專利名稱：：低焊接裂紋敏感性抗高溫回火厚板及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及抗拉強度^780MPa級低焊接裂紋敏感性抗高溫回火厚板及其生產(chǎn)方法，屬于低合金鋼制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：在本發(fā)明之前，"780MPa級高張力鋼板及其制造方法"(專利號JP2007063603)公開了抗拉強度780MPa級低焊接裂紋敏感性調(diào)質(zhì)鋼及其生產(chǎn)技術(shù)。其目的是提供780MPa級、具有優(yōu)良韌性和抗再熱裂紋特性的鋼板及其生產(chǎn)方法?；瘜W(xué)成分含B。在本發(fā)明之前，"780MPa級非調(diào)質(zhì)厚鋼板及制造方法"(專利號JP2004052063)文獻中公開了抗拉強度780MPa級低焊接裂紋敏感性非調(diào)質(zhì)鋼及其生產(chǎn)技術(shù)。其目的是提供780MPa級、具有優(yōu)良低溫韌性非調(diào)質(zhì)厚板及其生產(chǎn)方法?；瘜W(xué)成分含B。截至目前，抗拉強度780MPa級低焊接裂紋敏感性高強度鋼厚板基本上采用調(diào)質(zhì)和非調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)技術(shù)，幾乎都是通過加B來保證鋼的淬透性。用B來保證鋼的強度、增加鋼的淬透性，化學(xué)成分和制造條件將發(fā)生相互影響，可能導(dǎo)致母材性能不穩(wěn)定，特別是焊接熱影響區(qū)的硬度顯著提高。"具有良好焊接性和低溫韌性鋼板的生產(chǎn)"(專利號JP8013032)介紹了780MPa級別低焊接裂紋敏感性高強度鋼厚板的生產(chǎn)方法，采用等溫淬火工藝。"780MPa級高張力鋼板及其制造方法"(專利號JP2007063603)文獻提供了780MPa級別的具有良好焊接裂紋敏感性鋼的生產(chǎn)方法。但是對鋼中Mo、V、Ti含量以公式Mo+2.9V+2Ti《0.50。/。加以限定。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種低焊接裂紋敏感性抗高溫回火厚板及其生產(chǎn)方法，鋼板抗拉強度》780MPa，鋼板最大厚度達到40mm。鋼板具有低焊接裂紋敏感性和具有高溫回火穩(wěn)定性的優(yōu)異性能。設(shè)計的化學(xué)成分簡單且生產(chǎn)工藝簡便，適合批量生產(chǎn)。本發(fā)明為了達到上述的目的，設(shè)計了一種具有低焊接裂紋敏感性抗高溫回火鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分的重量百分比為C0.08%0.11%、Si0.15%~0.40%、Mn1.20%~1.75%、P^0.020%、S^).006o/o、Ni0.20%~0.45%、Cr0.15%0.30%、Mo0.20%~0.40%、Cu0.10%~0.30%、V0.03%~0.060/o、Nb0.040/00.060/0，Als0.025%~0.0350/0，Ti0.015%0.0250/0。余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。另外，本發(fā)明的鋼化學(xué)成分還必須滿足Pcm=C+Si/30+Ni/60+(Mn+CrfCu)/20+Mo/15+V/10+5B^0.26%;本發(fā)明中合金元素C、Si、Mn、P、S、Al、Ni、Cr、Mo、Cu、V、Nb、Ti限定量的理由詳述如下C:C《0.06y。時需添加其它提高淬透性元素，使成本升高，韌性和焊接性變壞。特別是在本發(fā)明的大焊接能量的情況下，C《0.06c/。B寸，C向熔融金屬的擴散很少，用一般的焊接材料很難保證焊接接頭強度。為保證焊接裂紋敏感性和加入Nb后的大能量焊接接頭韌性，C的上限為0.11。/c。本鋼種C成分設(shè)計下限為0.08%是考慮保證強度而設(shè)計的。Si:為使Si在保證母材強度和焊接接頭強度中發(fā)揮作用，Si應(yīng)大于0.15%，但Si〉0.40。/。時，焊接裂紋敏感性和焊接接頭韌性變壞。其含量控制在0.15%~0.40%。Mn:為使Mn在保證母材強度和焊接接頭強度發(fā)揮作用，其含量應(yīng)^1.20。/。。但Mn〉1.75n/o時使焊接裂紋敏感性變壞，而且由于含量太高帶來過大的淬透性使母材韌性和接頭韌性變壞。其含量控制在1.20%~1.75%。P、S:P、S在本鋼種中都是雜質(zhì)元素。限制在P《0.020°/o;S《0.006%。Al:A1提高粗晶區(qū)韌性的機制是減少M-A組元的量及其尺寸，減少了固溶N量。A1N的溶解溫度在110(TC附近，它在焊接熱循環(huán)中很容易溶解，不能有效地阻止HAZ的晶粒長大。在焊接熱循環(huán)中A1N質(zhì)點會溶解，使HAZ中自由N的含量增高。A1N的析出十分緩慢，A1N很難在焊接過程中重新形核析出。一般情況下Al的含量為》0.025%，加入Al的上限為0.035%。Ti:根據(jù)鋼中的N含量，適當添加Ti，形成TiN細粒狀彌散分布的粒子以減輕大線能量焊接熱影響區(qū)脆化的效果最好，利用TiN的沉淀物可以抑制焊接時奧氏體的晶粒粗大，增加針狀鐵素體的沉淀核。3.42為鋼中Ti、N原子的理想化學(xué)配比。當鋼中的Ti/N值接近于理想化學(xué)配比時，TiN粒子更加細小且分布彌散，對高溫奧氏體晶粒的細化作用最強，Ti/N值過大或過小都將消弱這一作用。Ti的含量為0.015%0.025%。Nb:Nb通過微合金化與控軋控冷工藝相結(jié)合使母材晶粒充分細化，并且結(jié)合析出強化和位錯亞結(jié)構(gòu)強化效應(yīng)，達到提高母材綜合性能的目的。其含量控制在0.04%~0.06%。Ni、Cr:Ni、Cr有利于提高母材和悍接接頭的強度。Ni可進一步改善韌性。但如添加量超過所需的量會使Ceq增大，導(dǎo)致大線能量焊接接頭的韌性降低和加工性變壞，因此Ni的含量為0.20%0.45°/。；Cr0.15%~0.30%。Mo:Mo對提高母材強度和焊接接頭強度有效，Mo0.20%~0.40%。Cu:Cu對提高母材強度有效，Cu0.10%0.30%。V:V是為保證母材強度和焊接接頭強度而添加的，添加量為0.030/o~0.06%o本發(fā)明的低焊接裂紋敏感性抗高溫回火厚板的生產(chǎn)方法，鋼水采用真空處理等純凈鋼工藝進行冶煉，鋼板生產(chǎn)采用在線控軋控冷和離線回火工藝。熱軋前的加熱溫度加熱溫度若超過125CTC，可能導(dǎo)致鋼的原始奧氏體晶粒的粗大化而不能保證母材的韌性，所以上限為1250°C。鋼坯出爐溫度為51150~1240°C。但是考慮到微合金元素的適當溶解，加熱溫度必須保證115(M240。C。軋制條件本發(fā)明的鋼加熱后軋制工藝采用奧氏體完全再結(jié)晶區(qū)+奧氏體未再結(jié)晶區(qū)二個階段控制軋制工藝。奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制控制軋制的第一階段，溫度區(qū)間在11501000°C。為保證母材韌性及避免產(chǎn)生局部異常粗大的晶粒，應(yīng)使單道次壓下率大于10%，應(yīng)保證該階段的累積變形量》55%。奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制控制軋制的第二階段，溫度區(qū)間控制在《940'C。為保證晶粒細化的效果從而達到提高鋼的屈服強度和韌性的目的，應(yīng)使單道次壓下率大于10%，應(yīng)保證該階段的累積變形量》55%。在線加速冷卻-熱軋結(jié)束后，將溫度在AT3以上的鋼板進行強制冷卻。強制冷卻時應(yīng)使水均勻地施加在鋼板上。鋼板的入水溫度為840860'C，鋼板的終冷溫度控制在280~350'C。鋼板的冷卻速度控制在2535TVS。應(yīng)使板厚1/2處的冷卻速度在10°C/S以上?；鼗鹛幚砘鼗鹛幚淼哪康氖菫橄龖?yīng)力而實施的。在本發(fā)明中還具有使Nb及V碳化物析出提高并保證母材強度的特殊作用。在60(TC以上進行回火可達到上述目的。在680'C回火時，金相組織并未粗化而強度保持適中。本發(fā)明鋼種采用不含B的低焊接裂紋敏感性鋼成分設(shè)計。本發(fā)明鋼種如加入微量的B可明顯抑制鐵素體在奧氏體晶界上的形核，同時還使貝氏體轉(zhuǎn)變曲線變地扁平，從而在一個較大的冷速范圍內(nèi)也能獲得貝氏體組織，使鋼種提高強度。但是，因為B提高鋼種強度的作用是基于其在奧氏體晶界上的偏聚而阻止等軸鐵素體在晶界上優(yōu)先形核，冶煉時必須控制B含量，給冶煉工藝操作帶來很大難度；如果B以氧化物或氮化物存在于鋼中，就喪失了抑制鐵素體在晶界上形核的作用，也給冶煉工藝控制帶來困難。另外，在低碳貝氏體鋼中由于軋,制和冷卻工藝控制不當，易形成局部空隙自由區(qū)而促進晶內(nèi)裂紋，導(dǎo)致成品鋼板韌性波動。所以本鋼種采取了不含B的成分設(shè)計。選用不含B低合金鋼成分設(shè)計，采用限定冷速的TMCP工藝生產(chǎn)本發(fā)明鋼種，得到抗高溫回火性能優(yōu)良的780MPa級低焊接裂紋敏感性厚板。此生產(chǎn)方法并沒有超常規(guī)的工藝難度，可以達到比離線調(diào)質(zhì)鋼板生產(chǎn)工藝更經(jīng)濟的實際效果。圖1為本發(fā)明A方案鋼板1/4處金相組織；圖2為本發(fā)明B方案鋼板1/4處金相組織；圖3為本發(fā)明C方案鋼板1/4處金相組織；圖4為本發(fā)明A方案63(TC回火鋼板金相組織；圖5為本發(fā)明A方案65(TC回火鋼板金相組織；圖6為本發(fā)明A方案68(TC回火鋼板金相組織；圖7為本發(fā)明B方案630'C回火鋼板金相組織；圖8為本發(fā)明B方案65(TC回火鋼板金相組織；圖9為本發(fā)明B方案68(TC回火鋼板金相組織；圖10為本發(fā)明C方案63(TC回火鋼板金相組織；圖11為本發(fā)明C方案65(TC回火鋼板金相組織；圖12為本發(fā)明C方案68(TC回火鋼板金相組織。具體實施例方式本發(fā)明實施例所用鋼的實際化學(xué)成分見表l表1化學(xué)成分(wt%)爐號CSiMnPSNiCuCrMoVNbTiAlsPcm10.0880,221,510.0120.00570.400.270.170.290.0520.0500.0150.0250.220.10.271.590.0120.00510.410.270.270.30.0510.0480.0160.0300.2530.U0,301.64X00890,00550.400.120.300,300,0520.0530.0160.0270.257未再結(jié)晶區(qū)軋制)，軋后進行在線加速冷卻，冷卻速度控制在2535°C/S區(qū)間。具體軋制工藝見表2。冷卻后鋼板進行熱矯直+重矯直后下線進行回火處理，鋼板回火在輥底式熱處理爐進行?；鼗饻囟瓤刂圃?5068(TC區(qū)間。表2實測各工序工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>TMCP狀態(tài)金相組織觀察圖1圖3，為非常細化的板條貝氏體組織鋼板TMCP+回火狀態(tài)常規(guī)力學(xué)性能檢驗見表4。表4TMCP+回火狀態(tài)鋼板力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>方案A回火態(tài)試樣金相組織圖4圖6，經(jīng)過630'C、650aC、680'C保溫90分鐘回火后，板條貝氏體組織略微粗化，沒有發(fā)生鐵素體多邊形化，組織穩(wěn)定。方案B回火態(tài)試樣金相組織圖7圖9，經(jīng)過630。C、650°C、680。C保溫90分鐘回火后，板條貝氏體組織略微粗化，沒有發(fā)生鐵素體多邊形化，組織穩(wěn)定。方案C回火態(tài)試樣金相組織圖10圖12，經(jīng)過63(TC、650°C、680'C保溫90分鐘回火后，板條貝氏體組織略微粗化，沒有發(fā)生鐵素體多邊形化，組織穩(wěn)定。權(quán)利要求1、一種低焊接裂紋敏感性抗高溫回火厚板，其特征在于厚板化學(xué)成分的重量百分比為C0.08％～0.11％、Si0.15％～0.40％、Mn1.20％～1.75％、P≤0.020％、S≤0.006％、Ni0.20％～0.45％、Cr0.15％～0.30％、Mo0.20％～0.40％、Cu0.10％～0.30％、V0.03％～0.06％、Nb0.04％～0.06％，Als0.025％～0.035％，Ti0.015％～0.025％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，化學(xué)成分滿足Pcm＝C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B≤0.26％。2、如權(quán)利要求1所述的一種低焊接裂紋敏感性抗高溫回火厚板的生產(chǎn)方法，采用鐵水預(yù)處理技術(shù)，轉(zhuǎn)爐冶煉，LF爐+VD爐真空處理、連鑄及軋制工藝，其特征在于1)熱軋前的加熱溫度鋼坯加熱溫度為1150~1240°C;2)軋制條件鋼坯均熱后采用奧氏體完全再結(jié)晶區(qū)+奧氏體未再結(jié)晶區(qū)二個階段控制軋制工藝；奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制控制軋制的第一階段，溫度區(qū)間在1150100(TC，單道次壓下率大于10%，該階段的累積變形量255%;奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制控制軋制的第二階段，溫度區(qū)間控制在594(TC，單道次壓下率大于10%，該階段的累積變形量^55%;3)在線強制冷卻熱軋結(jié)束后，將溫度在AT3以上的鋼板進行強制冷卻，鋼板的入水溫度為840~860°C，鋼板的終冷溫度控制在280~350°C，鋼板的冷卻速度控制在25~35'C/S,板厚1/2處的冷卻速度在10°C/S以上；4)回火處理回火溫度60068(TC。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低焊接裂紋敏感性抗高溫回火厚板的生產(chǎn)方法，其特征在于，鋼板的厚度為1240rnrn。全文摘要本發(fā)明公開了一種低焊接裂紋敏感性抗高溫回火厚板及其生產(chǎn)方法，厚板化學(xué)成分的重量百分比為C0.08％～0.11％、Si0.15％～0.40％、Mn1.20％～1.75％、P≤0.020％、S≤0.006％、Ni0.20％～0.45％、Cr0.15％～0.30％、Mo0.20％～0.40％、Cu0.10％～0.30％、V0.03％～0.06％、Nb0.04％～0.06％，Als0.025％～0.035％，Ti0.015％～0.025％，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)，化學(xué)成分滿足P<sub>cm</sub>＝C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B≤0.26％。采用奧氏體完全再結(jié)晶區(qū)+奧氏體未再結(jié)晶區(qū)二個階段控制軋制工藝、在線強制冷卻、回火處理生產(chǎn)工藝，母材鋼板在680℃回火仍保持組織和性能的穩(wěn)定，抗拉強度在780MPa以上。文檔編號C22C38/58GK101660104SQ20081001297公開日2010年3月3日申請日期2008年8月25日優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日發(fā)明者梁福鴻,胡昕明,蘇國陽申請人:鞍鋼股份有限公司