CN101476080B - 一种低焊接裂纹敏感性调质高强钢度板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种低焊接裂纹敏感性调质高强度钢板及其制造方法，属于低合金钢制造技术领域。钢板化学成分按质量百分数为：0.07～0.09％C、0.20～0.40％Si、1.20～1.40％Mn、0.02～0.05％Alt、0.30～0.50％Ni、0.10～0.20％Mo、0.04～0.06％V、0.01～0.02％Ti，余量为Fe及不可避免的夹杂；组织为回火屈氏体和回火索氏体。轧制时采用奥氏体完全再结晶区进行轧制，与两阶段或三阶段轧制相比具有以下优点：省略待温阶段，可保证钢板轧制的连续性，在简化工艺的基础上大大缩短块钢的轧制时间；仅在高温区轧制，降低了轧制设备能力的要求，同时缩短钢板高温时的在辊时间；轧制后得到的室温组织为钢板经调质后获得均匀的组织提供合适的组织基础。
Description
技术领域
本发明属于低合金钢制造技术领域，特别是涉及一种低焊接裂纹敏感性调质高强度钢板及其制造方法。
背景技术
目前，国内外具有低焊接裂纹敏感性的压力容器用高强度钢板均采用调质状态交货。国内以调质状态交货的钢板其轧制阶段一般采用奥氏体完全再结晶区与奥氏体未再结晶区进行轧制。对于采用离线调质热处理来说，在成分基本保持不变的条件下，调质前的组织结构对最终的组织性能及其均匀性有一定程度的影响，但决定钢板最终组织性能的关键参数应是调质工艺参数。采用现有的两阶段甚至三阶段的轧制工艺，其轧制过程中不可避免要经历较长的待温时间，延长了钢板高温阶段的在辊时间，即使采用多块钢轧制，轧机的有效利用率也不高，其繁杂的劳动给操作工也带来了巨大压力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低焊接裂纹敏感性调质高强度钢板及其制造方法，该钢板具有良好的强韧性匹配的低焊接裂纹敏感性，生产方法简单，适合大生产操作。本发明的具体方案适合于采用离线热处理生产的厚度规格12～30mm的钢板。
本发明钢板化学成分(按重量百分比)为：C 0.07～0.09％、Si 0.20～0.40％、Mn1.20～1.40％、Alt 0.02～0.05％、Ni 0.30～0.50％、Mo 0.10～0.20％、V 0.04～0.06％、Ti 0.01～0.02％，其余为Fe及不可避免的夹杂。经控轧后得到的是铁素体和珠光体、甚至有少量的贝氏体组织；经调质热处理后得到的是回火屈氏体及回火索氏体组织。
另外，本发明的钢板化学成分还必须满足：
Pcm＝C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B≤0.21％；
Ceq＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14≤0.42％。
本发明中各合金元素的选择及限定量的理由详述如下：
本发明的C含量选择在0.07～0.09％，C的加入其作用是多方面的。在亚共析钢范围内，随着碳含量的增加，钢的淬透性和淬硬性均提高，钢的抗拉强度和屈服强度也会提高而延伸率和缺口冲击韧性下降。在焊接C含量较高的钢材时，在焊接热影响区易出现淬硬现象，这将加剧焊接时产生冷裂纹的倾向。为使钢板具有低的焊接裂纹敏感性，钢中碳含量应不大于0.09％。为保证在具有低焊接裂纹敏感性的同时提高钢板的强度及淬透性，适宜的碳含量应处于0.07～0.09％范围内。
本发明的Si含量选择在0.20～0.40％，Si以固溶强化形式提高钢的强度，含量不可过高，过高的Si含量对于钢材的韧性不利。
本发明的Mn含量选择在1.20～1.40％，当C含量较低时，钢中以廉价Mn起到的固溶强化作用显得尤为重要。Mn含量过高使焊接裂纹敏感性变坏，同时由于带来过大的淬透性使母材韧性和接头韧性变差。
Ni作为弱固溶强化元素对钢板的冲击韧性和脆性转化温度具有良好的影响。钢中加入Ni，无论是基材，还是模拟焊接热影响区都提高了低温韧性。含量过高时，造成钢板氧化铁皮难以脱落。本发明控制Ni在0.3～0.5％范围内。
Mo是生产调质钢时不可缺少的重要元素之一。Mo在钢中的主要作用包括提高钢板淬透性，降低钢板的回火脆性，以及在回火加热及回火过程中析出的Mo2C起到了析出强化的作用。Mo作为贵重的合金元素其加入量不宜过多。本发明控制Mo在0.1～0.2％范围内。
V由于其具有较低的完全固溶温度，可在淬火保温过程中完全固溶，有利于钢板在回火过程中析出V的碳氮化物起到弥散强化的作用。弥散强化的同时必定要降低钢板的塑韧性，本发明V控制在0.04～0.06％。
加入微量的Ti，与钢中的N形成TiN，部分凝固状态下析出的TiN可阻止钢坯在加热、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。
钢中杂质元素的控制应越少越好，通过提高钢质的纯净度有利于提高钢板的冲击韧性和韧脆转变温度以及提高延伸率。本发明控制钢中的P≤0.015％，S≤0.010％。
同时，本发明的技术方案还在于提供了一种低焊接裂纹敏感性钢板轧制及热处理阶段的生产方法，包括以下步骤：
(1)加热工艺：为保证奥氏体晶粒细小的前提下使合金元素充分固溶，选择的加热温度为1200-1250℃，保温时间1.5～2.5h。
(2)轧制工艺：钢坯在奥氏体完全再结晶区进行轧制，开轧温度为1100-1150℃，终轧温度980～1020℃，此阶段各道次压下率为10～25％，累计压下率≥60％。通过控制轧制节奏，确保终轧温度落入980～1020℃。轧制结束后的钢板采用空冷。经控轧后得到的是铁素体和珠光体、甚至有少量的贝氏体组织。
(3)热处理工艺：淬火温度为910～960℃，保温时间为30～35min+板厚(mm)×1.2min/mm；回火温度为620～680℃，保温时间为40～45min+板厚(mm)×1.2min/mm，出炉后空冷。经调质热处理后得到的是回火屈氏体及回火索氏体组织。
本发明与两阶段或三阶段轧制相比具有以下优点：
(1)省略待温阶段，可保证钢板轧制的连续性，在简化工艺的基础上大大缩短块钢的轧制时间；
(2)仅在高温区轧制，降低了轧制设备能力的要求，同时缩短钢板高温时的在辊时间；
(3)轧制后得到的室温组织为钢板经调质后获得均匀的组织提供合适的组织基础。
本发明的钢板具有良好的强韧性匹配，也完全满足低焊接裂纹敏感性钢的设计要求，因此焊接性能优良，可达到焊前不预热、焊后不热处理的要求。本发明轧制阶段采用一阶段轧制的工艺进行生产，大大简化了生产工序，缩短生产周期，提高生产效率，适合大批量生产。
具体实施方式
本发明的低合金高强钢板材的实际成分(按重量百分比)为：C 0.08％、Si 0.20％、Mn 1.20％、P 0.007％、S 0.0027％、Ni 0.45％、Ti 0.015％、Mo 0.123％、V 0.057％、Pcm为0.13％、Ceq为0.33％，轧成12mm的钢板。其力学性能：屈服强度546MPa，抗拉强度640MPa，δ5为24％，-40℃横向冲击功160J。
本发明的生产方法如下：加热温度1200-1250℃，开轧温度为1100℃，终轧温度985℃，轧后空冷。相应的变形制度为80→58→42→30→22→16→12mm。调质工艺条件是：淬火温度为940℃，保温时间为45min；回火温度为640℃，保温时间为55min，出炉后空冷。
Claims (1)
1.一种低焊接裂纹敏感性调质高强钢板的制备方法，其特征在于，制备工艺步骤为：
(1)加热温度为1200-1250℃，保温时间1.5-2.5h；
(2)轧制工艺：钢坯在奥氏体完全再结晶区进行轧制，开轧温度为1100-1150℃，终轧温度980～1020℃，此阶段各道次压下率为10～25％，累计压下率≥60％；通过控制轧制节奏，确保终轧温度落入980～1020℃；轧制结束后的钢板采用空冷；经控轧后得到的是铁素体和珠光体、甚至有少量的贝氏体组织；
(3)热处理工艺：淬火温度为910～960℃，保温时间为30～35min+板厚mm×1.2min/mm；回火温度为620～680℃，保温时间为40～45min+板厚mm×1.2min/mm，出炉后空冷；经调质热处理后得到的是回火屈氏体及回火索氏体组织；
所述钢板的原料化学成分重量配比为：C 0.07～0.09wt％、Si 0.20～0.40wt％、Mn 1.20～1.40wt％、Alt 0.02～0.05wt％、Ni 0.30～0.50wt％、Mo 0.10～0.20wt％、V 0.04～0.06wt％、Ti 0.01～0.02wt％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
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