CN102433507B

CN102433507B - 低屈强比易焊接高强钢板及其制备工艺

Info

Publication number: CN102433507B
Application number: CN 201210011762
Authority: CN
Inventors: 镇凡; 杨汉; 王炜; 赵文贵; 张宽; 曲锦波
Original assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2032-01-16
Also published as: CN102433507A

Abstract

本发明公开了一种低屈强比易焊接高强钢板及其制备工艺。该钢板的化学组成按重量百分比为：C 0.07～0.09％，Si 0.20～0.35％，Mn 1.30～1.50％，P≤0.025％，S≤0.010％，Cr 0.25～0.45％，Nb 0.02～0.035％，B 0.0005～0.0020％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过对合金成分合理设计，采用控制轧制及控制冷却工艺，制得的钢板成品厚度≥15mm，组织为铁素体+贝氏体，屈服强度为460～560MPa，抗拉强度为700～790MPa，断后伸长率≥14％，屈强比＜0.7。本发明生产工艺简单，焊接性能、冷弯性能及板型良好，可广泛用于桥梁、建筑结构、工程机械等领域。

Description

低屈强比易焊接高强钢板及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种高强钢板，特别涉及一种低屈强比易焊接高强钢板及其制备工艺。

背景技术

高强钢是重要的工程结构材料之一，广泛应用于造船、桥梁结构、建筑结构、铁路运输、机械制造等领域中。随着社会和经济的发展，钢铁工业面临着资源价格高涨、需求增速趋缓、环境压力增大等问题。因此，减少钢材的合金添加量，减少生产工序，缩短生产周期，提高效率，开发出具有低成本、优良的综合机械性能和使用性能的钢铁材料，已成为钢铁材料研究的重要方向，即要求钢材具有良好的强韧性、焊接性和安全稳定性。

目前已有不少低屈强比高强钢板的制造专利，如CN101619423A、CN101775552A、CN101497972A、CN101660108A、CN101660099A、CN101775561A、CN101985725A、CN101649420A等，从成分来看，合金元素添加较多，采用的是Ni、Mo、Cu成分体系，大多加入了贵金属如Ni、Mo等，增加了钢的生产成本，同时钢板的Pcm值也较高，导致焊接性能不佳。

专利CN101857942A、CN101880825A、CN101792882A、CN102212743A等涉及的技术内容虽然不采用Ni、Mo成分体系，使用控制轧制及控制冷却工艺，但其生产的产品均为厚度≤10mm的卷板，不适合较厚产品的制造。

从生产工艺特点来看，目前低屈强比高强钢的研制和生产，绝大部分都是采用控制轧制+离线热处理的方法，以获得低屈强比高强度的性能要求，如CN1786246A、CN101328564A、CN101260495A、CN101613828A、CN102011068A等专利涉及的技术内容采用亚温淬火、亚温淬火+回火等热处理工艺。虽然用上述方法可以大幅度降低钢板的屈强比，但使用热处理工序使得生产周期较长，成本增加，生产效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种低屈强比易焊接高强钢板及其制备工艺。通过合理添加合金元素，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.2％，采用控制轧制+控制冷却工艺，使其钢板组织为铁素体+贝氏体，屈服强度Rp0.2为460～560MPa，抗拉强度Rm为700～790MPa，断后伸长率≥14％，屈强比(Rp0.2/Rm)＜0.7，-20℃冲击功＞80J。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种低屈强比易焊接高强钢板，其化学成分按重量百分比为：C 0.07～0.09％，Si 0.20～0.35％，Mn 1.30～1.50％，P≤0.025％，S≤0.010％，Cr 0.25～0.45％，Nb0.02～0.035％，B 0.0005～0.0020％，其余为Fe和不可避免的杂质，并满足下列焊接裂纹敏感性指数：

Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B≤0.20％。

以下对本发明的低屈强比易焊接高强钢板中所含组分的作用及其用量的选择具体分析说明：

C：C对材料的强度、低温韧性、焊接性能起着重要的作用。碳的含量控制过低(一般低于0.025％)，则不能够保证强度，含量过高时(一般高于0.10％)，则焊接性能和低温韧性较难控制。本发明中，碳含量选择在0.07～0.09％，能够保证钢中一定的贝氏体含量，保证一定的强度、韧性及良好的焊接性。

Si：Si可以扩大α-γ区，使得临界区处理的温度加宽。同时硅是炼钢脱氧的必要元素，可以增加材料的强度，但损害材料的低温韧性及焊接性能，因此硅的含量控制在0.20～0.35％。

Mn：Mn元素是典型的奥氏体稳定化元素，能够提高钢的淬透性，并起到固溶强化作用，在低碳条件下对提高材料的强度有着显著的作用，因此当生产强度较高的钢时，Mn的含量不宜过低，且Mn的价格相对低廉，但过量的Mn使得连铸过程较难控制，易与P、S等元素形成偏析，严重恶化材料的冲击性能及焊接性能。因此Mn的含量控制在1.30～1.50％。

Cr：Cr可显著提高钢的淬透性，推迟珠光体转变，同时促进C向奥氏体扩散，并降低铁素体的屈服强度，有利于获得低屈强比的双相钢。因此Cr的含量控制在0.25～0.45％。

Nb：Nb是控轧控冷钢中的重要元素，Nb的加入能够阻止奥氏体变形后的再结晶，提高奥氏体再结晶温度。Nb可显著抑制铁素体转变，随着冷速的增加，Nb的抑制作用增强，铁素体晶粒尺寸细化。因此Nb的含量控制在0.02～0.035％。

B：B能提高钢板的淬透性，但是过量的B易引起晶界偏聚，损害钢板的冲击韧性和焊接性。B的含量控制在0.0005～0.002％。

P、S：P、S作为钢中有害夹杂，对钢的低温冲击和焊接性具有较大的损害作用，理论上要求越低越好，但是考虑到炼钢可操作性和炼钢成本，控制P≤0.025％，S≤0.010％。

一种低屈强比易焊接高强钢板的制备工艺，其包括如下步骤：

(1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；

(2)对上述板坯加热，加热温度为1180～1220℃，保温时间1.5～2.5h；

(3)控制轧制，粗轧开轧温度≤1000℃，粗轧终轧温度≥970℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度870～850℃，精轧终轧温度为790～840℃，道次变形率为10～30％，总压缩比≥5；

(4)控制冷却，采用水冷却***，开冷温度为780～830℃，冷速≥15℃/s，终冷≤400℃，之后空冷至室温。

与现有技术相比，本发明具有但不仅仅具有以下优点：

(1)设计化学成分不含Ni、Mo等昂贵金属元素，同时，生产工艺无后续热处理，生产成本低。

(2)生产工艺采用控制轧制+控制冷却工艺，无后续热处理，生产工艺简单，周期短，效率高。

(3)通过上述设计成分和轧制工艺，可制得的钢板组织为铁素体+贝氏体，屈服强度Rp0.2为460～560MPa，抗拉强度Rm为700～790MPa，断后伸长率≥14％，屈强比(Rp0.2/Rm)＜0.7，-20℃冲击功＞80J。

(4)通过上述设计化学成分，其焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.20％，钢板焊接性能优良。

附图说明

图1为实施例1中钢板纵截面的显微组织照片；

图2为实施例2中钢板纵截面的显微组织照片；

图3为实施例3中钢板纵截面的显微组织照片；

图4为实施例4中钢板纵截面的显微组织照片。

具体实施方式

以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但不限于此。

实施例1

该钢由以下组分组成(wt％)：C：0.075％，Si：0.28％，Mn：1.33％，P：0.0077％，S：0.0053％，Cr：0.31％，Nb：0.028％，B：0.0009％，其余为Fe和不可避免的杂质，焊接裂纹敏感性指数：

Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B＝0.17％。

钢板的力学性能见表1，其生产工艺包括如下步骤：

(1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；

(2)对上述板坯加热，加热温度为1180～1220℃，保温时间2h；

(3)控制轧制，粗轧开轧温度≤1000℃，粗轧终轧温度≥970℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度850～870℃，精轧终轧温度为790～840℃，道次变形率为10～30％，总压缩比≥5，成品厚20mm；

(4)控制冷却，采用层流水冷却***，开冷温度为780～830℃，冷速为15～25℃/s，终冷为200～400℃，之后空冷至室温。

实施例2

该钢由以下组分组成C：0.075％，Si：0.28％，Mn：1.33％，P：0.0077％，S：0.0053％，Cr：0.31％，Nb：0.028％，B：0.0009％，其余为Fe和不可避免的杂质，焊接裂纹敏感性指数：

Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B＝0.17％。

钢板的力学性能见表1，其生产工艺包括如下步骤：

(1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；

(2)对上述板坯加热，加热温度为1180～1220℃，保温时间2h；

(4)控制冷却，采用层流水冷却***，开冷温度为780～830℃，冷速≥25℃/s，终冷≤200℃，之后空冷至室温。

实施例3

该钢由以下组分组成(wt％)：C：0.09％，Si：0.3％，Mn：1.50％，P：0.0089％，S：0.0079％，Cr：0.40％，Nb：0.03％，B：0.0008％，其余为Fe和不可避免的杂质，焊接裂纹敏感性指数：

Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B＝0.20％。

钢板的力学性能见表1，其生产工艺包括如下步骤：

(1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯。

(2)对上述板坯加热，加热温度为1180～1220℃，保温时间2h；

实施例4

Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B＝0.20％。

钢板的力学性能见表1，其生产工艺包括如下步骤：

(1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯。

(2)对上述板坯加热，加热温度为1180～1220℃，保温时间2h；

(3)控制轧制，粗轧开轧温度≤1000℃，粗轧终轧温度≥970℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度850～870℃，精轧终轧温度为790～840℃，道次变形率为10～30％，总压缩比≥5，成品厚30mm；

表1本发明实施例1-4中低屈强比高强钢力学性能

	板厚	Rp0.2/MPa	Rm/Mpa	A/％	屈强比	-20℃纵向Akv/J
							实施例1	20mm	456	707	24	0.645	238，230，221
实施例2	20mm	487	719	23	0.677	202，209，171
							实施例3	20mm	546	785	14	0.696	89，94，82
实施例4	30mm	527	762	18	0.692	94，119，82

注：拉伸试样采用标距为φ8×40mm的棒状试样；夏比冲击试样尺寸为10×10×55mm，试验温度为-20℃。

Claims

1.一种低屈强比易焊接高强钢板，其特征在于所述钢板化学组成按重量百分比为：C0.07～0.09％，Si0.20～0.35％，Mn1.30～1.50％，P≤0.025％，S≤0.010％，Cr0.25～0.31％，Nb0.02～0.028％，B0.0005～0.0020％，其余为Fe和不可避免的杂质；该钢板的焊接裂纹敏感性指数

Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B≤0.20％;

该钢板是按照以下工艺制备的：

(1)在冶炼、浇铸工序中，按照上述的化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；

(2)在加热工序中，板坯加热温度为1180～1220℃，保温1.5～2.5h；

(3)在轧制工序中，粗轧开轧温度≤1000℃，粗轧终轧温度≥970℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度850～870℃，精轧终轧温度为790～840℃，道次变形率为10～30％，总压缩比≥5；

(4)在冷却工序中，采用水冷却***，开冷温度为780～830℃，冷速≥25℃/s，终冷温度≤400℃，之后空冷至室温；

所述钢板的成品厚度为20mm，该钢板屈服强度为460～560MPa，抗拉强度为700～790MPa，断后伸长率≥14％，屈强比＜0.7，-20℃冲击功＞80J。