CN105543689A

CN105543689A - 屈服强度1150MPa以上级别钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN105543689A
Application number: CN201610026447.5A
Authority: CN
Inventors: 陈起; 叶建军; 桑德广; 莫德敏; 张朋; 张亚丽; 郭恒斌
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2016-01-16
Filing date: 2016-01-16
Publication date: 2016-05-04

Abstract

本发明公开了一种屈服强度1150MPa以上级别钢板及其生产方法，其包括冶炼连铸工序、加热轧制工序和热处理工序；所述冶炼连铸工序所得连铸坯由以下重量百分含量的组分组成：0.21%≤C≤0.26%，0.20%≤Si≤0.50%，1.15%≤Mn≤1.55%，P≤0.012%，S≤0.005%，0.50%≤Cr≤0.80%，0.30%≤Mo≤0.50%，0.30%≤Ni≤0.50%，0.040%≤V≤0.060%，0.02%≤Nb≤0.03%，0.020%≤Ti≤0.030%，0.020%≤Al≤0.050%，0.0016%≤B≤0.004%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述加热轧制工序采用二阶段控轧工艺。本方法实现了较低的碳当量化学成分设计，同时得到了具有均匀细小的组织结构和优良的综合力学性能，生产的钢板各项力学性能指标均符合技术条件要求，且生产成本显著降低。

Description

屈服强度1150MPa以上级别钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种高强钢板及其生产方法，尤其是一种屈服强度1150MPa以上级别调质高强钢板及其生产方法。

背景技术

随着工程机械向大型化、轻量化发展，对钢板的强度提出了更高要求；特别对屈服强度1150MPa以上级别调质高强钢需求量日益增长。目前，对于此类钢板主要依靠进口。在现有技术条件下，此类钢板强韧性匹配难度极大，对硬度均匀性要求极高，尤其钢板的低温冲击性能难以保证。如何解决上述难题，生产出强韧性优良，低温冲击性能良好，硬度均匀较好的屈服强度1150MPa以上级别调质高强钢是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种强韧性优良、低温冲击韧性良好、硬度均匀的屈服强度1150MPa以上级别钢板及其生产方法。

为解决上述技术问题，本发明屈服强度1150MPa以上级别钢板由以下重量百分含量的组分组成：0.21%≤C≤0.26%，0.20%≤Si≤0.50%，1.15%≤Mn≤1.55%，P≤0.012%，S≤0.005%，0.50%≤Cr≤0.80%，0.30%≤Mo≤0.50%，0.30%≤Ni≤0.50%，0.040%≤V≤0.060%，0.02%≤Nb≤0.03%，0.020%≤Ti≤0.030%，0.020%≤Al≤0.050%，0.0016%≤B≤0.004%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述钢板厚度为20～50mm。

本发明中，各合金元素的作用：

碳：C能够明显提高钢板淬透性，从而有效提高钢板强度、硬度。但现代高强钢的发展是逐步降低碳含量的过程，碳含量的降低，一方面有利于提高钢的韧性，另一方面可显著地改善钢的焊接性能。作为需要更高韧性和焊接性能的受力复杂的大型调质钢结构件，本发明采用0.21%～0.26%的碳含量设计。

硅：Si是非碳化物形成元素，可以适当提高钢的强度及硬度,同时降低钢的临界冷却速度,从而提高钢的淬透性。Si还推迟钢中碳化物向渗碳体的转变和渗碳体在晶粒边界的粗化，使发生低温回火脆性的温度范围升高，提高钢的抗回火性能。但同时Si也在一定程度上降低钢的初性和塑性。因此，本发明中Si含量设计在0.20%～0.50%之间。

锰：Mn是好的脱氧剂和脱硫剂，显著提高钢的淬透性。Mn的增加不但降低了共析温度，还降低了共析点的含碳量。因此在相同的含碳量及冷却速度下，随着钢中含Mn量的增加，显微组织中珠光体不但细化，而且数量增加，从而导致钢板的强度和硬度升高。但Mn也能增加钢得回火脆性，因此其含量不宜太高，本发明控制在1.15%～1.55%之间。

铬：Cr的主要作用是强化铁素体，能够提高钢的硬度、韧性和淬透性；促进碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，是钢中的重要合金元素。但也使钢板韧性有所降低，并增加回火脆性。因此可以根据强韧性要求，本发明Cr含量在0.50%～0.80%。

镍：Ni能提高钢板淬透性，可以改善钢板在低温下的韧性，使脆性转变温度下降。Ni在钢中只形成固溶体，而且固溶强化不明显，主要在塑性变形过程提高材料的韧性。Ni的价格较高，所以含量不宜太高，根据要求的韧性不同加入量也不同，本发明中Ni含量设计在0.30～0.50%之间。

钼：Mo在含有Nb、V等微合金元素钢中，提高其在奧氏体中固溶度积，使得在低温转变的铁素体中弥散析出，利于成点强化；Mo在钢中增加碳化物的形核位置，使得形成的碳化物更加细小，从而提高钢的强度。Mo与Cr、Mn等配合使用使，可降低或抑制第二类回火脆性，在相变过程中能减缓马氏体板状基体结晶周围碳化物的析出，从而改善钢的冲击韧性，提高综合性能。但Mo的价格在市场上也较高，本发明加入量0.30～0.50%。

铌：Nb在钢中的主要作用是细化晶粒，提高晶粒粗化温度。铌以固溶态存在时，提高钢的淬透性和淬火后的回火稳定性；以碳化物存在时则降低淬透性。钢中加入铌能提高其屈服强度和冲击韧性，降低其脆性转变温度。

钛：Ti为活泼性金属元素。在钢中加入微量的钛，可以明显细化晶粒，减少枝晶偏析，提高钢的强度和韧性。Ti还能脱氧除气，在钢中能形成非常稳定的TiC，降低时效敏感性和冷脆性。Ti不易溶解，在钢加热到1000℃以上才能缓慢地溶解，这就保证了钢在热处理过程中能获得细晶粒组织。钛是强烈的固N元素，细小的TiN粒子可有效地阻碍钢在加热时的奥氏体晶粒长大，并且能显著地改善钢的焊接性能。同时Ti固定钢中N以后，可以提高钢中有效B含量。但Ti的加入不宜过量，如果含量过大时，就会有多余的钛固溶于铁素体中，引起铁素体的脆化，抵消细化晶粒的作用，恶化钢的性能。本发明Ti成分设计在0.020%～0.030%。

钒：V和C、N有极强的亲和力，与之形成极为稳定的化合物，弥散分布的化合物可以细化晶粒，提高奥氏体再结晶温度，降低钢的过热敏感性和回火脆性，提高钢的强度、韧性等。

硼：钢中加入微量的B，即可显著提高钢的淬透性。另外，B是表面活性元素，极易偏聚到晶界，有效地抑制先共析铁素体的形核及长大，强烈抑制铁素体相变，提高材料强度，B与N的交互作用还能明显提高材料的低温韧性。由于B是极活泼的元素之一，能够与O、N形成结合形成有害的B化物，而失去有益作用，当硼的含量大于0.007%时，将会导致钢的热脆现象。本发明将B含量设计在0.0016%～0.004%之间。

铝：Al在炼钢时用作脱氧定氮剂，可细化晶粒，改善钢在低温时的韧性；特别是降低了钢的脆性转变温度，提高钢的抗氧化性能。当Al和Cr配合共同使用时，其抗氧化性能有更大的提高。缺点是脱氧时如用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向，且当含铝较高时材料的高温强度和韧性变差。综合考虑，本发明将Al含量设计在0.020%～0.050%之间。

磷、硫：S是造成钢材热脆的主要杂质元素，并易产生偏析造成带状组织，硫化物夹杂有损害材料塑韧性的作用。P会造成钢材的冷淬，即降低材料的低温韧性，且容易产生偏析。因此将P、S的含量分别控制在不大于0.012%、0.005%。

本发明方法包括冶炼连铸工序、加热轧制工序和热处理工序；所述冶炼连铸工序所得连铸坯由上述重量百分含量的组分组成；所述加热轧制工序采用二阶段控轧工艺。

本发明方法所述加热轧制工序：第一阶段控制道次压下量在15%及以上，第二阶段保证累计压下率在70%及以上，轧后进行在线冷却。

本发明方法所述热处理工序采用淬火＋低温回火工艺。所述热处理工序中，淬火介质为水、淬火温度为900±10℃；回火温度为200±10℃，保温时间为(4.4～4.6)×t分钟，t为钢板毫米厚度。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明的屈服强度1150MPa以上级别超高强度调质钢满足了国内外大型机械行业对于低温作业、高强韧性的需求，可广泛用于大型履带式起重机臂架、拉板等关键部位等；钢板的力学性能均匀，板型良好。

本发明方法采用二阶段控轧工艺即II型控轧，解决了晶粒粗大不均、冲击韧性较低的问题；本发明方法的轧制工艺简单，易于操作，适合于有淬火机、常化炉、回火炉的普通钢铁厂生产。本发明方法实现了较低的碳当量化学成分设计，同时得到了具有均匀细小的组织结构和优良的综合力学性能，生产的钢板各项力学性能指标均符合技术条件要求，且生产成本显著降低。经检测，本发明方法所得钢板的力学性能达到下述要求：质量等级E、Rp_0.2≥1150MPa、Rm≥1350MPa、A₅₀≥8%、-40℃时横向Akv≥15J、表面硬度388～477HB。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：本屈服强度1150MPa以上级别调质高强钢板的具体生产方法如下所述。

本调质高强钢板的厚度为40mm，由以下重量百分含量的组分组成：C0.22%，Si0.35%，Mn1.23%，P0.010%，S0.002%，Cr0.63%，Mo0.38%，Ni0.38%，V0.045%，Nb0.020%，Ti0.028%，Al0.045%，B0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本调质高强钢板的生产方法包含冶炼连铸工序、加热轧制工序、热处理工序，各工序步骤如下：

（1）冶炼连铸工序：采用电弧炉或转炉方式冶炼，然后送入LF精炼炉内进行精炼并经过真空处理；之后经过连铸操作铸出坯料，得到厚度为300mm的连铸坯。

（2）加热轧制工序：所述连铸坯放入连续炉内加热轧制，加热、保温均匀化；采用二阶段控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制道次压下量在15%；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，晾钢厚度为90mm，开轧温度为900℃，终轧温度为850℃，累计压下率70%；轧后进行在线冷却，保证钢板得到细化的组织。

（3）热处理工序：钢板经过淬火和低温回火处理，制得所述的调质高强钢板；其中，淬火温度为900℃，淬火介质为水；回火温度为200℃，保温时间为180min，加速冷却介质为水；保温后空冷，即可得到所述的调质高强钢板。

本调质高强钢板的力学性能为：Rp_0.21320MPa、Rm1480MPa、A₅₀11.5%、-40℃时横向Akv40J、表面硬度454HB。

实施例2：本调质高强钢板的具体生产方法如下所述。

本调质高强钢板的厚度为50mm，由以下重量百分含量的组分组成：C0.21%，Si0.32%，Mn1.41%，P0.012%，S0.004%，Cr0.74%，Mo0.50%，Ni0.46%，V0.043%，Nb0.025%，Ti0.024%，Al0.037%，B0.004%，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）加热轧制工序：所述连铸坯放入连续炉内加热轧制，加热、保温均匀化；采用二阶段控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制道次压下量在15%～18%；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，累计压下率72%；轧后进行在线冷却，保证钢板得到细化的组织。

（3）热处理工序：钢板经过淬火和低温回火处理，制得所述的调质高强钢板；其中，淬火温度为900℃；回火温度为210℃，保温时间为225min，加速冷却介质为水；保温后空冷，即可得到所述的调质高强钢板。

本调质高强钢板的力学性能为Rp_0.21220MPa、Rm1420MPa、A₅₀12%、-40℃时横向Akv42J、表面硬度436HB。

实施例3：本调质高强钢板的具体生产方法如下所述。

本调质高强钢板的厚度为30mm，由以下重量百分含量的组分组成：C0.24%，Si0.20%，Mn1.33%，P0.008%，S0.005%，Cr0.58%，Mo0.30%，Ni0.41%，V0.060%，Nb0.027%，Ti0.030%，Al0.041%，B0.0016%，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）加热轧制工序：所述连铸坯放入连续炉内加热轧制，加热、保温均匀化；采用二阶段控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制道次压下量在16%～18%，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，累计压下率75%，轧后进行在线冷却，保证钢板得到细化的组织。

（3）热处理工序：钢板经过淬火和低温回火处理，制得所述的调质高强钢板；其中，淬火温度为905℃；回火温度为190℃，保温时间为135min，加速冷却介质为水；保温后空冷，即可得到所述的调质高强钢板。

本调质高强钢板的力学性能为：Rp_0.21350MPa、Rm1500MPa、A₅₀10%、-40℃时横向Akv37J、表面硬度461HB.

实施例4：本调质高强钢板的具体生产方法如下所述。

本调质高强钢板的厚度为20mm，由以下重量百分含量的组分组成：C0.26%，Si0.29%，Mn1.55%，P0.009%，S0.003%，Cr0.50%，Mo0.43%，Ni0.50%，V0.052%，Nb0.030%，Ti0.025%，Al0.020%，B0.0034%，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）加热轧制工序：所述连铸坯放入连续炉内加热轧制，加热、保温均匀化；采用二阶段控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制道次压下量在15%～17%，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，累计压下率81%，轧后进行在线冷却，保证钢板得到细化的组织。

（3）热处理工序：钢板经过淬火和低温回火处理，制得所述的调质高强钢板；其中，淬火温度为895℃；回火温度为200℃，保温时间为92min，加速冷却介质为水；保温后空冷，即可得到所述的调质高强钢板。

本调质高强钢板的力学性能为：Rp_0.21410MPa、Rm1547MPa、A₅₀9.5%、-40℃时横向Akv35J、表面硬度470HB。

实施例5：本调质高强钢板的具体生产方法如下所述。

本调质高强钢板的厚度为30mm，由以下重量百分含量的组分组成：C0.23%，Si0.50%，Mn1.29%，P0.010%，S0.004%，Cr0.80%，Mo0.41%，Ni0.30%，V0.055%，Nb0.022%，Ti0.020%，Al0.028%，B0.0029%，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）加热轧制工序：所述连铸坯放入连续炉内加热轧制，加热、保温均匀化；采用二阶段控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制道次压下量在15%～17%；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，累计压下率76%；轧后进行在线冷却，保证钢板得到细化的组织。

（3）热处理工序：钢板经过淬火和低温回火处理，制得所述的调质高强钢板；其中，淬火温度为890℃；回火温度为195℃，保温时间为135min，加速冷却介质为水；保温后空冷，即可得到所述的调质高强钢板。

本调质高强钢板的力学性能为：Rp_0.21380MPa、Rm1525MPa、A₅₀12.0%、-40℃时横向Akv43J、表面硬度460HB。

实施例6：本调质高强钢板的具体生产方法如下所述。

本调质高强钢板的厚度为35mm，由以下重量百分含量的组分组成：C0.24%，Si0.42%，Mn1.15%，P0.009%，S0.003%，Cr0.69%，Mo0.33%，Ni0.36%，V0.040%，Nb0.024%，Ti0.026%，Al0.050%，B0.0024%，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）加热轧制工序：所述连铸坯放入连续炉内加热轧制，加热、保温均匀化；采用二阶段控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制道次压下量在15%～18%；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，累计压下率73%；轧后进行在线冷却，保证钢板得到细化的组织。

（3）热处理工序：钢板经过淬火和低温回火处理，制得所述的调质高强钢板；其中，淬火温度为910℃；回火温度为205℃，保温时间为154min，加速冷却介质为水；保温后空冷，即可得到所述的调质高强钢板。

本调质高强钢板的力学性能为：Rp_0.21220MPa、Rm1410MPa、A₅₀12.5%、-40℃时横向Akv47J、表面硬度425HB。

Claims

1.一种屈服强度1150MPa以上级别钢板，其特征在于，其由以下重量百分含量的组分组成：0.21%≤C≤0.26%，0.20%≤Si≤0.50%，1.15%≤Mn≤1.55%，P≤0.012%，S≤0.005%，0.50%≤Cr≤0.80%，0.30%≤Mo≤0.50%，0.30%≤Ni≤0.50%，0.040%≤V≤0.060%，0.02%≤Nb≤0.03%，0.020%≤Ti≤0.030%，0.020%≤Al≤0.050%，0.0016%≤B≤0.004%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的屈服强度1150MPa以上级别钢板，其特征在于：所述钢板厚度为20～50mm。

3.一种屈服强度1150MPa以上级别钢板的生产方法，其特征在于：其包括冶炼连铸工序、加热轧制工序和热处理工序；所述冶炼连铸工序所得连铸坯由以下重量百分含量的组分组成：0.21%≤C≤0.26%，0.20%≤Si≤0.50%，1.15%≤Mn≤1.55%，P≤0.012%，S≤0.005%，0.50%≤Cr≤0.80%，0.30%≤Mo≤0.50%，0.30%≤Ni≤0.50%，0.040%≤V≤0.060%，0.02%≤Nb≤0.03%，0.020%≤Ti≤0.030%，0.020%≤Al≤0.050%，0.0016%≤B≤0.004%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述加热轧制工序采用二阶段控轧工艺。

4.根据权利要求3所述的屈服强度1150MPa以上级别钢板的生产方法，其特征在于，所述加热轧制工序：第一阶段控制道次压下量在15%及以上，第二阶段保证累计压下率在70%及以上，轧后进行在线冷却。

5.根据权利要求3或4所述的屈服强度1150MPa以上级别钢板的生产方法，其特征在于：所述热处理工序采用淬火＋低温回火工艺。

6.根据权利要求5所述的屈服强度1150MPa以上级别钢板的生产方法，其特征在于：所述热处理工序中，淬火介质为水、淬火温度为900±10℃；回火温度为200±10℃，保温时间为(4.4～4.6)×t分钟，t为钢板毫米厚度。