專利名稱：：屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，具體地說，本發(fā)明涉及屈服強(qiáng)度550MPa級的低裂紋敏感性鋼板。
背景技術(shù)：
：對于機(jī)械結(jié)構(gòu)和工程建設(shè)所使用的高強(qiáng)鋼，為了便于焊接和簡化焊接工藝，希望鋼的焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm盡可能低，以達(dá)到焊前無需預(yù)熱的目的，這種鋼被稱為低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)鋼，也稱CF鋼。它是一類具有優(yōu)良焊接性能和低溫韌性的低合金高強(qiáng)度鋼，其優(yōu)點(diǎn)在于焊前不預(yù)熱或稍加預(yù)熱而不產(chǎn)生裂紋，主要是解決了大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接施工問題，一般要求鋼的Pcm《0.20%。降低Pcm的唯一手段就是減少碳和合金元素的加入量，而對于采用淬火+回火工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)鋼來說，減少碳和合金元素的加入量將不可避免地帶來鋼強(qiáng)度的降低，若采用熱機(jī)械控制軋制與控制冷卻技術(shù)(TMCP)，則可以彌補(bǔ)這種缺陷，此外，相對于調(diào)質(zhì)(淬火+回火)工藝，熱機(jī)械控制軋制與控制冷卻技術(shù)(TMCP)還具有細(xì)化晶粒從而提高鋼的低溫韌性的好處。目前，采用TMCP技術(shù)生產(chǎn)的低焊接裂紋敏感性鋼的合金成分一般是Mn-Mo-Nb-Cu-Ni-V-B系或Mn-Mo-Nb-Cu-Ni-B系。如中國專利公開公報(bào)CN1396294公開了一種低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)鋼，其化學(xué)成分為C:0.020.13%、Mn:0.601.80o/o、Si:0.10~0.60%、Ti:0.0050.025%、Al《0.01%、Ti:0.0050.025%、N:0.00200.0060%、B:0.00050.0020%、Nb:0.0080.040%及Ni《0.55%、V《0.10%、Cu《0.65o/o、Mo《0.50o/o、Zr《0.040o/o、RE《0.020o/o中的兩種或兩種以上，Pcn^0.33o/o;又如中國專利公開公報(bào)CN1932063A涉及鋼種的化學(xué)成分為C:0.060.09%、Si:0.150.55%、Mn:1.001.60%、P《0.015%、S《0.006%、Ni:0.150.40%、Cr《0.30%、Mo《0.30%、Cu《0.30%、V:0.020.06%、Nb:0,0050.05%、Als:0.0100.040%，Pcm=0.25%。上述公開的兩種鋼種的合金元素設(shè)計(jì)分別為Mn-Mo-Cu-Ni-Nb-V-B系和Mn-Mo-Cr-Cu-Ni-Nb-V-B體系，由于Mo和Ni均為貴重合金，因此從添加的合金元素的種類和加入的總量來分析，這兩種鋼種冶煉成本較高，且分別要求對鋼板進(jìn)行淬火+回火和回火處理，制造工序復(fù)雜。為了解決以上問題，本發(fā)明者釆用Mn-Nb-Cr-Mo-Cu-Ni-Ti系鋼種，通過控制熱機(jī)械軋制和冷卻技術(shù)，且無需熱處理，設(shè)計(jì)出了一種屈服強(qiáng)度達(dá)550MPa級的低裂紋敏感性鋼板，該鋼板具有良好的低溫韌性和焊接性。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供所述低裂紋敏感性鋼板的制造方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一個(gè)方面提供一種屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板，該鋼板的化學(xué)成分包含C:0.0050.04wt%、Si:0.400.70wt%、Mn:1.401.85wt%、Cr《0.20wt%、Mo《0.20wt%、Cu《0.30wt%、Ni《0.20wt%、Nb:0.040.08wt%、Al:0.020.06wt%、Ti:0.0040.030wt%、B:0.00050.0020wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，且滿足焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm《0.20%。低裂紋敏感性鋼板的焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm可按下式確定Pcm=C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/l5+V/l0+5B。焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm是反映鋼的焊接冷裂紋傾向的判定指標(biāo)，Pcm越低，焊接性越好，反之，則焊接性越差。焊接性好是指焊接時(shí)不易產(chǎn)生焊接裂紋，而焊接性差的鋼容易產(chǎn)生裂紋，為了避免裂紋的產(chǎn)生，必須在焊接前對鋼進(jìn)行預(yù)熱，焊接性越好，則所需的預(yù)熱溫度越低，反之則需要較高的預(yù)熱溫度。一般認(rèn)為，當(dāng)Pcm《0.20%時(shí)，70公斤級(屈服強(qiáng)度550MPa)鋼可以實(shí)現(xiàn)不預(yù)熱焊接。下面，對本發(fā)明的屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板的化學(xué)成分作用作詳細(xì)敘述。C:在鋼中的作用是固溶強(qiáng)化，但是C對焊接性能不利。C含量越高，焊接性能越差，對于采用TMCP工藝生產(chǎn)的貝氏體鋼來說，C含量越低則韌性越好，較低的碳含量可以生產(chǎn)更大厚度的高韌性鋼板，因此本發(fā)明C含量控制為0.0050.04%。Mo:提高鋼的耐蝕性，本發(fā)明只需加入不超過0.2%的]^0，因?yàn)镸o對焊接性能不利，同時(shí)Mo是一種十分昂貴的元素，其價(jià)格是Cr的數(shù)倍，因此本發(fā)明以Cr取代了部分Mo，以達(dá)到降低成本的目的。Nb:本發(fā)明通過加入較多的Nb，一方面以達(dá)到細(xì)化晶粒和增加鋼板厚度的目的，另一方面是提高鋼的未再結(jié)晶溫度，便于在軋制過程中采用相對較高的終軋溫度，從而加快軋制速度，提高生產(chǎn)效率。此外，由于強(qiáng)化了晶粒細(xì)化作用，使得可生產(chǎn)鋼板的厚度增大，采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的化學(xué)成分，能夠生產(chǎn)鋼板的最大厚度為80mm。Si:在鋼中的作用主要是固溶強(qiáng)化，也可提高鋼的淬透性，一般鋼中加入不超過0.70X的Si有利于提高鋼的強(qiáng)度和韌性。本發(fā)明添加了較高含量的Si能起到更大的固溶強(qiáng)化作用，從而降低Mn和Cu等合金元素的加入量，這主要是出于降低制造成本的考慮，因?yàn)镾i是一種價(jià)格十分低廉的元素。本發(fā)明的第二個(gè)方面提供一種屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，該方法包括冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻工序，其中在軋制工序后不經(jīng)過熱處理即進(jìn)入冷卻工序。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中澆鑄后的連鑄坯或鋼錠的厚度不小于成品鋼板厚度的4倍。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中在所述加熱過程中，加熱溫度為10801180°C，保溫時(shí)間為120180分鐘。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中所述軋制分為第一階段和第二階段軋制。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中在所述第一階段軋制過程中，開軋溫度為10501150°C,當(dāng)軋件厚度到達(dá)成品鋼板厚度的23倍時(shí)，在輥道上待溫至82086(TC。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中在所述第二階段軋制過程中，道次變形率為1025%，終軋溫度為810840°C。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中在所述冷卻過程中，鋼板進(jìn)入加速冷卻裝置，以825°C/S的速度冷卻至450550'C，出水后空冷。在另一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方式中空冷采用堆垛或冷床冷卻。在本發(fā)明的屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法中，對主要步驟的工藝控制原理分析如下1、軋制工藝軋件厚度到達(dá)成品鋼板厚度的23倍時(shí)，在輥道上待溫至S2086(TC。對于含Nb鋼來說，其未再結(jié)晶溫度約為9501050。C，將軋制鋼坯溫度降至820860。C，目的是為了保證其在未再結(jié)晶區(qū)有足夠的變形量，在變形的奧氏體內(nèi)有更高密度的位錯(cuò)累計(jì)，為鐵素體相變提供更有利的形核條件。較大的變形也有利于Nb的碳氮化合物的析出，由于變形誘導(dǎo)析出的作用，較大的道次變形率將有利于析出物的形成并且使其更加細(xì)小和彌散，同時(shí)，細(xì)小和彌散的析出物及其釘扎作用為鐵素體提供高密度的形核地點(diǎn)并且阻止其長大和粗化，這對于鋼的強(qiáng)度與韌性都起到有利的作用。將終軋溫度控制在未再結(jié)晶區(qū)的低溫段，同時(shí)該溫度區(qū)接近相變點(diǎn)Ar3，即終軋溫度為81084(TC，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)終軋，既為相變提供更高的能量累積，也不至于給軋機(jī)帶來過高的負(fù)荷，比較適合于厚板生產(chǎn)。2、冷卻工藝軋制結(jié)束后，鋼板進(jìn)入加速冷卻裝置，按825"C/秒的速度冷卻至45055(TC。由于鋼板在軋制過程中積累了密度很高的位錯(cuò)和極高的應(yīng)變能，高密度的位錯(cuò)將與Nb的析出物Nb(CN)粒子相互作用，在軋制完成至加速冷卻的空冷(馳豫)過程中，這種相互作用促使在奧氏體晶粒內(nèi)部形成大量細(xì)小的多邊形位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)，Nb原子在位錯(cuò)墻上的偏聚以及大量微細(xì)Nb(CN)在位錯(cuò)胞壁上的析出，穩(wěn)定了這種具有一定取向差的多邊形胞狀結(jié)構(gòu)。同時(shí)，一個(gè)道次的較大變形具有誘導(dǎo)鐵素體相變的作用，在這種誘導(dǎo)作用下，Af3點(diǎn)有所提高，即出現(xiàn)所謂"應(yīng)變誘導(dǎo)相變"現(xiàn)象，在未再結(jié)晶溫度區(qū)較大的變形量，將有利于針狀鐵素體的晶內(nèi)形核，同時(shí)會(huì)使貝氏體基體上的馬氏體島分布更加均勻彌散。釆用較快的冷速是為了為貝氏體轉(zhuǎn)變提供更高的過冷度，增加相變驅(qū)動(dòng)力，獲得更高密度的形核率，從而得到以細(xì)化的貝氏體為主的基體組織，使本發(fā)明鋼板具有較高的強(qiáng)度和良好的韌性。本發(fā)明的有益效果為1、通過合理設(shè)計(jì)化學(xué)成分，大幅度降低C含量，并且以Mn和Cr等廉價(jià)合金元素替代部分Mo和Ni等貴重元素，且合金元素含量少，原料成本較低，焊接裂紋敏感性較小，焊前無需預(yù)熱。2、本發(fā)明鋼板不需進(jìn)行任何額外的熱處理，從而簡化了制造工序，降低了鋼的制造成本。3、由于成分和工藝設(shè)計(jì)合理，從實(shí)施效果來看，工藝制度比較寬松，可以在中、厚鋼板產(chǎn)線上穩(wěn)定生產(chǎn)。4、本發(fā)明的低裂紋敏感性鋼板屈服強(qiáng)度大于550MPa、抗拉強(qiáng)度大于670MPa、夏氏沖擊功Akv(—20°C)>150J、板厚可達(dá)80mm板，且鋼板截面硬度均勻。圖1為本發(fā)明實(shí)施例6的低裂紋敏感性鋼板截面硬度實(shí)測值。具體實(shí)施例方式以下用實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。這些實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實(shí)施例1按表1所示的化學(xué)成分電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，并澆鑄成連鑄坯或鋼錠，將連鑄坯或鋼錠加熱至U7(TC,保溫120分鐘，在中、厚軋機(jī)上進(jìn)行第一階段軋制，開軋溫度為1050°C，當(dāng)軋件厚度為60mm時(shí)，在輥道上待溫至850°C，隨后進(jìn)行第二階段軋制，第二階段軋制道次變形率為1520%，終軋溫度為83(TC，成品鋼板厚度為20mm。軋制結(jié)束后，鋼板進(jìn)入加速冷卻(ACC)裝置，以25'C/S的速度冷卻至50(TC，出水后堆垛或冷床冷卻。實(shí)施例2實(shí)施方式同實(shí)施例l，其中加熱溫度為U3(TC，保溫150分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為106(TC，軋件厚度為90mm;第二階段軋制的開軋溫度為84(TC，道次變形率為1012%，終軋溫度為81(TC,成品鋼板厚度為30mm;鋼板冷卻速度為20°C/S，終止溫度為49(TC。實(shí)施例3實(shí)施方式同實(shí)施例l，其中加熱溫度為115(TC，保溫150分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為108(TC，軋件厚度為120mm;第二階段軋制的開軋溫度為S3(TC，道次變形率為1015%，終軋溫度為82(TC，成品鋼板厚度為40mm;鋼板冷卻速度為15°C/S，終止溫度為53(TC。實(shí)施例4實(shí)施方式同實(shí)施例l，其中加熱溫度為U2(TC，保溫180分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為107(TC，軋件厚度為150mm;第二階段軋制的開軋溫度為830°C，道次變形率為1015%，終軋溫度為840'C，成品鋼板厚度為50mm;鋼板冷卻速度為12°C/S，終止溫度為515"。實(shí)施例5實(shí)施方式同實(shí)施例l，其中加熱溫度為U3(TC，保溫180分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1080°C，軋件厚度為150mm;第二階段軋制的開軋溫度為840°C，道次變形率為1015%，終軋溫度為830。C，成品鋼板厚度為60mm;鋼板冷卻速度為10°C/S，終止溫度為540。C。實(shí)施例6實(shí)施方式同實(shí)施例l，其中加熱溫度為1120°C，保溫180分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1040°C，軋件厚度為160mm;第二階段軋制的開軋溫度為830°C，道次變形率為1015%，終軋溫度為840°C,成品鋼板厚度為80mm;鋼板冷卻速度為8°C/S，終止溫度為540°C。表1本發(fā)明實(shí)施例1-6的低裂紋敏感性鋼板的化學(xué)成分(wt%)及其Pcm<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>試驗(yàn)例1對本發(fā)明實(shí)施例1-6的低裂紋敏感性鋼板進(jìn)行力學(xué)性能測試，測試結(jié)果見表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表1和表2可以看出，本發(fā)明低裂紋敏感性鋼板的Pcm《0.20%，屈服強(qiáng)度均大于550MPa，抗拉強(qiáng)度大于670MPa，夏氏沖擊功Akv(—2(TC)》150J，板厚可達(dá)80mm,具有良好的低溫韌性和焊接性。試驗(yàn)例2按標(biāo)準(zhǔn)GBZT4340-1999對本發(fā)明實(shí)施例6的低裂紋敏感性鋼板的截面硬度進(jìn)行測量，測量值見圖1。從圖l可以看出，本發(fā)明鋼板的截面硬度均勻。權(quán)利要求1、一種屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板，其特征在于，所述低裂紋敏感性鋼板的化學(xué)成分包含C0.005～0.04wt％、Si0.40～0.70wt％、Mn1.40～1.85wt％、Cr≤0.20wt％、Mo≤0.20wt％、Cu≤0.30wt％、Ni≤0.20wt％、Nb0.04～0.08wt％、Al0.02～0.06wt％、Ti0.004～0.030wt％、B0.0005～0.0020wt％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，且滿足焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm≤0.20％。2、權(quán)利要求1所述的屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，包括冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻工序，其特征在于，在所述軋制工序后不經(jīng)過熱處理即進(jìn)入冷卻工序。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，澆鑄后的連鑄坯或鋼錠的厚度不小于成品鋼板厚度的4倍。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，在所述加熱過程中，加熱溫度為10801180°C，保溫時(shí)間為120180分鐘。5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其中所述軋制分為第一階段和第二階段軋制。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，在所述第一階段軋制過程中，開軋溫度為1050115(TC，當(dāng)軋件厚度到達(dá)成品鋼板厚度的23倍時(shí)，在輥道上待溫至820860°C。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，在所述第二階段軋制過程中，道次變形率為1025%，終軋溫度為810840。C。8、根據(jù)權(quán)利要求2所述的屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于，在所述冷卻過程中，鋼板進(jìn)入加速冷卻裝置，以825°C/S的速度冷卻至450550°C，出水后空冷。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其中所述空冷采用堆垛或冷床冷卻。全文摘要本發(fā)明提供了一種屈服強(qiáng)度550MPa級低裂紋敏感性鋼板及其制造方法。所述低裂紋敏感性鋼板的化學(xué)成分包含C0.005～0.04wt％、Si0.40～0.70wt％、Mn1.40～1.85wt％、Cr≤0.20wt％、Mo≤0.20wt％、Cu≤0.30wt％、Ni≤0.20wt％、Nb0.04～0.08wt％、Al0.02～0.06wt％、Ti0.004～0.030wt％、B0.0005～0.0020wt％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，且其Pcm≤0.20％。采用控制熱機(jī)械軋制和冷卻技術(shù)，獲得了以細(xì)化的貝氏體為主的基體組織，從而有利于鋼板強(qiáng)度、塑性和韌性的提高。本發(fā)明低裂紋敏感性鋼板的屈服強(qiáng)度大于550MPa、抗拉強(qiáng)度大于670MPa、夏氏沖擊功Akv(-20℃)≥150J、50％韌脆轉(zhuǎn)變溫度FATT低于-60℃、板厚可達(dá)80mm，且具有良好的焊接性。文檔編號(hào)C22C38/16GK101353759SQ200710093978公開日2009年1月28日申請日期2007年7月23日優(yōu)先權(quán)日2007年7月23日發(fā)明者吳扣根,姚連登,巖朱,聆胡,賀達(dá)倫,趙小婷申請人:寶山鋼鐵股份有限公司