CN106319376B

CN106319376B - 一种新型低焊接裂纹敏感性高强度钢板

Info

Publication number: CN106319376B
Application number: CN201510368355.0A
Authority: CN
Inventors: 胡昕明; 王储; 胡海洋; 欧阳鑫; ***; 隋轶; 杨军; 韩旭; 石锋涛; 王飞龙
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2018-06-26
Anticipated expiration: 2035-06-29
Also published as: CN106319376A

Abstract

本发明公开一种新型低焊接裂纹敏感性高强度钢板，钢中的化学成分按重量百分比计为：C：0.04％～0.06％、Si：0.10％～0.50％、Mn：1.10％～1.70％、P≤0.010％、S≤0.003％、Cr：0.35％～0.55％、Mo：0.05％～0.09％、Nb：0.04％～0.06％、V：0.02％～0.08％，其余为Fe及不可避免的杂质，Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.21。该钢板在较低成本的情况下，可获得足够强度的同时还具备良好的冲击韧性。

Description

一种新型低焊接裂纹敏感性高强度钢板

技术领域

本发明属于低合金钢领域，特别是涉及一种新型低焊接裂纹敏感性高强度钢板。

背景技术

目前，国内外大型球罐、电站用压力钢管、蜗壳用钢均采用具有低焊接裂纹敏感性的抗拉强度610MP级别的钢板，一般最低使用温度为-20℃。该类钢板集高强度、高韧性和优异焊接性于一体，采用相应的焊接材料施焊，钢板厚度达到50mm也可不预热或稍微加热而不产生焊接冷裂纹。

公开号为CN101096738A、CN101476080B、CN103160747A、CN103484766A、CN100516270C、CN102409251A、CN103031491A、CN102605293A、CN102758138B的专利中分别记载了为了保证钢板具有一定的-20℃低温韧性，均不同程度的添加了贵金属Ni(0.10％～0.50％)。例如，专利CN101476080B在钢中添加了0.30％～0.50％的Ni，专利CN102605293A同样在钢中添加了0.10％～0.15％的Ni。另外，在上述专利中为了保证钢板的淬透性和抗回火性能，均添加了0.10％以上的Mo。例如，专利CN103160747A在钢中添加了0.10％～0.30％的Mo。这样虽然保证了钢板的性能，但同时也增加了钢板的生产成本。同样，在上述专利中为了保证钢板Pcm(低焊接裂纹敏感性指数)≤0.21％，减少或避免向钢中加入Cr，而Cr不仅能够提高钢板的强度，最为主要的是它可以替代Mo元素增大钢板的淬透性，获得最佳的回火索氏体或贝氏体回火组织，在降低钢板生产成本方面具有明显优势。针对上述情况，亟待通过新型成分设计，开发出一种低成本的低焊接裂纹敏感性高强度钢板。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有低成本的低焊接裂纹敏感性钢板。

为了达到上述目的，本发明设计了一种低成本的低焊接裂纹敏感性钢板，其特征在于钢的化学成分(按重量％)为：C：0.04％～0.06％、Si：0.10％～0.50％、Mn：1.10％～1.70％、P≤0.010％、S≤0.003％、Cr：0.35％～0.55％、Mo：0.05％～0.09％、Nb：0.04％～0.06％、V：0.02％～0.08％，其余为Fe及不可避免的杂质。Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(％)≤0.21％

上述化学元素的作用分析如下：

C在钢中常与其他合金元素形成碳化物，在室温下对钢板能起到强化作用，但较高的C则不利于钢板的冲击韧性，并且还增大了焊接热影响区的硬度和焊缝金属冷裂纹的敏感性及焊后再热开裂的敏感性，因此将C含量限定在0.04％～0.06％。

Si作为脱氧剂存在于钢中，此外其通过固溶强化能增加钢板的强度，但如果Si含量较高，则会导致热影响区冲击韧性劣化，因此将Si含量限定在0.10％～0.50％。

Mn作为钢中相变强化和固溶强化机制中的主要作用元素，除了提高钢板强度外，还具有扩大奥氏体相区和降低Ar3点温度的作用。但含量过高则在浇铸和轧制过程中产生偏析现象，导致钢板的冲击韧性下降，因此将Mn含量限定在1.10％～1.70％。

Mo能提高钢板的淬透性和抗回火软化性，但添加过多不仅严重损害钢板的延伸率和焊接线，同时还造成钢板生产成本的增加，考虑到钢中添加的Cr具有提高钢板淬透性的情况，只向钢中添加少量的Mo以保证其抗回火软化性，因此将Mo含量限定在0.05％～0.09％。

Cr作为本专利的主要添加元素，其作用主要体现在两个方面，一方面是在降低钢中Mo含量的情况下，保证钢板具有良好的淬透性，从而在随后的超快冷过程中确保钢板获得马氏体或贝氏体组织，通过随后的高温回火得到回火索氏体或贝氏体回火组织，使得钢板在不添加Ni含量的情况下依然具有良好的低温韧性；另一方面则是通过固溶强化来弥补低碳所造成的强度不足。因此将Cr含量限定在0.35％～0.55％。

Nb作为本专利的主要添加元素，其作用不仅在于细化晶粒和控制轧制，更为主要的是作为亲碳元素，与钢中的碳形成大量的细小碳氮化物，通过第二相强化及细晶强化来提高钢板强度。此外，由于其抢夺了钢中大量的碳，避免或减少了大量Cr的添加可能导致的长条碳化物的析出长大，防止损害钢板的冲击韧性，因此将Nb含量限定在0.04％～0.06％。

V能通过V(C、N)在贝氏体板条析出，提高钢板抗回火软化性，从而弥补Mo含量的降低所造成钢板抗回火软化性的减弱，实现钢板强度、韧性的匹配同时不损害钢板的焊接线，因此将V含量限定在0.02％～0.08％。

本发明采用的生产方法为转炉—连铸—TMCP+离线回火工艺，具体为：

本发明的铸造工艺推荐采用连铸工艺，连铸工艺重点控制浇铸温度，中间包钢水浇铸温度≤1540℃，低温浇铸较好，以细化原始铸态组织。为控制连铸坯中心Mn偏析，采用电磁搅拌或连铸坯轻压下工艺，轻压下量控制在3％～10％之间。

关于加热温度，必须选择在1050～1250℃之间。在低于1050℃加热时，凝固中所生成的对韧性有不良影响的粗大夹杂物有可能以不熔化状态残留；而高于1250℃加热，则有可能使连铸过程中通过控制冷却速度而产生的析出物再熔化。

钢在加热后的轧制工艺采用直接轧制和奥氏体完全再结晶区+奥氏体未再结晶区两个阶段控制轧制工艺。本发明钢板采用奥氏体完全再结晶区+奥氏体未再结晶区两个阶段控制轧制工艺。在完全再结晶温度范围内，大轧制道次压下率进行快速连续轧制，确保变形金属发生动态/静态再结晶，细化奥氏体晶粒，为此轧制道次压下率≥15％，最大压下率为25％；再结晶区(1100～950℃)总压下率≥55％；在未在结晶区进行控制轧制，为保证晶粒细化的效果从而达到提高钢的屈服强度和韧性的目的，应使轧制道次压下率≥15％，未再结晶区(910～850℃)总压下率≥60％，最大累计变形量为80％。

钢板热轧结束后，将温度在Ar3以上的钢板进行在线淬火，钢板入水温度为750～800℃，钢板的终冷温度控制在300℃以下，钢板的冷却速度控制在10～30℃/s。钢板采用离线回火热处理，回火温度600～690℃。

有益效果

本发明在钢种成分设计上简单、合理，按元素添加量及种类尽量少的原则，合理调整各元素的配比量，通过添加Cr、Nb元素，取消了钢中贵金属Ni并降低Mo含量，使得钢板在较低成本的情况下，依然保证钢板在获得足够强度的同时还具备良好的冲击韧性。

具体实施方式

本发明钢的化学成分为：C：0.04％～0.06％、Si：0.10％～0.50％、Mn：1.10％～1.70％、P≤0.010％、S≤0.003％、Cr：0.35％～0.55％、Mo：0.05％～0.09％、Nb：0.04％～0.06％、V：0.02％～0.08％，其余为Fe及不可避免的杂质，Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.21。本实施例的生产工艺是：采用铁水预处理技术，转炉冶炼、LF炉+VD(或RH)炉真空处理等纯净钢工艺金相冶炼生产处钢水，经过板坯连铸机制成连铸坯，为控制连铸坯中心Mn偏析，采用连铸坯轻压下工艺，轻压下量控制在5％，连铸坯的断面厚度为300mm。

本实施例的热轧及冷却工艺是：连铸坯加热至1050～1250℃，均热1.5～2.5小时；其中钢板采用二阶段控轧工艺(再结晶区轧制+未再结晶区轧制)，第一阶段轧制单道次压下率保持15％～25％，第二阶段轧制累积变形量保持在60％～80％；轧后钢板进行在线淬火，钢板的入水温度为800℃，钢板的终冷温度<300℃，钢板的冷却速度在20～25℃/s。

本实施例的热处理工艺是：钢板采用离线回火热处理，回火温度600～690℃。

表1实施例化学成分重量％

表2轧制工艺制度

表3实施例厚度1/4处常规力学性能

通过上述实施例可以看出，本发明通过合理调整各元素的配比量，添加Cr、Nb元素，不添加Ni并降低Mo含量，使钢板在较低成本的情况下，获得足够强度的同时还具备良好的冲击韧性。

Claims

1.一种具有低成本的低焊接裂纹敏感性钢板，其特征在于，钢中的化学成分按重量百分比计为：C：0.04％、Si：0.13％、Mn：1.14％、P：0.007％、S：0.002％、Cr：0.36％、Mo：0.05％、Nb：0.04％、V：0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质，Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B，为0.13；

钢坯的加热温度为1050～1250℃，均热1.5～2.5小时，轧制工艺采用奥氏体完全再结晶区+奥氏体未再结晶区两个阶段控制轧制工艺，粗轧开轧温度为1097℃，粗轧终轧温度为979℃，单道次变形量为15.8％～24.3％，精轧开轧温度为910℃，精轧终轧温度为860℃，累积变形量为76.5％，开冷温度为800℃，终冷温度＜300℃；热轧后，在Ar3以上进行在线淬火，钢板入水温度为800℃，终冷温度在300℃以下，冷却速度为20～25℃/s；钢板采用离线回火热处理，回火温度600～690℃；成品钢板厚度为15mm，屈服强度为555MPa，抗拉强度为640MPa，伸长率为26.5％，-20℃冲击功分别为231J、225J、213J。

2.一种具有低成本的低焊接裂纹敏感性钢板，其特征在于，钢中的化学成分按重量百分比计为：C：0.05％、Si：0.29％、Mn：1.40％、P：0.008％、S：0.003％、Cr：0.41％、Mo：0.07％、Nb：0.05％、V：0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质，Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B，为0.16；

钢坯的加热温度为1050～1250℃，均热1.5～2.5小时，轧制工艺采用奥氏体完全再结晶区+奥氏体未再结晶区两个阶段控制轧制工艺，粗轧开轧温度为1100℃，粗轧终轧温度为983℃，单道次变形量为15.6％～20.6％，精轧开轧温度为900℃，精轧终轧温度为854℃，累积变形量为62.8％，开冷温度为800℃，终冷温度＜300℃；热轧后，在Ar3以上进行在线淬火，钢板入水温度为800℃，终冷温度在300℃以下，冷却速度为20～25℃/s；钢板采用离线回火热处理，回火温度600～690℃；成品钢板厚度为30mm，屈服强度为533MPa，抗拉强度为630MPa，伸长率为26.0％，-20℃冲击功分别为244J、250J、248J。

3.一种具有低成本的低焊接裂纹敏感性钢板，其特征在于，钢中的化学成分按重量百分比计为：C：0.06％、Si：0.48％、Mn：1.70％、P：0.007％、S：0.002％、Cr：0.53％、Mo：0.09％、Nb：0.06％、V：0.08％，其余为Fe及不可避免的杂质，Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B，为0.20；

钢坯的加热温度为1050～1250℃，均热1.5～2.5小时，轧制工艺采用奥氏体完全再结晶区+奥氏体未再结晶区两个阶段控制轧制工艺，粗轧开轧温度为1123℃，粗轧终轧温度为987℃，单道次变形量为15.8％～23.6％，精轧开轧温度为890℃，精轧终轧温度为856℃，累积变形量为61.3％，开冷温度为800℃，终冷温度＜300℃；热轧后，在Ar3以上进行在线淬火，钢板入水温度为800℃，终冷温度在300℃以下，冷却速度为20～25℃/s；钢板采用离线回火热处理，回火温度600～690℃；成品钢板厚度为50mm，屈服强度为515MPa，抗拉强度为618MPa，伸长率为25.3％，-20℃冲击功分别为262J、259J、267J。