專利名稱：：一種屈服強度500MPa級低裂紋敏感性鋼板及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及鋼鐵冶金領域，具體地說，涉及一種屈服強度500MPa級的低裂紋敏感性鋼板。
背景技術：
：為了便于焊接和簡化焊接工藝，對于機械結構和工程建設所使用的高強度鋼，要求鋼的焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm盡可能低，以達到焊前無需預熱的目的，這種鋼被稱為低焊接裂紋敏感性高強鋼，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度鋼，其優(yōu)點在于焊前不預熱或稍加預熱而不產(chǎn)生裂紋，主要是解決了大型鋼結構件的焊接施工問題；對于屈服強度500MPa級鋼板，一般要求鋼的Pcm《0.20。/0。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度的降低，然而，若采用熱機械控制軋制與控制冷卻技術(TMCP)，則可以彌補這種缺陷。此外，相對于調(diào)質(zhì)(淬火+回火)工藝，熱機械控制軋制與控制冷卻技術(TMCP)還具有細化晶粒從而提高鋼的低溫韌性的好處。專利號CN139629和CN1932063涉及的鋼種的合金元素設計成分的對比如表1所示。由于Cr、Cu、Mo、和Ni均為貴重合金元素，尤其Mo和Ni價格更高，因此從添加的合金元素的種類來分析，這兩種鋼種冶煉成本較高，且分別要求對鋼板進行淬火+回火和離線回火處理，制造工序復雜。表l相關專利鋼的成分對比(wt%)元^CSiMnPSAlNBNbVTiNiCuCrMoZrREPcm0.000.000.000.00CN13962940.020.10.6《《0.010《2058《《《《《《《0.130.61.80.020.010.0060.00200.0400.100.0250.550.650.50.040.020,333<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是通過提供一種屈服強度500MPa級低裂紋敏感性鋼板及其制造方法，從而獲得一種焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm《0.17%，具備良好的低溫韌性和焊接性的高強度鋼板。本發(fā)明的技術方案為一種屈服強度500MPa級低裂紋敏感性鋼板，包括如下重量百分配比的化學元素C:0.0100.09%、Si:0.100.65%、Mn:1.102.00%、P《0.010%、S《0.006%、Nb:0.0200.090%、Al:0.020.06%、Ti:0.0040.030%、B:0.00050.0025%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。下面，對本發(fā)明的屈服強度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的化學成分作用作詳細敘述。C:在鋼中的作用是固溶強化，是對鋼的強度貢獻最大的元素，但是C對焊接性能和韌性不利。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0.0100.09%。Si:在鋼中的作用主要是固溶強化，加入Si可顯著提高鋼的強度，且對鋼的焊接性能沒有明顯的負面影響；但過多的加入會使鋼的韌性降低，本發(fā)明Si含量控制為0.100.65%。Mn:在鋼中的作用主要是提高鋼的屈服強度，另外可以降低鋼的奧氏體向鐵素體相變的轉變溫度，通過控制軋制，獲得較細的晶粒尺寸，最終增加鋼的強度和低溫韌性。Nb:本發(fā)明通過加入較多的Nb，一方面以達到細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，由于強化了晶粒細化作用，使得可生產(chǎn)鋼板的厚度增大，采用本發(fā)明設計的化學成分，能夠生產(chǎn)鋼板的最大厚度為60mm。B:能夠顯著增加鋼的淬透性，本發(fā)明加入0.00050.0025。/。的B，可以使鋼在一定冷卻條件下，比較容易地獲得高強度貝氏體組織。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，Pern越低，焊接性越好，反之，則焊接性越差。焊接性好是指焊接時不易產(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行預熱，焊接性越好，則所需的預熱溫度越低，反之則需要較高的預熱溫度。一般認為，當Pcm《0.25X時，60公斤級(屈服強度500MPa)鋼可以實現(xiàn)不預熱焊接。本發(fā)明鋼的焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm《0.17。/。。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/15+V/10+5B一種屈服強度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，包含如下步驟(1)冶煉，并澆鑄成鑄坯或鋼錠按如下化學元素的重量百分配比冶煉C:0.0100.09%、Si:0.100.65%、Mn:1.102.00%、P《0.010%、S《0.006%、Nb:0.0200.090%、Al:0.020.06%、Ti:0.0040.030%、B:0.00050.0025%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。(2)加熱加熱溫度為10801180°C。(3)軋制第一次軋制中初軋溫度為10501150°C，第二次軋制，初軋溫度為78084(TC，終軋溫度為74085(TC;對于含Nb鋼來說，其未再結晶溫度約為950105(TC，將軋制鋼坯溫度降至78084(TC，目的是為了保證其在未再結晶區(qū)有足夠的變形量，增加奧氏體晶粒中的滑移帶和位錯密度，增大有效晶界面積，為鐵素體相變形核創(chuàng)造有利條件。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小和彌散，同時，細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并且阻止其長大和粗化，這對于鋼的強度與韌性都起到有利的作用。將終軋溫度控制在未再結晶區(qū)的低溫段，同時該溫度區(qū)接近相變點Ar3，即終軋溫度為740850°C，在這個溫度范圍內(nèi)終軋，既為相變提供更高的能量累積，也不至于給軋機帶來過高的負荷，比較適合于厚板生產(chǎn)。(4)冷卻鋼板進入加速冷卻裝置，冷卻至45056(TC，出水后空冷。由于鋼板在軋制過程中積累了密度很高的位錯和極高的應變能，高密度的位錯將與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)部形成大量細小的多邊5形位錯胞結構，Nb原子在位錯墻上的偏聚以及大量微細Nb(CN)在位錯胞壁上的析出，穩(wěn)定了這種具有一定取向差的多邊形胞狀結構。同時，一個道次的較大變形具有誘導鐵素體相變的作用，在這種誘導作用下，Ar3點有所提高，即出現(xiàn)所謂"應變誘導相變"現(xiàn)象，在未再結晶溫度區(qū)較大的變形量，將有利于針狀鐵素體的晶內(nèi)形核，同時會使貝氏體基體上的馬氏體島分布更加均勻彌散。優(yōu)選地，所述步驟(2)中，保溫時間為120180分鐘。優(yōu)選地，所述步驟(3)中，初軋后，軋件厚度為成品鋼板厚度的23倍。優(yōu)選地，所述步驟(4)中，冷卻速度為515°C/S，采用較快的冷速是為了為貝氏體轉變提供更高的過冷度，增加相變驅(qū)動力，獲得更高密度的形核率，從而得到以細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度和良好的韌性。優(yōu)選地，所述步驟(4)中，空冷的方式采用堆垛或冷床冷卻。本發(fā)明的有益效果為-1.本發(fā)明通過合理設計化學成分，無需添加Mo、Ni、Cu等貴重元素，充分利用加速冷卻工序中水的作用，來彌補合金元素缺失帶來的強度和韌性降低。因此原料成本大大降低，且焊接裂紋敏感性較小，焊前無需預熱。2.本發(fā)明鋼板采用熱機械控制軋制與控制冷卻技術(TMCP)，不需進行任何額外的熱處理，從而簡化了制造工序，節(jié)約能源，降低了鋼的制造成本。3.由于成分和工藝設計合理，從實施效果來看，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度大于500MPa、抗拉強度大于610MPa、夏氏沖擊功Akv(—20。C)>100J、板厚可達80腿板，且鋼板截面硬度比較均勻；焊接性能優(yōu)良。以下將結合附圖和實施例對本發(fā)明作更詳細的描述。圖1為本發(fā)明實施例4鋼板的截面硬度測量值分布示意圖。圖2為本發(fā)明實施例1的焊接熱影響區(qū)最高硬度測量結果示意圖。具體實施例方式表2為本發(fā)明實施例1-6的低裂紋敏感性鋼板的化學成分(wt%)及其焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm的數(shù)值。表2實施例CSiMnNbAlTiBFePcm10.010.652.000.0900.0500.0300.0025余量0.1420.020.601.800細0細0.0250.0020余量0.1430.040.501.650.0600.0550.0200細5余量0.1540.060.401.550扁0.0400.0150週0余量0.160.070.301.400.0300.0350細0細8力，曰象里0.1560.090.101.300.0200.0200.0040細7余量0.16Pcm:焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm=C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B實施例l本發(fā)明鋼的化學元素百分配比為C:0.01%、Si:0.65%、Mn:2.00%、P《0.010%、S《0.006%、Nb:0.090%、Al:0.050%、Ti:0.030%、B:0.0025%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法如下加熱溫度為108(TC，保溫120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78(TC，終軋溫度為74(TC，成品鋼板厚度為30mm;鋼板冷卻速度為15°C/S，終止溫度為450°C。實施例2本發(fā)明鋼的化學元素百分配比為C:0.02%、Si:0.60%、Mn:1.80%、P《0.010%、S《0.006%、Nb:0,080%、Al:0.060%、Ti:0.025%、B:0.0020%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。7制造方法如下加熱溫度為110(TC，保溫160分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1090°C，軋件厚度為100mm;第二階段軋制的開軋溫度為780°C，終軋溫度為770'C，成品鋼板厚度為40mm;鋼板冷卻速度為5°C/S，終止溫度為560°C。實施例3本發(fā)明鋼的化學元素百分配比為C:0.04%、Si:0.50%、Mm1.65%、P《0.010%、S《0,006%、Nb:0.060%、Al:0.055%、Ti:0.020%、B:0.0015%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法如下加熱溫度為112(TC，保溫150分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為IIO(TC，軋件厚度為150mm;第二階段軋制的開軋溫度為800°C，終軋溫度為79(TC，成品鋼板厚度為60mm;鋼板冷卻速度為12°C/S，終止溫度為500°C。實施例4本發(fā)明鋼的化學元素百分配比為C:0.06%、Si:0.40%、Mn:L55%、P《0.010%、S《0.006%、Nb:0.040%、Al:0.040%、Ti:0.015%、B:0.0010%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法如下其中加熱溫度為1140°C，保溫150分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1100°C，軋件厚度為150mm;第二階段軋制的開軋溫度為820°C，終軋溫度為85(TC，成品鋼板厚度為80iran;鋼板冷卻速度為15°C/S，終止溫度為520°C。實施例5本發(fā)明鋼的化學元素百分配比為C:0.07%、Si:0.30%、Mn:1.40%、P《0.010%、S《0.006%、Nb:0.030%、Al:0.035%、Ti:0.008%、B:0.0008%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法如下加熱溫度為116(TC，保溫180分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為110(TC，軋件厚度為90mm;第二階段軋制的開軋溫度為840°C，終軋溫度為82(TC，成品鋼板厚度為30mm;鋼板冷卻速度為8°C/S，終止溫度為510°C。實施例6本發(fā)明鋼的化學元素百分配比為C:0.09%、Si:0.10%、Mn:1.30%、P8《0.010%、S《0.006%、Nb:0.020%、Al:0.020%、Ti:0.004%、B:0.0007%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法如下加熱溫度為1180。C，保溫160分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1150°C，軋件厚度為120mm;第二階段軋制的開軋溫度為840°C，終軋溫度為84(TC，成品鋼板厚度為40mm;鋼板冷卻速度為10°C/S，終止溫度為490°C。試驗例l對本發(fā)明實施例1-6的低裂紋敏感性鋼板進行力學性能測試，測試結果見表3。表3本發(fā)明實施例1-4的低裂紋敏感性鋼板的力學性能實施例屈服強度(MPa)抗拉強度(MPa)延伸率(%)一2(TC縱向沖擊功/韌性斷口比例(J/%)1580,560700，69021.0，22.5325/100，318/100，339/1002565,580680,69523.0,22.0295/100,275/100,268/1003600，600740,74021.0，22.5201/100,198/100，178/1004535,540710,72021.5,22.0185/100，156/100,151/100315/100，5570,705,21.0，328/100,56569021.5319/1009<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從表2和表3可以看出，本發(fā)明低裂紋敏感性鋼板的Pcm《0.17%，屈服強度均大于500MPa，抗拉強度大于610MPa，夏氏沖擊功Akv(—20。C)>100J，板厚可達80mm，具有良好的低溫韌性和焊接性。試驗例2按標準GB/T4340-1999對本發(fā)明實施例4的低裂紋敏感性鋼板的截面硬度進行測量，測量值見圖l。從圖l可以看出，除表面激冷層外，本發(fā)明鋼板的厚度截面硬度比較均勻。試驗例3參照GB/T4675.5-1984《焊接性試驗焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗方法》對本實施例1進行了焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗。該試驗適用手工電弧焊，焊接試板尺寸取200x75x30mm。焊接參數(shù)為焊接電流170A，焊接電壓24V，焊接速度150mm/min。焊接材料為大西洋J707RH。環(huán)境溫度18°C，濕度55%。硬度測量結果如圖2所示。由試驗結果可見，HAZ最高硬度位于距熔合線底部切點lmm處，最高硬度為301。按照最高硬度試驗的評定標準，當試驗鋼的HAZ最高硬度<350時，一般無需考慮焊接預熱或后熱。試驗例4對實施例5的低焊接裂紋敏感性鋼板進行了小鐵研試驗，來評價該鋼種的抗冷裂紋性能。小鐵研試驗參照GB/T4675.1-1984《焊接性試驗斜Y型坡口焊接裂紋試驗方法》進行。該試驗適用手工電弧焊。焊接參數(shù)為焊接電流170A，焊接電壓24V，焯接速度150mm/min。焊接材料為大西洋J707RH。將試板組對，焊好拘束焊縫，測量坡口間隙在標準規(guī)定的范圍內(nèi)。然后進行試驗焊縫的焊接，焊后自然冷卻至室溫，放置48小時以上再觀察裂紋情況。試驗結果如表4所示。在試驗條件下，沒有發(fā)現(xiàn)焊接冷裂紋。表4小鐵研試驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權利要求1.一種屈服強度500MPa級低裂紋敏感性鋼板，其特征在于包括如下重量百分配比的化學元素C0.010～0.09％、Si0.10～0.65％、Mn1.10～2.00％、P≤0.010％、S≤0.006％、Nb0.020～0.090％、Al0.02～0.06％、Ti0.004～0.030％、B0.0005～0.0025％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2.—種屈服強度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于包含如下步驟(1)冶煉，澆鑄成鑄坯或鋼錠按如下化學元素的重量百分配比冶煉C:0.0100.09c/q、Si:0.100.65。/q、Mn:1.102.00%、P《0,010%、s《0.006%、Nb:0.0200.090%、Al:0,020.06%、Ti:0.0040.030%、B:0.00050.0025%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；(2)加熱加熱溫度為10801180。C;(3)軋制第一階段的初軋溫度為10501150°C，第二階段的初軋溫度為780840°C，終軋溫度為740850°C;(4)冷卻鋼板進入加速冷卻裝置，冷卻至45056(TC，出水后空冷。3.如權利要求2所述的屈服強度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于所述步驟(2)中，保溫時間為120180分鐘。4.如權利要求2所述的屈服強度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于所述步驟(3)中，初軋后，軋件厚度為成品鋼板厚度的23倍。5.如權利要求2所述的屈服強度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于所述步驟(4)中，冷卻速度為515°C/S。6.如權利要求2所述的屈服強度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于所述步驟(4)中，空冷的方式采用堆垛或冷床冷卻。全文摘要本發(fā)明公開了一種屈服強度500MPa級低裂紋敏感性鋼板，其特征在于包括如下重量百分配比的化學元素C0.010～0.09％、Si0.10～0.65％、Mn1.10～2.00％、P≤0.010％、S≤0.006％、Nb0.020～0.090％、Al0.02～0.06％、Ti0.004～0.030％、B0.0005～0.0025％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其制造方法如下1)冶煉并澆鑄成鑄坯或鋼錠；2)加熱；3)軋制；4)進入加速冷卻裝置，冷卻至450～560℃，出水后空冷。本發(fā)明焊接裂紋敏感性小，屈服強度大于500MPa焊接性能良好。文檔編號C22C38/14GK101481774SQ20081003233公開日2009年7月15日申請日期2008年1月7日優(yōu)先權日2008年1月7日發(fā)明者趙小婷申請人:寶山鋼鐵股份有限公司