CN108359879B - 一种不大于60mm厚1000MPa级水电用钢板的DQ-T方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不大于60mm厚1000MPa级水电用钢板的DQ‑T方法，该钢板的化学成分：C 0.09～0.18％，Mn 0.80～1.60％，P≤0.01％，S≤0.002％，Si≤0.40％，Ni 0.9～2.6％，Cr≤0.75％，Cu≤0.20％,Alt≤0.10％,Nb≤0.06％，Mo 0.3～0.65％，V≤0.12％，Ti≤0.06％，B≤0.003％，余量为Fe。按设定成分冶炼，两阶段轧制，轧后直接淬火，最后离线回火，得到回火索氏体+少量回火马氏体的显微组织，强度、塑性和低温冲击韧性优良且匹配，并具有良好的焊接性能，焊接冷裂纹敏感指数Pcm≤0.29％。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种不大于60mm厚1000MPa级水电用钢板的DQ-T生产方法。
背景技术
目前，水电用钢板的抗拉强度正在向1000MPa级的方向发展。通常，水电用钢板的厚度规格是10～100mm。随着厚度规格的增加，钢板的微观组织及其力学性能难以控制和保证。因此，需要针对不同的厚度规格从成分设计、工艺路径控制等方面保证强度和冲击功等力学性能指标。
申请号为201310269680.2的专利提出一种800MPa级水电站压力管道高强钢板及生产方法，可生产厚度规格≤60mm的钢板。采用两阶段轧制，轧后采用控制冷却工艺，冷却速率为7～15℃/s，最后进行淬火+回火热处理，所获得的钢板的屈服强度≥690MPa，抗拉强度780～870MPa，﹣40℃冲击功≥47J。
申请号为200910046581.1的专利提出一种超细晶贝氏体高强钢及其制备方法，可生产厚度规格≤60mm的钢板，焊接冷裂纹敏感指数Pcm≤0.20％。采用两阶段控制轧制，轧后以15～30℃/s的速度冷却至400～480℃，出水后空冷至室温。最终，钢板的屈服强度＞690MPa，抗拉强度780～930MPa，﹣20℃冲击功≥120J。
但是，上述专利方法生产的不大于60mm厚钢板，其强度和低温冲击韧性无法满足1000MPa级水电用钢的力学性能要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种不大于60mm厚1000MPa级水电用钢板的DQ-T生产方法。DQ-T生产方法是指两阶段轧制后，钢板直接淬火(DQ)至室温，再经过回火(T)热处理的工艺方法。
为了达到以上目的，本发明的技术方案为：
本发明提供一种不大于60mm厚1000MPa级水电用钢板的DQ-T生产方法，按以下步骤进行：
(1)按照设计的化学成分冶炼钢水并连铸成板坯，其成分按重量百分比为：C 0.09～0.18％，Mn 0.80～1.60％，P≤0.01％，S≤0.002％，Si≤0.4％，Ni 0.90～2.60％，Cr≤0.75％，Cu≤0.20％,Alt≤0.10％,Nb≤0.06％，Mo 0.30～0.65％，V≤0.12％，Ti≤0.06％，B≤0.003％，余量为Fe；
(2)将板坯加热至1200～1250℃，总加热时间300～400min，出炉后除磷，再进行两阶段控制轧制，其中粗轧的开轧温度为1140～1170℃，终轧温度为980～1040℃，轧制道次为5～8，总压下率为63～81％；精轧的开轧温度为860～920℃，终轧温度为800～840℃，轧制道次为3～6，总压下率为45～85％；之后再进行平整获得厚度不大于60mm的钢板；
(3)控轧后的钢板水冷至室温，冷速为20～50℃/s；
(4)将控轧控冷后的钢板在610～700℃离线回火，回火时间为60～180min，之后空冷至室温。
根据上文的技术方案，优选的情况下，步骤(1)中所述连铸坯厚度为320mm。
根据上文的技术方案，优选的情况下，步骤(2)中所述平整为一道次平整。
步骤(4)中所述的回火保温时间(T，min)与钢板厚度(t，mm)关系为T＝2*t+50。
本发明还涉及利用上述方法生产的不大于60mm厚1000MPa级水电用钢板。
连铸坯经两阶段轧制和直接淬火后，得到板条马氏体组织，经过回火热处理得到回火索氏体+少量回火马氏体组织。
通过对材料化学成分的计算与优化，以及轧制、冷却及调质处理工艺的优化，最终得到厚度规格不大于60mm的1000MPa级水电用钢板，其力学性能指标如下：屈服强度(横向)≥885MPa，抗拉强度(横向)为950～1130MPa，延伸率(横向)≥15％，﹣60℃V型冲击功(横向)≥100J。同时，焊接冷裂纹敏感性Pcm≤0.29％。
本发明得到的是一种1000MPa级低焊接裂纹敏感性水电用钢板，其化学成分设计考虑了一下几点：
C是钢中的重要元素，其含量的多少对钢的性能影响很大。随着碳含量的增加，钢的强度和硬度提高，但其塑性和韧性降低，使钢的韧脆转变温度升高。在焊接碳含量较高的钢材时，焊接热影响区容易出现淬硬现象，加剧焊接时产生冷裂纹的倾向。考虑到1000MPa级水电用钢的焊接性能和低温冲击韧性，钢中碳含量应当控制在0.09～0.18％。
Mn可以降低奥氏体向铁素体转变温度，从而扩大奥氏体相区。随着Mn含量的增加，钢的淬透性和强度提高，同时碳当量增加，影响焊接性能。Mn含量过高，会加剧板坯的中心偏析，影响钢的低温冲击韧性。因此，Mn含量应当控制在0.80～1.60％。
Si可以提高钢的强度和硬度，随着硅含量的增加，钢的淬透性增加。由于硅会使钢产生自由碳而石墨化，造成钢的塑性和焊接性能降低。在大线能量焊接过程中，硅加剧粗大而不均匀的M-A岛的形成，严重影响热影响区的低温冲击韧性。因此，Si含量应当≤0.40％。
Ni可以提高奥氏体相区，降低奥氏体转变温度，从而奥氏体向珠光体转变受阻，促使钢中产生马氏体，增加马氏体与铁素体之间的位相差，裂纹穿过马氏体的阻力增加，提高钢的低温冲击韧性。但是Ni价格昂贵，综合考虑钢的低温冲击韧性以及生产成本，Ni含量应当控制在0.9～2.6％。
Cr促使钢的过冷奥氏体连续冷却转变图右移，增加钢的淬透性，同时细化马氏体片间距，从而提高钢的强度。同时，Cr能增加马氏体与铁素体之间的位相差，在一定程度上改善钢的低温冲击韧性。但是，随着Cr含量增加，焊接过程中易产生焊接冷裂纹，损害钢的焊接性能。因此，Cr含量应当≤0.75％。
Cu在钢中与碳不发生作用，且两种元素不能互溶，所以铜在低碳钢中主要在铁素体中溶解或沉淀，产生轻微的沉淀强化作用。在回火过程中，ε-Cu产生析出强化作用，但是铜含量过高，钢的韧性和焊接性能下降。同时，铜可以提高钢的抗大气腐蚀能力。因此，Cu含量应当≤0.20％。
Al在钢中具有脱氧的作用，同时添加少量的铝可以细化晶粒，从而提高钢的强度和冲击韧性。但是，铝含量过高，将会影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。因此，Al含量应当≤0.10％。
Mo可以提高钢的淬透性，从而一定程度上克服沿厚度方向由于冷却和变形不均匀带来的组织性能不均匀问题。钢的强度、韧性随着钼含量的增加而提高，屈强比随着钼含量的增加而降低。在调质钢中，钼可以提高钢的回火稳定性，调质后获得细晶粒的回火索氏体，使得强韧性得到改善。在低合金钢中，钼除了促进相变强化作用外，还可提高微合金元素在奥氏体中的固溶度，迫使更多的微合金元素在较低温度下从铁素体中析出，产生更强的沉淀强化作用。因此，Mo的含量应当控制在0.30～0.65％。
B属于钢中的微量元素，加入适量的硼可以改善钢的致密性，提高热轧性能，同时可以显著提高钢的淬透性，但是加入过多的硼会影响钢的韧性和焊接性能。因此，B含量应当≤0.003％。
Nb、V和Ti是低合金钢中常用的微合金化元素，它们在热加工过程中可以抑制奥氏体的形变再结晶并阻止晶粒长大，也可以通过Nb、V和Ti的碳氮化合物的应变诱导析出，产生沉淀强化作用。其中，Nb在三者中具有最强的晶粒细化强化作用，V在三者中具有最强的沉淀强化作用。
P和S是钢中的有害元素，因此要严格控制两种元素的含量。磷在钢凝固过程中偏析于晶粒之间，形成高磷脆性层，使钢的局部组织异常，降低钢的塑性和韧性，使晶界断裂应力降低，韧脆转变温度上升，引起冷脆，损害了钢的焊接性能。硫在钢中可以形成低熔点FeS共晶体，产生热脆现象。硫还可以与其他一些元素形成硫化物，以条状形态沿轧制方向分布，形成带状组织，破坏了材料的连续性，从而钢的塑性和冲击韧性降低。因此，P的含量应当≤0.01％，S的含量应当≤0.002％。
本发明与已有技术相比较，具有显著的优点和积极效果：
(1)低碳低合金的化学成分设计，不仅降低生产成本，而且有效地降低了碳当量和焊接冷裂纹敏感性指数，通过低硫磷纯净钢的冶炼，获得优质纯净的连铸坯；
(2)采用轧后快速水冷至室温的控制冷却方式，即直接淬火工艺，省略了离线再加热淬火工艺，从而有效地缩短了工艺流程，节约能耗，降低生产成本；
(3)采用DQ-T方法生产的不大于60mm厚1000MPa级水电用钢板强度、塑性和低温冲击韧性优良且匹配，其力学性能指标如下：屈服强度(横向)≥885MPa，抗拉强度(横向)为950～1130MPa，延伸率(横向)≥15％，﹣60℃V型冲击功(横向)≥100J，并具有良好的焊接性能，焊接冷裂纹敏感性Pcm≤0.29％。
附图说明
图1为本发明实施例1钢板控轧控冷处理后的显微组织；
图2为本发明实施例1钢板热处理后的显微组织。
具体实施方式
下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
本发明实施例中热轧是利用4700mm四辊轧机；利用Leica DMIRM型光学显微镜和FEI Quanta 600型扫描电子显微镜观察显微组织；按照GB/T2975-1998制成圆形截面标准拉伸试样，在CMT5105-SANS微机控制电子万能实验机上进行室温力学性能测试；夏比摆锤式冲击实验在﹣60℃进行，试样尺寸为10mm×10mm×55mm。
实施例1
按设定成分冶炼钢水并连铸成厚度为320mm板坯，其成分按重量百分比为C0.1031％，Mn 1.1501％，P 0.0075％，S 0.001％，Si 0.2487％，Ni 1.2502％，Cr 0.375％，Cu 0.0124％,Alt 0.0301％,Nb 0.0241％，Mo 0.3693％，V 0.04％，Ti 0.0136％，B0.0015％，余量为Fe；
将板坯加热至1200℃，加热时间360min，之后利用高压水除磷，再进行8道次粗轧，开轧温度为1165℃，终轧温度为1025℃，总压下率为79.69％；精轧的开轧温度为890℃，终轧温度为839℃，轧制道次为4，总压下率为63.08％，精轧后钢板厚度为24mm，之后再进行一道次平整，热轧后水冷以35℃/s的速度冷却至室温。钢板在控轧控冷处理后的显微组织如图1所示，组织主要为板条马氏体；
将钢板在630℃高温回火，回火时间为100min，获得综合力学性能优良的24mm厚1000MPa级水电用钢板：屈服强度(横向)为990MPa，抗拉强度(横向)为1011MPa，断后伸长率(横向)18.5％；﹣60℃V型冲击功(横向)197J，焊接冷裂纹敏感性Pcm＝0.25％。钢板在热处理后的显微组织如图2所示，组织主要为回火索氏体和少量的回火马氏体。
实施例2
按设定成分冶炼钢水并连铸成厚度为320mm板坯，其成分按重量百分比为C0.114％，Mn 0.9418％，P 0.0077％，S 0.0014％，Si 0.2487％，Ni 1.4338％，Cr0.4825％，Cu 0.0136％,Alt 0.0301％,Nb 0.0251％，Mo 0.4739％，V 0.0428％，Ti0.0152％，B 0.0016％，余量为Fe；
将板坯加热至1220℃，加热时间350min，之后利用高压水除磷，再进行8道次粗轧，开轧温度为1158℃，终轧温度为1036℃，总压下率为79.69％；精轧的开轧温度为905℃，终轧温度为846℃，轧制道次为4，总压下率为63.08％，精轧后钢板厚度为24mm，之后再进行一道次平整。热轧后水冷以40℃/s的速度冷却室温；
将钢板在630℃高温回火，回火时间为100min，获得综合力学性能优良的24mm厚1000MPa级水电用钢板：屈服强度(横向)为1023MPa，抗拉强度(横向)为1035MPa，断后伸长率(横向)16.5％；﹣60℃V型冲击功(横向)118J，焊接冷裂纹敏感性Pcm＝0.26％。
实施例3
按设定成分冶炼钢水并连铸成厚度为320mm板坯，其成分按重量百分比为C0.114％，Mn 0.9418％，P 0.0077％，S 0.0014％，Si 0.2487％，Ni 1.4338％，Cr0.4825％，Cu 0.0136％,Alt 0.0301％,Nb 0.0251％，Mo 0.4739％，V 0.0428％，Ti0.0152％，B 0.0016％，余量为Fe；
将板坯加热至1200℃，加热时间360min，之后利用高压水除磷，再进行6道次粗轧，开轧温度为1165℃，终轧温度为1038℃，总压下率为63.33％；精轧的开轧温度为887℃，终轧温度为831℃，轧制道次为4，总压下率为56.36％，精轧后钢板厚度为48mm，之后再进行一道次平整。热轧后水冷以30℃/s的速度冷却至室温；
将钢板在630℃高温回火，回火时间为150min，获得综合力学性能优良的48mm厚1000MPa级水电用钢板：屈服强度(横向)为986MPa，抗拉强度(横向)为1008MPa，断后伸长率(横向)17.0％；﹣60℃V型冲击功(横向)165J，焊接冷裂纹敏感性Pcm＝0.26％。
实施例4
按设定成分冶炼钢水并连铸成厚度为320mm板坯，其成分按重量百分比为C0.1223％，Mn 1.2037％，P 0.0088％，S 0.0011％，Si 0.3237％，Ni 1.3777％，Cr0.3365％，Cu 0.0103％,Alt 0.041％,Nb 0.0136％，Mo 0.3767％，V 0.0335％，Ti0.0152％，B 0.0015％，余量为Fe；
将板坯加热至1200℃，加热时间360min，之后利用高压水除磷，再进行6道次粗轧，开轧温度为1160℃，终轧温度为996℃，总压下率为65.63％；精轧的开轧温度为860℃，终轧温度为820℃，轧制道次为4，总压下率为56.36％，精轧后钢板厚度为48mm，之后再进行一道次平整。热轧后水冷以30℃/s的速度冷却至室温；
将钢板在630℃高温回火，回火时间为150min，获得综合力学性能优良的48mm厚1000MPa级水电用钢板：屈服强度(横向)为938MPa，抗拉强度(横向)为981MPa，断后伸长率(横向)16.5％；﹣60℃V型冲击功(横向)120J，焊接冷裂纹敏感性Pcm＝0.27％。
实施例5
按设定成分冶炼钢水并连铸成厚度为320mm板坯，其成分按重量百分比为C0.1223％，Mn 1.2037％，P 0.0088％，S 0.0011％，Si 0.3237％，Ni 1.3777％，Cr0.3365％，Cu 0.0103％,Alt 0.041％,Nb 0.0136％，Mo 0.3767％，V 0.0335％，Ti0.0152％，B 0.0015％，余量为Fe；
将板坯加热至1200℃，加热时间360min，之后利用高压水除磷，再进行6道次粗轧，开轧温度为1130℃，终轧温度为1022℃，总压下率为63.33％；精轧的开轧温度为920℃，终轧温度为840℃，轧制道次为4，总压下率为56.36％，精轧后钢板厚度为48mm，之后再进行一道次平整。热轧后水冷以37℃/s的速度冷却至室温；
将钢板在690℃高温回火，回火时间为60min，获得综合力学性能优良的48mm厚1000MPa级水电用钢板：屈服强度(横向)为940MPa，抗拉强度(横向)为975MPa，断后伸长率(横向)16.8％；﹣60℃V型冲击功(横向)142J，焊接冷裂纹敏感性Pcm＝0.27％。
实施例6
按设定成分冶炼钢水并连铸成厚度为320mm板坯，其成分按重量百分比为C0.1223％，Mn 1.2037％，P 0.0088％，S 0.0011％，Si 0.3237％，Ni 1.3777％，Cr0.3365％，Cu 0.0103％,Alt 0.041％,Nb 0.0136％，Mo 0.3767％，V 0.0335％，Ti0.0152％，B 0.0015％，余量为Fe；
将板坯加热至1200℃，加热时间360min，之后利用高压水除磷，再进行5道次粗轧，开轧温度为1140℃，终轧温度为1035℃，总压下率为63.33％；精轧的开轧温度为910℃，终轧温度为825℃，轧制道次为3，总压下率为45.45％，精轧后钢板厚度为60mm，之后再进行一道次平整。热轧后水冷以30℃/s的速度冷却室温；
将钢板在690℃高温回火，回火时间为60min，获得综合力学性能优良的60mm厚1000MPa级水电用钢板：屈服强度(横向)为945MPa，抗拉强度(横向)为1000MPa，断后伸长率(横向)17.2％；﹣60℃V型冲击功(横向)117J，焊接冷裂纹敏感性Pcm＝0.27％。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种不大于60mm厚1000MPa级水电用钢板的DQ-T方法，其特征在于，按以下步骤进行：
(1)按照设计的化学成分冶炼钢水并连铸成板坯，其成分按重量百分比为：C 0.1031～0.18％，Mn 0.80～1.60％，P≤0.01％，S≤0.002％，Si 0.248～0.4％，Ni 0.90～2.60％，Cr≤0.75％，Cu 0.0103～0.0136％,Alt≤0.10％,Nb 0.0251～0.06％，Mo 0.3693～0.3767％，V 0.0335～0.12％，Ti 0.0136～0.0152％，B≤0.003％，余量为Fe；
(2)将板坯加热至1200～1250℃，加热时间350～400min，之后进行高压水除鳞，再进行两阶段控制轧制，其中粗轧的开轧温度为1140～1170℃，终轧温度为980～1040℃，轧制道次为5～8，总压下率为63～81％；精轧的开轧温度为860～920℃，终轧温度为800～840℃，轧制道次为3～6，总压下率为45～85％；之后再进行平整，获得厚度不大于60mm的钢板；
(3)控轧后的钢板水冷至室温，冷速为20～50℃/s；
(4)将控轧控冷后的钢板在610～700℃离线回火，回火时间为60～180min，之后空冷至室温；
步骤(1)中所述连铸坯厚度为320mm；
上述的方法生产的不大于60mm厚1000MPa级水电用钢板其力学性能指标如下：屈服强度≥885MPa，抗拉强度为950～1130MPa，延伸率≥15％，﹣60℃V型冲击功≥100J；同时焊接冷裂纹敏感性Pcm≤0.29％。
2.根据权利要求1所述的不大于60mm厚1000MPa级水电用钢板的DQ-T方法，其特征在于，步骤(4)中所述平整为一道次平整。
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