CN105543680A

CN105543680A - 微硼处理抗拉强度700MPa级宽厚板及制造方法

Info

Publication number: CN105543680A
Application number: CN201510967102.5A
Authority: CN
Inventors: 宋欣; 谌铁强; 黄少帅; 白松莲; 王坤; 张学峰; 刘永利; 闫智平; 田士平; 刘海龙; 周德光; 赵久梁
Original assignee: Qinhuangdao Shouqin Metal Materials Co Ltd
Current assignee: Shougang Jingtang United Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: CN105543680B

Abstract

一种微硼处理抗拉强度700MPa级宽厚板及制造方法，属于宽厚板生产技术领域。冶炼过程控制C：0.07％～0.09％，N：≤0.0040％，P：≤0.012％，S：≤0.005％，B：0.0005％～0.0010％；并保证碳当量Ceq在0.43～0.48％范围内，添加0.015％～0.025％的Ti；采用步进梁式加热炉将板坯加热至1160℃～1220℃；采用两阶段轧制及控制冷却；对于30mm＜钢板厚度≤50mm，选择300mm厚规格连铸坯；对于50mm＜钢板厚度≤80mm，选择400mm厚规格连铸坯。优点在于：合金设计合理，合金成本低，可稳定生产高强度厚规格钢板。

Description

微硼处理抗拉强度700MPa级宽厚板及制造方法

技术领域

本发明属于宽厚板生产技术领域，特别涉及一种微硼处理抗拉强度700MPa级宽厚板及制造方法。尤其涉及一种微硼处理TMCP态抗拉强度700MPa级宽厚板及其制造方法。

背景技术

抗拉强度700MPa级高强度结构钢具有高强度、高韧性、优良的加工性能和焊接性能等特点，主要应用于工程机械、煤矿机械、造船和钢结构等领域。

传统的铁素体-珠光体钢抗拉强度极限水平仅为550MPa左右；调质高强钢，其高强度是以牺牲韧性和焊接性为代价，高强度、韧性及焊接性能之间存在一定的矛盾。Cr、No、Ni作为贝氏体形成元素，通过形成碳化物或者稳定奥氏体等作用来抑制钢的铁素体一珠光体转变，从而促进了贝氏体类型转变。B通过晶界偏聚，在晶界处形成六方结构的金属硼化物从而抑制了先析铁素体的形成，使得在较宽的冷速范围内可以获得稳定的贝氏体类型组织。由于B是间隙原子在奥氏体中扩散速度远大于间隙原子，因而少量的B就可以达到Cr、Mo、Ni等元素的效果。由于B元素在TMCP工艺生产的钢板中要发挥提高淬透性的作用的前提是抑制B与钢中的C形成Fe₂₃(C，B)₆，并且使得在发生奥氏体向铁素体转变之前B在晶界上偏聚，因此必须含有一定量的强碳化物形成元素，以此抑制Fe₂₃(C，B)₆的生成，且碳化物析出温度必须高于奥氏体向铁素体转变温度。硼原子半径较小，易在晶界产生偏聚；极微量的B就能显著提高钢的淬透性。含硼低碳贝氏体钢空冷组织为粒状贝氏体加少量的铁素体与珠光体，加热温度的不同，其相变后组织细化程度不同，加热温度高组织细化程度差。

对于含B高强度钢，如何充分发挥微量元素B在钢中的作用，在不添加对钢板强度及韧性有利的元素，如Mo、Ni等元素条件下，仅通过TMCP工艺生产厚规格钢板，其强度、冲击韧性的匹配，存在一定问题。

对比专利1：一种屈服强度550MPa低碳贝氏体工程机械用钢及其制备方法(申请号：CN102162065A)，采用C：0.05～0.10％、Si：0.20～0.50％、Mn：1.50～1.80％、S≤0.010％、P≤0.018％、Nb≤0.10％、Mo≤0.10％、Ti：0.010～0.040％、B：0.0010～0.0030％、Cr：0.20～0.50％、Al：0.015～0.050％，通过调整部分元素含量、微合金化处理、TMCP工艺生产、控制轧制和水冷，不需热处理，生产出具有强度高、低温韧性良好的贝氏体工程机械用钢。该专利通过采用加入一定量的Mo、Cr等合金元素，并严格控制炼钢过程，对炼钢过程要求较为苛刻；同时该专利实施例中，钢板最大厚度仅30mm，且其抗拉强度范围在600MPa-700MPa之间，与Q460级别钢种类似。

对比专利2：屈服强度550Mpa的超高强船体及海洋平台用钢及其生产方法(申请号：CN102400063A)，采用C0.04～0.07％、Si0.3～0.5％、Mn1.45～1.60％、P≤0.02％、S≤0.005％、Cr0.25～0.4％、Ni0.6～0.8％、Mo0.2～0.3％、V0.04～0.06％、Cu0.6～0.8％、Als0.015～0.045％，采用两阶段控制轧制和控制冷却，得到板条状贝氏体和铁素体组织，可满足国家标准FH550钢级要求。该专利采用较多的合金元素Cr、Ni、Mo、Cu，成本增加的同时，也增加钢坯冶炼过程的难度；在轧制过程中，对两阶段轧制过程中累积变形量均有一定要求，增加轧机负荷，降低生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微硼处理抗拉强度700MPa级宽厚板及制造方法，解决了厚规格含B高强度钢板强度不足，冲击不稳定的问题。

结合现有的工装设备优势及严格的工艺过程控制，合理设计TMCP态屈服强度抗拉强度700MPa级高强度结构钢成分体系，采用低C、高Mn，微量元素B，并适当添加微合金元素Nb、V、Ti，在不添加任何贵重合金Ni、Mo、Cr、Cu的前提下，通过TMCP工艺，成功开发抗拉强度700MPa级厚度规格30mm-80mm高强度结构钢。

一种微硼处理抗拉强度700MPa级宽厚板，其按重量百分比化学成分为，C：0.07％～0.09％；Si：0.30％～0.50％；Mn：1.80％～2.00％；Nb：0.04％～0.06％；V：0.08％～0.10％；Ti：0.015％～0.025％；Alt：0.03％～0.05％；B：0.0005％～0.0010％；N：≤0.0040％；P：≤0.012％；S：≤0.005％；其余为Fe及不可避免杂质。碳当量Ceq(％)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni/+Cu)/15，且Ceq范围：0.43～0.48％。

Mn是重要的强韧性元素，主要起固溶强化作用，在适当的范围内，钢的强度随着Mn含量的增加而提高，同时脆性转变温度下降，有助于实现贝氏体有效晶粒的细化。B可以提高钢的淬透性，起强化晶界的作用，但B含量过高，对韧性不利；同时，B易与N结合，消弱B在钢中的作用，故本专利中添加一定量的固N元素Ti，并对N含量做严格控制；同时对有害元素含量提出了严格的要求，规定P≤0.012％、S≤0.005％，以提高钢的纯净度，改善钢的塑性、韧性.性、焊接性等。

一种微硼处理抗拉强度700MPa级宽厚板的制造方法，采用正常的冶炼及板坯生产方法，其工序如下：铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空处理→板坯浇铸→钢板轧制及冷却。

具体步骤及参数如下：

1、在冶炼过程中，严格控制C、P、S、N、B成分，按质量百分比，C：0.07％～0.09％，N：≤0.0040％，P：≤0.012％，S：≤0.005％，B：0.0005％～0.0010％；并保证碳当量Ceq在0.43～0.48％范围内；添加0.015％～0.025％的Ti，以保证Ti/N＞4.0，充分固N，使添加的微量B，最大程度以固溶态形式存在，以提高B在轧制及水冷过程中的作用。

2、板坯加热：采用步进梁式加热炉将板坯加热至设定温度1160℃～1220℃之间，并控制各加热段温度在950℃～1260℃之间，板坯在炉时间为220min～360min，保证板坯充分奥氏体化。

3、钢板轧制及冷却：轧制过程中，采用两阶段轧制(再结晶区及非再结晶区轧制)及控制冷却(ACC层流冷却)；再结晶区轧制结束温度为950℃～1000℃；钢板待温厚度按2～4倍成品钢板厚度设定；非再结晶区轧制开始温度为860℃～920℃，其结束温度在780℃～800℃之间。钢板轧制后快速进入层流冷却装置进行冷却；钢板入水温度按750℃～780℃控制，终冷温度按450℃～500℃控制，冷速按15℃/S～25℃/S进行设定。水冷完成后，钢板快速下线堆冷，堆冷温度350℃～500℃，堆冷时间控制在48h-72h，以达到自回火目的，同时减少钢板内应力。

4、根据钢板厚度规格，合理选择连铸坯规格；对于30mm＜钢板厚度≤50mm，选择300mm厚规格连铸坯；对于“50mm＜钢板厚度≤80mm”，选择400mm厚规格连铸坯，以充分保证轧制过程中道次压下量及两阶段轧制过程中累积变形量。保证再结晶区轧制阶段累积变形量≥60％，再结晶区轧制最后一道次压下率≥15％；非再结晶区轧制阶段累积变形量在50％～75％，非再结晶区轧制最后一道次压下量在1.0mm～3.0mm，以保证钢板内部质量、外部质量及综合力学性能。

通过以上工艺流程，所生产的微硼处理、TMCP态、抗拉强度700MPa级宽厚板力学性能稳定，具有较好的强度、塑性、韧性，且具有优良的焊接性能。

宽厚板各项力学性能指标：560MPa≤Rp0.2(屈服强度)≤620MPa、700MPa≤Rm(抗拉强度)≤800MPa、16.0％≤A(断后伸长率)≤22.0％、180J≤-20℃-AKv(-20℃冲击值)≤250J、100J≤-40℃-AKv(-40℃冲击值)≤200J，钢板厚度规格30mm～80mm。

本发明的优点在于：合金设计比较合理，合金成本低；无需回火或调质处理，仅通过合理成分设计及轧制、水冷过程控制，可稳定生产高强度厚规格，并具有优良冲击韧性厚规格钢板。

附图说明

图1为实施例1中30mm规格钢板轧态金相组织。

图2为实施例2中80mm规格钢板轧态金相组织。

具体实施方式

实施例1

一种微硼处理抗拉强度700MPa级宽厚板及制造方法，学成分要求见表1，在4300mm宽厚板生产线完成钢坯冶炼、板坯浇铸(板坯规格-厚度*宽度*长度：300mm×2000mm～2400mm×2700mm～4100mm)及钢板轧制(轧制规格-厚度*宽度*长度：30mm*2500mm*24000mm，2定尺轧制)

表1实施例1化学成分(wt％)

C	Si	Mn	P	S	Alt	V	Nb	Ti	B	N	Ceq	Ti/N比
													0.072	0.35	1.85	0.012	0.005	0.033	0.082	0.048	0.017	0.0006	0.0038	0.44	4.47

轧制工艺参数设置见表2。

表2实施例1轧制工艺参数设置

注：厚度单位-mm；温度单位-℃；冷却速度-℃/S

再结晶区轧制阶段累积变形量65％，再结晶区轧制最后一道次压下率20％，非再结晶区轧制阶段累积变形量在71％，非再结晶区轧制最后一道次压下量在1.8mm。实施例1钢板各项力学性能如表3所示。

表3实施例1钢板各项力学性能

实施例2

一种微硼处理抗拉强度700MPa级宽厚板及制造方法，化学成分要求见表4，在4300mm宽厚板生产线完成钢坯冶炼、板坯浇铸(板坯规格-厚度*宽度*长度：400mm×2000mm～2400mm×2700mm～4100mm)及钢板轧制(轧制规格-厚度*宽度*长度：80mm*2500mm*12000mm，1定尺轧制)

表4实施例2化学成分(wt％)

C	Si	Mn	P	S	Alt	V	Nb	Ti	B	N	Ceq	Ti/N比
													0.087	0.35	1.92	0.010	0.003	0.040	0.092	0.052	0.019	0.0010	0.0040	0.47	4.75

实施例2轧制工艺参数设置见表5。

表5轧制工艺参数设置

注：厚度单位-mm；温度单位-℃；冷却速度-℃/S

再结晶区轧制阶段累积变形量60％，再结晶区轧制最后一道次压下率19％，非再结晶区轧制阶段累积变形量在50％，非再结晶区轧制最后一道次压下量在2.0mm。实施例2钢板各项力学性能如表6所示。

表6钢板各项力学性能

Claims

1.一种微硼处理抗拉强度700MPa级宽厚板，其特征在于，按重量百分比化学成分为，C：0.07％～0.09％；Si：0.30％～0.50％；Mn：1.80％～2.00％；Nb：0.04％～0.06％；V：0.08％～0.10％；Ti：0.015％～0.025％；Alt：0.03％～0.05％；B：0.0005％～0.0010％；N：≤0.0040％；P：≤0.012％；S：≤0.005％；其余为Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的宽厚板，其特征在于，碳当量范围为0.43～0.48wt％。

3.一种权利要求1所述宽厚板的制造方法，工序如下：铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空处理→板坯浇铸→钢板轧制及冷却；其特征在于，步骤及参数如下：

1)在冶炼过程中，控制C、P、S、N、B成分，按质量百分比，C：0.07％～0.09％，N：≤0.0040％，P：≤0.012％，S：≤0.005％，B：0.0005％～0.0010％；并保证碳当量Ceq在0.43～0.48％范围内；添加0.015％～0.025％的Ti，以保证Ti/N＞4.0；

2)板坯加热：采用步进梁式加热炉将板坯加热至设定温度1160℃～1220℃之间，并控制各加热段温度在950℃～1260℃之间，板坯在炉时间为220min～360min，保证板坯充分奥氏体化；

3)钢板轧制及冷却：轧制过程中，采用两阶段轧制及控制冷却；再结晶区轧制结束温度为950℃～1000℃；钢板待温厚度按2～4倍成品钢板厚度设定；非再结晶区轧制开始温度为860℃～920℃，其结束温度在780℃～800℃之间；钢板轧制后进入层流冷却装置进行冷却；钢板入水温度按750℃～780℃控制，终冷温度按450℃～500℃控制，冷速按15℃/S～25℃/S进行设定；水冷完成后，钢板下线堆冷，堆冷温度350℃～500℃，堆冷时间控制在48h-72h,以达到自回火目的，同时减少钢板内应力；

4)对于30mm＜钢板厚度≤50mm，选择300mm厚规格连铸坯；对于50mm＜钢板厚度≤80mm，选择400mm厚规格连铸坯，以充分保证轧制过程中道次压下量及两阶段轧制过程中累积变形量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述的两阶段轧制为再结晶区及非再结晶区轧制；控制冷却为ACC层流冷却。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤4)中保证再结晶区轧制阶段累积变形量≥60％，再结晶区轧制最后一道次压下率≥15％；非再结晶区轧制阶段累积变形量在50％～75％，非再结晶区轧制最后一道次压下量在1.0mm～3.0mm。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，制造的宽厚板各项力学性能指标：560MPa≤屈服强度≤620MPa、700MPa≤抗拉强度≤800MPa、16.0％≤断后伸长率≤22.0％、180J≤-20℃冲击值≤250J、100J≤-40℃冲击值≤200J，钢板厚度规格30mm～80mm。