控制在0.75以下。

为获得进一步控制屈强比的效果，本发明对钢板进行回火处理，根 据屈强比控制目标，可选择不同的回火温度。回火温度在400～550℃之 间，屈强比可控制在0.85以下，回火温度在550～680℃之间，不包括550℃ 屈强比可控制在0.85～0.90之间，同时能够消除钢板内应力，改善韧性 和塑性。

本发明采用低C、高Mn含量、添加适量Cr、Nb、Ti等元素，不添 加贵重元素Cu、Ni、V等，少量添加元素Mo，并满足屈强比调控系数 K＝Cr/(Mo+2Nb+Ti)，2.0≤K≤7.0，采用TMCP工艺可控制屈强比在0.75 以下，辅以不同温度区间回火，屈强比在0.75～0.90之间可控，且钢种 韧性、塑性和焊接性能良好。生产操作方便，不需要二次两相区淬火等 热处理工艺。由于工艺简单、贵重合金元素加入量少，故钢种成本低廉。 本发明屈服强度≥460N/mm²、抗拉强度≥600N/mm²强度级别的屈强比可 控、厚度可达50mm的高强韧中厚板可应用于桥梁、建筑钢结构等。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的描述。

本发明实施例按上述成分及生产工艺，制造出屈服强度 ≥500N/mm²～1000N/mm²的高强度热轧钢板，实施例的具体化学成分见 表1，实际工艺参数见表2，实物性能检验结果见表3和表4。

表1、本发明实施例钢种的冶炼成分(Wt％)

表2、本发明实施例的实际工艺参数

表3、本发明实施例的力学性能

表4、本发明实施例不同温度回火后的力学性能