CN112593158B - 690MPa耐低温超高强耐候钢板及制备方法 - Google Patents

690MPa耐低温超高强耐候钢板及制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供了一种690MPa耐低温超高强耐候钢板及制备方法，690MPa耐低温超高强耐候钢板以质量百分数计其成分包括：碳0.12～0.14％，硅0.2～0.30％，锰1.05～1.25％，硫≤0.015％，磷≤0.018％，铌0.020～0.035％，钛0.015～0.025％，铬0.40～0.5％，镍0.2～0.4％，铜0.20～0.35％，钼0.2～0.25％，酸溶铝0.015～0.035％，锑0.03～0.05％，氮≤0.00060％，氧≤0.00015％，氢≤0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。通过与成分相匹配制备工艺使得钢板在复杂气候环境下耐低温耐候效果好，且力学性能优良。

Description

690MPa耐低温超高强耐候钢板及制备方法
技术领域
本申请属于钢铁冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种690MPa耐低温超高强耐候钢板及制备方法。
背景技术
针对我国跨区域湿热、干燥、大气、工业污染多样性环境特点。重大工程和高端工程机械制造需要耐低温冲击的690MPa级超高强耐候钢。如铁路车辆、桥梁服役中受大气环境腐蚀，面临严重的大气腐蚀问题。因此亟需提供一种690MPa耐低温超高强耐候钢板。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种690MPa耐低温超高强耐候钢板及制备方法，以解决现有技术中重大工程和高端工程机械的耐低温超高强耐候的技术问题。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种690MPa耐低温超高强耐候钢板，以质量百分数计其成分包括：
碳0.12～0.14％，硅0.2～0.30％，锰1.05～1.25％，硫≤0.015％，磷≤0.018％，铌0.020～0.035％，钛0.015～0.025％，铬0.40～0.5％，镍0.2～0.4％，铜0.20～0.35％，钼0.2～0.25％，酸溶铝0.015～0.035％，锑0.03～0.05％，氮≤0.00060％，氧≤0.00015％，氢≤0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述690MPa耐低温超高强耐候钢板的组织为回火马氏体和奥氏体组织，所述回火马氏体组织的体积百分比为70～85％，所述奥氏体组织的体积百分比为15～30％。
可选地，以质量百分数计其成分包括：
碳0.12～0.14％，硅0.2～0.30％，锰1.05～1.25％，硫≤0.015％，磷≤0.018％，铌0.020～0.035％，钛0.015～0.025％，铬0.40～0.5％，镍0.2～0.4％，铜0.20～0.35％，钼0.2～0.25％，酸溶铝0.015～0.035％，锑0.03～0.05％，氮≤0.00060％，氧≤0.00015％，氢≤0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述回火马氏体组织的体积百分比为70～85％，所述奥氏体组织的体积百分比为15～30％。
可选地，所述690MPa耐低温超高强耐候钢板的耐大气腐蚀指数I＞6.6，屈服强度大于690MPa，抗拉强度大于770MPa，-60℃冲击功＞120J，腐蚀失重为0.002g/(m2·h)。
本发明还提供了一种上述的690MPa耐低温超高强耐候钢板的制备方法，包括以下步骤：
将成分如上述的板坯加热后依次进行粗轧、精轧、层流冷却、卷曲、淬火和回火得到所述的690MPa耐低温超高强耐候钢板；
所述粗轧的开轧温度为1150～1180℃，终轧温度为1080～1000℃，所述精轧的开轧温度为1060～980℃，终轧温度为880～840℃；所述层流冷却的冷却速度为20～30℃/s，终冷至610～570℃卷取。
可选地，所述淬火步骤为在850±10℃进行固溶30分钟，采用水淬冷却；回火温度为630±10℃。
可选地，所述板坯加热温度为1220～1260℃，加热时间为150～250min，固溶时间大于30min。
可选地，所述粗轧为单机架进行5道次粗轧，所述精轧为7道次精轧。
可选地，所述板坯的制备方法包括KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理和连铸步骤。
可选地，当所述KR脱硫中硫含量脱至0.010％以下时，铁水进炉；
所述转炉冶炼后经过钢包吹氩，氩站终点控制温度大于1535℃；
所述LF精炼的进站温度大于1522℃，LF出站温度为1585～1620℃，精炼时间40～45分钟，炉精炼及成分微调至目标成分，钢水温度大于1538℃转入RH进行真空处理；
RH真空处理的真空度≤67MPa，RH循环时间22～30min。
可选地，所述连铸的拉速为0.9～1.1m/min，铸坯采用轻压下模式。
本申请实施例提供的690MPa耐低温超高强耐候钢板，在添加铬、镍、钼、铜提升耐候性元素的基础上，添加微量锑元素，并优化各元素组成。通过与成分相匹配制备工艺使得钢板在复杂气候环境下耐低温耐候效果好，且力学性能优良。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的690MPa耐低温超高强耐候钢淬火态组织图；
图2为本申请实施例提供的690MPa耐低温超高强耐候钢回火态组织图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1～2所示，本申请实施例提供的提供一种690MPa耐低温超高强耐候钢板，以质量百分数计其成分包括：
碳0.12～0.14％，硅0.2～0.30％，锰1.05～1.25％，硫≤0.015％，磷≤0.018％，铌0.020～0.035％，钛0.015～0.025％，铬0.40～0.5％，镍0.2～0.4％，铜0.20～0.35％，钼0.2～0.25％，酸溶铝0.015～0.035％，锑0.03～0.05％，氮≤0.00060％，氧≤0.00015％，氢≤0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
690MPa耐低温超高强耐候钢板的组织为回火马氏体和奥氏体组织，回火马氏体组织的体积百分比为70～85％，奥氏体组织的体积百分比为15～30％。
本发明中各成分的含量及作用分别为：
碳：本发明中碳含量选择在0.12～0.14％，碳是提高钢的强度的有效的经济元素，当碳含量高于0.12％时，会形成板条马氏体，保证强度性能，过高的碳含量会降低低温韧性和恶化焊接性能和耐腐蚀性能。碳含量控制在0.12～0.14％。
硅：硅在冶炼过程中可以脱氧，但其含量过高会影响焊接性和韧性，其含量控制在0.2～0.3％。
锰：高锰有利于细化马氏体板条，对强度和韧性可以实现双向提高，其含量控制在1.05～1.25％。
硫：硫在钢中易形成MnS夹杂，MnS夹杂对冲击韧性、耐蚀性能、焊接性能均有害，故其含量为≤0.0015％的范围。
磷：过高的磷会产生晶界偏聚，增加钢的脆性，少量的磷可以钢的耐候性能，磷含量控制在小于0.018％。
铌：铌是碳化物形成元素，能够提高奥氏体再结晶温度，奥氏体可以在更高的轧制温度下进行轧制。此外，Nb在控制轧制连续冷却过程中的析出强化用用，通过Nb的碳氮化物的应变诱导析出可以阻止原始奥氏体晶粒粗化，细化奥氏体晶粒并提高强度及低温韧性。过高的Nb难以控制屈强比，过低的Nb细晶效果不明显，因此铌含量控制在0.020～0.035％。
钛：在连铸凝固过程中，钛与氮结合形成TiN，减少氮对硼的影响，TiN的存在可以抑制焊接热影响区晶粒的粗化，钛的含量为0.015～0.025％。
铝：铝与少量的硼有利于促进针状铁素体的形成，但是过高的铝会损害钢的韧性，其含量控制为0.015～0.035％。
铬：含量大于0.2％的铬可以提高耐蚀性能，同时增强钢的液透性，促进针板条马氏体的生成，提升强度性能，过高的Cr含量则易增加焊接难度。小于0.35％不能有效的发挥其作用，铬含量控制在0.4～0.5％，可以保证耐蚀性能和强韧性能的配合。
铜：添加0.20～0.35％的铜可以增加耐蚀性能，同时改善钢的淬透性，明显提高钢板的心部强度和厚度方向的组织均匀性。
镍：0.2～0.4％可以增强钢基体的淬透性，可以降低含铜钢的铜脆引起的网裂，还能显著地改善母材的焊接HAZ的低温韧性。
钼：Mo可以提高微合金碳氮化物的热稳定性，可以降低钢板在火焰切割和焊接过程中不均匀受热产生变形，保证构件的精度。降低热加工过程中组织的不均匀问题。钼的含量控制为0.2～0.25％左右。
锑：锑是提高钢在酸性环境中耐蚀性效果最显著的化学元素，对于工业污染严重的环境造成的酸雨条件，Sb明显提高钢的耐腐蚀性能。但是Sb属于对钢的强度、韧性、塑性和焊接性有不利影响的元素。Sb添加在金属表面可以在腐蚀介质中形成Sb2O5，稳定性比钢基体更高，有利于阻碍金属基体受到腐蚀介质的进一步腐。在本发明中，锑的含量控制在0.03～0.05％有良好的耐蚀性能，同时不损伤强韧性。
氮、氧、氢等气体元素对钢的韧性极为不利，应严格控制，氮≤0.00060％,氧≤0.00015％,氢≤0.0015％。
回火马氏体组织的体积百分比为70～85％，奥氏体组织的体积百分比为15～30％。马氏体基体提供高的强度性能，奥氏体提供良好的韧性，保证低温冲击韧性。
本申请实施例提供的690MPa耐低温超高强耐候钢板，在添加铬、镍、钼、铜提升耐候性元素的基础上，添加微量锑元素，并优化各元素组成。通过与成分相匹配制备工艺使得钢板在复杂气候环境下耐低温耐候效果好，且力学性能优良。
可选地，以质量百分数计其成分包括：
碳0.12～0.14％，硅0.2～0.30％，锰1.05～1.25％，硫≤0.015％，磷≤0.018％，铌0.020～0.035％，钛0.015～0.025％，铬0.40～0.5％，镍0.2～0.4％，铜0.20～0.35％，钼0.2～0.25％，酸溶铝0.015～0.035％，锑0.03～0.05％，氮≤0.00060％，氧≤0.00015％，氢≤0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
回火马氏体组织的体积百分比为70～85％，奥氏体组织的体积百分比为15～30％。
可选地，690MPa耐低温超高强耐候钢板的耐大气腐蚀指数I＞6.6，屈服强度大于690MPa，抗拉强度大于770MPa，-60℃冲击功＞120J，腐蚀失重为0.002g/(m2·h)。
本发明还提供了一种上述的690MPa耐低温超高强耐候钢板的制备方法，包括以下步骤：
将成分如上述的板坯加热后依次进行粗轧、精轧、层流冷却、卷曲、淬火和回火得到的690MPa耐低温超高强耐候钢板；
粗轧的开轧温度为1150～1180℃，终轧温度为1080～1000℃，精轧的开轧温度为1060～980℃，终轧温度为880～840℃；层流冷却的冷却速度为20～30℃/s，终冷至610～570℃卷取。
板坯可采用多种方法制备得到，如冶炼、精炼、连铸得到板坯。板坯的成分为碳0.12～0.14％，硅0.2～0.30％，锰1.05～1.25％，硫≤0.015％，磷≤0.018％，铌0.020～0.035％，钛0.015～0.025％，铬0.40～0.5％，镍0.2～0.4％，铜0.20～0.35％，钼0.2～0.25％，酸溶铝0.015～0.035％，锑0.03～0.05％，氮≤0.00060％，氧≤0.00015％，氢≤0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
板坯加热后依次进行粗轧、精轧、层流冷却、卷曲、淬火和回火得到的690MPa耐低温超高强耐候钢板。
热轧是以金属形变、相变等工艺为基础，在规定的形变量、温度条件下完成固溶强化、沉淀强化、位错强化、细化强化等硬化措施，获得综合性能优异的钢板。减少贵重合金的使用，降低制造成本，充分利用连轧机组轧制和热处理控制能力采用控制轧制和加速冷却的方式生产，通过高温奥氏体区形变再结晶、低温奥氏体未再结晶区的变形以及轧后的加速冷却来获得合适尺寸的晶粒。
在钢板卷曲之后，还可包括钢卷堆冷、横切开平，然后再进行淬火和回火，得到690MPa耐低温超高强耐候钢板后，可进行探伤，检验合格后入库。
可选地，淬火步骤为在850±10℃进行固溶30min，采用水淬冷却；回火温度为630±10℃。850±10℃处于奥氏体和铁素体双相区，在亚温区淬火可以保留一定量的铁素体，保证较低的屈强比。630±10℃回火，析出第二相碳化物提高屈服强度。
本实施例的钢板在的热处理工艺采用淬火+回火的调质工艺。在850±10℃进行固溶30分钟，保证组织奥氏体化，采用水淬冷却，水淬获取全马氏体组织。回火温度在630±10℃进行高温回火，淬火态的马氏体基体分解为逆转变奥氏体组织，逆转变奥氏体组织体积分数15～30％，分割晶粒为若干小空间实现韧化基体的目的，在基体间析出大量的NbC和富Cu强化相保证高的强度性能。
可选地，板坯加热温度为1220～1260℃，加热时间为150～250min，固溶时间为30min，确保板坯中的合金元素全部固溶。
可选地，粗轧为单机架进行5道次粗轧，精轧为7道次精轧。
可选地，板坯的制备方法包括KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理和连铸步骤。
可选地，当KR脱硫中硫含量脱至0.010％以下时，铁水进炉；
转炉冶炼后经过钢包吹氩，氩站终点控制温度大于1535℃；
LF精炼的进站温度大于1522℃，LF出站温度为1585～1620℃，精炼时间40～45分钟，炉精炼及成分微调至目标成分，钢水温度大于1538℃转入RH进行真空处理；
RH真空处理的真空度≤67MPa，RH循环时间22～30min。
可选地，连铸的拉速为0.9～1.1m/min，铸坯采用轻压下模式。
本申请实施例的690MPa耐低温超高强耐候钢板制备方法，包括冶炼、精炼、轧制、控制冷却、调质热处理。其关键控制要点为：
KR脱硫：硫含量脱至0.010％以下，铁水才可以进炉。
转炉冶炼：转炉冶炼后经过钢包吹氩，氩站终点控制温度大于1535℃。
LF精炼：进站温度大于1522℃，LF出站1585～1620℃，精炼时间40～45分钟，炉精炼及成分微调至目标成分，钢水温度大于1538℃转入RH进行真空处理。
RH真空处理:真空度要求≤67MPa，RH循环时间22～30min。
连铸：连铸拉速控制在0.9～1.1m/min，铸坯采用轻压下模式。
铸坯堆冷至室温、板坯装炉加热、进入单机架进行5道次粗轧，再经7道次粗轧机组轧制，轧后进入层流冷却***进行组织控制。
板坯加热温度为1220～1260℃，要求加热时间为150～250min，固溶时间为30min。
所述热机械控轧控冷工序为：粗轧开轧温度为1150～1180℃，粗轧终轧温度为1080～1000℃，精轧开轧温度为1060～980℃，轧终轧为880～840℃，粗轧终轧后层流冷却，冷却速度为20～30℃/s，终冷至610～570℃卷取。
实施例
将相应的铁水以KR脱硫当硫含量脱至0.010％以下，后经210吨转炉冶炼，再经过钢包吹氩、LF炉精炼、RH真空处理和连铸成230mm板坯。
其中：转炉冶炼：转炉冶炼后经过钢包吹氩，氩站终点控制温度大于1535℃。LF精炼：进站温度大于1522℃，LF出站1585～1620℃，精炼时间40～45分钟，炉精炼及成分微调至目标成分，钢水温度大于1538℃转入RH进行真空处理。RH真空处理:真空度要求≤67MPa，RH循环时间22～30min。
各实施例由于铁水中的成分差异，相应的板坯的化学成分相应有所不同，具体见表1。
将铸坯堆冷48小时、板坯再加热、经5道次粗轧，经7机架2250连轧机
Figure BDA0002831192760000091
组进行热机械控轧和控制冷却。热轧卷厚度规格为8mm，10mm和12mm。
实施例采用具体加热工艺为1220～1260℃，加热在炉时间180～240min，第一阶段为粗轧，开轧温度为1100～100℃；第二阶段为精轧，开轧温度1080～1020℃，轧后用ACC控制冷却对钢带进行冷却，卷取温度为580±15℃。各实施例的具体控轧控冷工艺参数见表2。
Figure BDA0002831192760000092
将钢卷进行堆冷，横切开平后，进行淬火和回火，得到690MPa耐低温超高强耐候钢板。本钢种在的热处理工艺采用淬火+回火的调质工艺。在850±10℃进行固溶30分钟，保证组织奥氏体化，采用水淬冷却，水淬获取全马氏体组织。对实施例1～3的淬火后的钢卷取样进行金相测试，金相图如图1所示,基体组织为淬火马氏体。
回火温度在630±10℃进行高温回火，淬火态的马氏体基体分解为逆转变奥氏体组织，逆转变奥氏体组织体积分数大于25％，分割晶粒为若干小空间实现韧化基体的目的，在基体间析出大量的NbC和富Cu强化相保证高的强度性能。对实施例1～3的回火后的钢卷取样进行金相测试，金相图如图2所示，主要为回火马氏体和逆转变奥氏体组织。
取各实施例的690MPa耐低温超高强耐候钢板进行力学性能测试。各实施例及对比例(工程机械用钢LG700QT)的具体力学性能见表3。
Figure BDA0002831192760000101
本发明实施例所涉及的耐低温超高强耐候钢板满足大于690MPa，抗拉强度大于770MPa。断后延伸率大于14％，屈强比小于0.93，-60℃冲击功大于120J。各项指标均满足GB714-2015，且均有富余。
周期浸润试验结果：
取实施例1～3的690MPa耐低温超高强耐候钢板以及对比钢种LG700QT在0.01mol/L NaHSO3，PH4～5的酸性环境中浸泡结果如下：
编号 144小时失重(g·m<sup>-2</sup>) 144小时相对腐蚀速率
实施例1 0.263 37.6％
实施例2 0.248 36.2％
实施例3 0.253 36.8％
对比例1 0.355 42.5％
本申请实施例1～3的690MPa耐低温超高强耐候钢板的144小时失重率，相比Q450NQR1具有良好的耐蚀性。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种690MPa耐低温超高强耐候钢板，其特征在于，以质量百分数计其成分包括：
碳0.12～0.14％，硅0.2～0.30％，锰1.05～1.25％，硫≤0.015％，磷≤0.018％，铌0.020～0.035％，钛0.015～0.025％，铬0.40～0.5％，镍0.2～0.4％，铜0.20～0.35％，钼0.2～0.25％，酸溶铝0.015～0.035％，锑0.03～0.05％，氮≤0.00060％，氧≤0.00015％，氢≤0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述690MPa耐低温超高强耐候钢板的组织为回火马氏体和奥氏体组织，所述回火马氏体组织的体积百分比为70～85％，所述奥氏体组织的体积百分比为15～30％；
所述690MPa耐低温超高强耐候钢板的屈服强度大于690MPa，抗拉强度大于770MPa，屈强比小于0.93，-60℃冲击功大于120J。
2.根据权利要求1所述的690MPa耐低温超高强耐候钢板，其特征在于，以质量百分数计其成分包括：
碳0.13％，硅0.25％，锰1.15％，硫≤0.010％，磷≤0.010％，铌0.025％，钛0.020％，铬0.45％，镍0.30％，铜0.30％，钼0.22％，酸溶铝0.030％，锑0.03～0.05％，氮≤0.00060％，氧≤0.00015％，氢≤0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述回火马氏体组织的体积百分比为70～85％，所述奥氏体组织的体积百分比为15～30％。
3.根据权利要求1或2所述的690MPa耐低温超高强耐候钢板，其特征在于，所述690MPa耐低温超高强耐候钢板的耐大气腐蚀指数I＞6.6，腐蚀失重为0.002g/(m2·h)。
4.一种权利要求1～3中任一项所述的690MPa耐低温超高强耐候钢板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将成分如权利要求1～3中任一项所述的板坯加热后依次进行粗轧、精轧、层流冷却、卷曲、淬火和回火得到所述的690MPa耐低温超高强耐候钢板；
所述粗轧的开轧温度为1150～1180℃，终轧温度为1080～1000℃，所述精轧的开轧温度为1060～980℃，终轧温度为880～840℃；所述层流冷却的冷却速度为20～30℃/s，终冷至610～570℃卷取。
5.根据权利要求4所述的690MPa耐低温超高强耐候钢板的制备方法，其特征在于，所述淬火步骤为在850±10℃进行固溶35±5min，采用水淬冷却；回火温度为630±10℃。
6.根据权利要求4所述的690MPa耐低温超高强耐候钢板的制备方法，其特征在于，所述板坯加热温度为1220～1260℃，加热时间为150～250min，固溶时间大于30min。
7.根据权利要求4所述的690MPa耐低温超高强耐候钢板的制备方法，其特征在于，所述粗轧为单机架进行5道次粗轧，所述精轧为7道次精轧。
8.根据权利要求4所述的690MPa耐低温超高强耐候钢板的制备方法，其特征在于，所述板坯的制备方法包括KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理和连铸步骤。
9.根据权利要求8所述的690MPa耐低温超高强耐候钢板的制备方法，其特征在于，当所述KR脱硫中硫含量脱至0.010％以下时，铁水进炉；
所述转炉冶炼后经过钢包吹氩，氩站终点控制温度大于1535℃；
所述LF精炼的进站温度大于1522℃，LF出站温度为1585～1620℃，精炼时间40～45分钟，炉精炼及成分微调至目标成分，钢水温度大于1538℃转入RH进行真空处理；
RH真空处理的真空度≤67MPa，RH循环时间22～30min。
10.根据权利要求8所述的690MPa耐低温超高强耐候钢板的制备方法，其特征在于，所述连铸的拉速为0.9～1.1m/min，铸坯采用轻压下模式。
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