高強韌性鋼板及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及合金鋼及其煉鋼、乳鋼和熱處理技術,特別是指一種高強韌性鋼板及 其制備方法。
【背景技術】
[0002] 材料性能控制技術的發展是一個不斷提高鋼板強度和韌性的過程。過去,鋼板的 高強度和高韌性是通過合金化及熱處理實現的。然而,合金化會帶來生產成本高、焊接性能 差等一系列問題,從而使板厚和韌性受到了限制。從20世紀60年代始,建立了利用控制軋 制溫度來細化晶粒的控制軋制技術(CR),該技術對減少合金、提高鋼板焊接性能等方面發 揮了很大的作用。
[0003] 在較低溫度下,運用CR技術.能得到高強度高韌性鋼,但生產率低。由于CR是基 于晶粒細化的過程.雖然能提高屈服強度和韌性,但沒有合金化,不能提高抗拉強度因此, 這種工藝不能有效地提高鋼板的焊接性。70年代后期,研宄工作直接轉到TMCP技術的開發 上,通過CR及加速冷卻(ACC),控制奧氏體相向鐵素體相轉變,從而提高鋼板強度和韌性, 減少合金消耗,提高焊接性能。目前這種技術正廣泛用于各個用鋼領域,包括造船業、海上 鉆井平臺用鋼、管線鋼和建筑用鋼。
[0004] TMCP技術的開發,有效解決了鋼板強度和韌性的問題,但同時也帶來了鋼板板形 問題。特別是屈服強度大于480MPa的鋼板,由于必須采用快速冷卻,才能達到性能要求,在 快速冷卻過程中,特別是軋制板形較差,又沒有預矯設備的情況下,冷卻后的鋼板存在板形 瓢曲的現象,同時也造成了鋼板性能的不均勻。
[0005] 為解決上述問題,公開號CN1487101A的中國發明專利申請公開了一種提高現有 針狀鐵素體管線鋼強度的方法,其方法為:在現有熱機械控制軋制生產過程后增加析出強 化熱處理過程,熱處理溫度為550°C~650°C,保溫時間為1~10h,其熱處理過程可以是軋 后冷卻到550°C~650°C的溫度,也可以是在熱處理爐中重新加熱到550°C~650°C。此方 法的熱處理時間較長,浪費能源,如果是冷卻到550°C~650°C的溫度進行保溫,操作上存 在困難。
[0006][0007] 因此,提供一種便于操作、可以使鋼板性能均勻的高強韌性鋼板的制備方法顯得 十分必要。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的在于克服上述現有【背景技術】的不足之處,而提供一種高強韌性鋼板 和一種便于操作、可以使鋼板性能均勻的高強韌性鋼板的制備方法。
[0009] 本發明的目的是通過如下措施來達到的:一種高強韌性鋼板,鋼中化學成分及 重量百分比為:c:0? 032 ~0? 11%,Si:0? 10 ~0? 26%,Mn:1. 51 ~1. 80%,Nb:0? 03 ~ 0. 06%,Ti:0. 012 ~0. 020%,V彡 0. 052%、Mo彡 0. 20%,Ni彡 0. 40%,Cr彡 0. 30 %, Cu彡0? 15%,P彡0? 018%,S彡0? 0020%,其余為Fe和不可避免雜質。
[0010] 優選地,鋼中化學成分及重量百分比為:C:0. 032~0.056%,Si:0. 22~0.26%, Mn:1.65 ~1.80%,Nb:0.045 ~0.06%,Ti:0.018 ~0.020%,V彡 0.030%、M〇 彡 0? 18%, Ni彡 0? 18%,Cr彡 0? 26%,Cu彡 0? 04%,P彡 0? 012%,S彡 0? 0012%,其余為Fe和不可 避免雜質。
[0011] 進一步地,鋼中化學成分及重量百分比為:C:0. 046%,Si:0. 24%,Mn:1. 72%, Nb:0. 052%,Ti:0. 018%,V:0. 018%,Mo:0. 18%,Ni:0. 18%,Cr:0. 26%,Cu:0. 04%,P: 0. 012%,S:0. 0010%,其余為Fe和不可避免雜質。
[0012] 更進一步地,高強韌性鋼板的屈服強度為486~560MPa、抗拉強度為545~ 682MPa、斷后伸長率為30~44%、-20°C沖擊吸收功為185~362J。
[0013] 上述化學成分的作用如下:
[0014] C:碳是鋼中最經濟、最基本的強化元素,固溶強化和析出強化對提高鋼板的強度 有明顯作用,但提高碳含量對鋼的延性、韌性和焊接性有負面的影響,高強韌鋼的發展過程 是不斷降低碳含量的過程,因此,本發明的碳含量控制在〇. 032~0. 11%。
[0015] Si:硅起固溶強化作用,同時避免因添加過量導致鋼板的塑、韌性顯著惡化。
[0016] Mn:錳元素可以提高鋼的強度,但是含量高時,將降低鋼的低溫韌性。
[0017] Nb:鈮是微合金化鋼中最主要的元素之一,對晶粒細化的作用十分明顯。鈮可以 顯著提高鋼的奧氏體再結晶溫度,擴大未再結晶區范圍,便于實現高溫軋制。鈮還可以抑制 奧氏體晶粒長大,具有顯著地細晶強化和析出強化作用。但是,在高強度貝氏體鋼中,添加 過量的鈮會促使M-A島的形成,降低焊接熱影響區的韌性。因此,本發明的鈮含量控制在 0. 03 ~0. 06%。
[0018] Ti:鈦是強固N元素,細小的TiN粒子可有效的阻止鑄坯再加熱時的奧氏體晶粒長 大,有助于提高Nb在奧氏體中的固溶度,同時還可以改善焊接熱影響區的沖擊韌性。
[0019] Mo:鉬顯著推遲奧氏體向鐵素體的轉變,抑制鐵素體和珠光體的形成,促進具有 高密度位錯亞結構的貝氏體/針狀鐵素體的形成。使得鋼在軋制后一個較寬的冷卻速度 范圍內能夠得到貝氏體/針狀鐵素體組織。但是,過量的鉬會導致鋼的低溫韌性惡化,且 鉬屬于貴重金屬,加入量增加會顯著提高鋼的制造成本。因此,本發明的鉬含量控制為 Mo彡 0. 20%。
[0020] Ni:鎳能夠有效提高鋼的淬透性,具有一定的固溶強化作用,還能顯著改善鋼的低 溫韌性,Ni的加入只要是改善Cu在鋼種易引起的熱脆性,且對韌性有利,鎳屬于貴重金屬, 加入量增加會顯著提高鋼的制造成本。因此,本發明的鎳含量控制為Ni< 0. 40%
[0021] Cu:可通過固溶強化作用提高鋼的強度,同時,銅改善鋼的耐蝕性。
[0022] Cr:絡通過固溶強化和晶粒細化提高強度。
[0023] P:磷元素增加回火脆性及冷脆敏感性。
[0024] S:硫元素增加鋼的熱脆性,然而,硫含量高時,對焊接性能不利。因此,本發明的硫 含量控制為S< 0. 0020%。
[0025] 一種高強韌性鋼板的制備方法,包括如下步驟:
[0026] 1)轉爐冶煉并連鑄成厚度為200~300mm的鑄坯;
[0027] 2)將步驟1)所得的鑄坯加熱到1150~1200°C;
[0028] 3)將步驟2)加熱后的鑄坯進行粗軋和精軋:
[0029] 在粗軋階段,控制粗軋開軋溫度為1080~1110°C,粗軋道次的壓下率為15~ 20%,粗軋的總壓下率為60~70% ;
[0030] 在精軋階段,控制精軋開軋溫度不高于1025°C,并控制精軋最后兩道次的壓下率 為12~16%,終軋溫度控制在780~850°C;
[0031] 4)冷卻步驟3)軋制后的鋼板,控制開冷溫度為730~800°C,然后以5~40°C/s 的冷卻速度將鋼板冷卻至300~650°C,再空冷至室溫;
[0032] 5)將步驟4)冷卻后的鋼板熱處理,控制熱處理溫度為400~500°C,熱處理保溫 時間為20~30min;
[0033] 6)將步驟5)熱處理后的鋼板空冷至室溫,即得高強韌性鋼板。
[0034] 優選地,步驟5)中,控制熱處理溫度為400~450°C,熱處理保溫時間為20~ 25min;
[0035] 控制粗軋開軋溫度1080~1110°C,可以保證鋼板在高溫大壓下下,晶粒充分破 碎;
[0036] 控制粗軋道次壓下率為15~20%,鋼板在未再結晶溫度區,奧氏體的晶粒充分破 碎,同時可以抑制晶粒的過度長大;
[0037] 控制鋼板的精軋開軋溫度不高于1050°C,可以保證不同規格鋼板的終軋溫度和開 冷溫度達標。
[0038] 控制精軋最后兩道次的壓下率為12~16%,可以保