CN103014545A

CN103014545A - 一种屈服强度900MPa级高强度钢板及其制造方法

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Publication number: CN103014545A
Application number: CN2011102889647A
Authority: CN
Inventors: 张爱文; 焦四海; 袁向前
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: CN103014545B

Abstract

本发明涉及一种高强度钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.07-0.11％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.0-1.4％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.02-0.04％，Ti：0.01-0.03％，N≤0.006％，Ca≤0.005％，以及Cr≤0.70％，Ni≤0.30％，Mo≤0.30％中的1种以上，余量为铁和不可避免杂质。其制造方法包括：连铸坯或钢坯于1100-1250℃加热后进行一道次或多道次轧制，总压下率不低于70％；终轧温度不低于860℃；轧后钢板以马氏体的临界冷速Vmin至50℃/s的冷却速度快速水冷至220-260℃温度区间，再空冷5-60s；钢板进入在线感应加热炉以1-10℃/s的速度快速加热至480-520℃回火15-25s，然后出炉空冷。得到的6-25mm厚钢板的屈服强度≥900MPa，延伸率A₅₀≥18％，-60℃的A_kv≥150J，冷弯性能优良。

Description

一种屈服强度900MPa级高强度钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种高强度钢板，具体地涉及一种屈服强度在900MPa以上的高强度钢板及其制造方法。本发明钢板具有较好的低温韧性，适合作为汽车、工程机械等高强度耐冲击的结构件的高屈服强度钢板。

背景技术

低合金高强度钢作为一种重要的钢铁材料，被广泛应用于汽车、矿山机械、工程机械、农业机械及铁路运输等部门。随着我国工业的飞速发展，各类机械设备的复杂化、大型化及轻量化对该类钢提出了更高的要求，即用于制造这些设备的低合金高强度钢板不但要求具有更高的硬度、强度，而且还要求良好的韧性及成型性能。

传统工艺在生产低合金高强度钢板时，多添加较多的Cu、Ni、Cr和Mo等贵重合金元素，成本较高。

目前在屈服强度900MPa以上高强度钢领域已有一些相关产品和专利申请。

CN1840724A公开了960MPa以上高强度钢板，采用TMCP轧制，轧后水冷至Ms～Ms+100℃，然后离线重新加热至350-550℃回火，工序时间长，成本高，且添加的合金元素也较多，成本上没有优势，而且其低温冲击韧性不高，实物-40℃的A_kv仅33-50J。

因此，目前的低合金900MPa级高强度钢板还不能完全满足高低温韧性的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种屈服强度900MPa级高强度钢板，特别是6-25mm厚钢板。

为实现上述目的，本发明的高强度钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.07-0.11％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.0-1.4％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.02-0.04％，Ti：0.01-0.03％，N≤0.006％，Ca≤0.005％，以及Cr≤0.70％，Ni≤0.30％，Mo≤0.30％中的1种以上，余量为铁和不可避免杂质。

优选地，C：0.071-0.0109％。

优选地，Si：0.15-0.34％。

优选地，Mn：1.1-1.4％。

优选地，P≤0.010％。

优选地，S≤0.005％。

优选地，Al：0.021-0.039％。

优选地，Ni：0.10-0.25％。

优选地，Cr：0.40-0.66％。

优选地，Mo：0.10-0.30％，更优选0.12-0.25％。

优选地，Ti：0.010-0.020％。

优选地，Ca≤0.004％，更优选为≤0.003％。

优选地，N≤0.004％，更优选为≤0.003％。

本发明中，除非另有指明，含量均指重量百分比含量。

本发明钢板的组织为回火马氏体和碳化物。

本发明的另一个目的在于提供上述高强度钢板的制造方法，该方法包括：

钢水经真空脱气处理后进行连铸或模铸，模铸后需经初轧成钢坯；

连铸坯或钢坯于1100-1250℃加热后进行一道次或多道次轧制，总压下率不低于70％；终轧温度不低于860℃；

轧后钢板以Vmin至50℃/s的冷却速度快速水冷至220-260℃温度区间，再空冷5-60s；其中Vmin是获得马氏体的临界冷速，按照LogVmin＝2.94-0.75P计算，P是硬化指数，按照P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.45Ni+0.8Cr+0.45Cu+2Mo计算。

钢板进入在线感应加热炉以1-10℃/s的速度快速加热至480-520℃回火15-25s，然后出炉空冷。

优选地，终轧温度为860-900℃。

优选地，轧后钢板以15-50℃/s的冷却速度快速水冷至220-260℃温度区间，再空冷5-60s。

本发明通过合适的成分设计、板坯加热、控制轧制、轧后快速冷却和自回火，使钢板实现细晶强化、相变强化和析出强化，提高了钢板的强度和硬度，使其具有很高的低温韧性，组织呈现为回火低碳马氏体(可能还含有少量残余奥氏体)。本发明的6-25mm厚钢板屈服强度≥900MPa，延伸率≥18％，-60℃的A_kv≥150J，冷弯性能优良，能够满足汽车、工程机械等行业对高强度钢板的较高要求。

附图说明

图1是本发明实施例1的6mm厚钢板的金相组织。

图2是本发明实施例5的25mm厚钢板的金相组织。

具体实施方式

以下通过结合实施例对本发明的特点和效果进行较为详细的说明。

为实现本发明的提供屈服强度900MPa级高强度钢板，特别是6-25mm厚钢板，对主要化学成分进行如下控制：

碳：确保钢板强度的关键元素。对于要获得组织为大部分马氏体的钢板而言，碳是最重要的元素，其可以显著提高钢板的淬透性。由于碳在奥氏体中有较高的溶解度，可以使奥氏体保持较高的稳定性，降低钢的Ms点，利于获得一定量的残余奥氏体。同时碳含量的提高能使强度和硬度上升，塑性下降。所以如果钢板既要获得高硬度，又要具备一定的韧性，那么碳含量必须综合考虑。对于本发明的屈服强度900MPa强度级别而言，0.07-0.11％的碳是合适的。优选地，本发明的钢中C含量为0.071-0.109％。

硅：钢中加硅能提高钢质纯净度和脱氧。硅在钢中起固溶强化作用，其在奥氏体中的溶解度较大，提高硅含量有利于提高钢的强度和硬度，同时硅能促进相变时的排碳，使碳富集到残余奥氏体中使之稳定，配合轧后冷却工艺能使钢的塑型韧性有所提高。但硅含量过高会使钢板加热时的氧化皮粘度较大，出炉后除鳞困难，导致轧后钢板表面红色氧化皮严重，表面质量较差。且高硅不利于焊接性能。综合考虑硅各方面的影响，本发明硅含量为0.10-0.35％，优选地为0.13-0.34％。

锰：锰稳定奥氏体组织，其能力仅次于合金元素镍，是廉价的稳定奥氏体与强化合金元素，同时锰增加钢的淬透性，降低马氏体形成的临界冷速。但锰具有较高的偏析倾向，所以其含量不能太高，一般低碳微合金钢中锰含量不超过2.0％。锰的加入量主要取决于钢的强度级别。本发明锰的含量应控制在1.0-1.4％。锰在钢中还和铝一起共同起到脱氧的作用。优选地，本发明中优选锰含量为1.1-1.4％。

硫和磷：硫在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，因此硫的含量应尽可能地低。磷也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性。对于本发明而言，硫和磷均是不可避免的杂质元素，应该越低越好，考虑到钢厂实际的炼钢水平，本发明要求P≤0.010％、S≤0.005％。

铝：强脱氧元素。为了保证钢中的氧含量尽量地低，铝的含量控制在0.02-0.04％。脱氧后多余的铝和钢中的氮元素能形成AlN析出物，提高强度并且在热处理加热时能细化钢的元素奥氏体晶粒度。优选地，本发明中铝含量为0.021-0.039％。

钛：钛是强碳化物形成元素，钢中加入微量的Ti有利于固定钢中的N，形成的TiN能使钢坯加热时奥氏体晶粒不过分粗大，细化原始奥氏体晶粒度。钛在钢中还可分别与碳和硫化合生成TiC、TiS、Ti₄C₂S₂等，它们以夹杂物和第二相粒子的形式存在。本发明中钛含量控制在0.010-0.030％，优选为0.010-0.020％。

铬：铬提高钢的淬透性，增加钢的回火稳定性。铬在奥氏体中溶解度很大，稳定奥氏体，淬火后在马氏体中大量固溶，并在随后的回火过程中会析出Cr₂₃C₇、Cr₇C₃等碳化物，提高钢的强度和硬度。为了保持钢的强度级别，铬可以部分代替锰，减弱高锰的偏析倾向。本发明可添加不大于0.70％的铬，优选地，Cr：0.40-0.66％。

镍：稳定奥氏体的元素，对提高强度没有明显的作用。钢中加镍尤其是在调质钢中加镍能大幅提高钢的韧性尤其是低温韧性，同时由于镍属于贵重合金元素，所以本发明可添加不超过0.30％的镍元素，优选地，Ni：0.10-0.25％。

钼：钼能显著地细化晶粒，提高强度和韧性。钼能减少钢的回火脆性，同时回火时还能析出非常细小的碳化物，显著强化钢的基体。由于钼是非常昂贵的战略合金元素，所以本发明中仅添加不超过0.30％的钼。优选地，Mo：0.10-0.30％，更优选0.12-0.25％。

钙：本发明中加钙主要是改变硫化物形态，改善钢的横向性能和冷弯性能。对于硫含量很低的钢亦可不进行钙处理。钙含量小于等于0.005％。优选地，Ca≤0.004％，更优选Ca≤0.003％。

氮：本发明不含Nb、V微合金元素，且主要以相变强化和回火碳化物析出强化为主要强化方式。小于等于60ppm含量的氮可以稳定0.010-0.035％的钛形成TiN，此TiN能保证加热时板坯的奥氏体晶粒不过分粗大。针对本发明的优选Ti含量0.010-0.020％，氮含量优选为0.002-0.004％。

制造工艺过程对本发明产品的影响：

转炉吹炼和真空处理：目的是确保钢液的基本成分要求，去除钢中的氧、氢等有害气体，并加入锰、钛等必要的合金元素，进行合金元素的调整。

连铸或模铸：保证铸坯内部成分均匀和表面质量良好，模铸的钢锭需轧制成钢坯。

加热和轧制：连铸坯或钢坯在1100-1250℃的温度下加热，一方面获得均匀的奥氏体化组织，另一方面使钛、铬等的化合物部分溶解。在奥氏体再结晶温度范围内经一道次或多道次轧制成钢板，总压下率不低于70％，终轧温度不低于860℃，优选终轧温度为860-900℃；

快速冷却：轧后钢板以Vmin至50℃/s的冷却速度快速水冷至220-260℃温度区间；在快速冷却过程中，大部分的合金元素被固溶到马氏体中。

回火：钢板进入在线感应加热炉以1-10℃/s的速度快速加热至480-520℃回火15-25s，然后出炉空冷。回火有助于消除内应力和马氏体板条内裂纹，提高塑韧型和冷弯性能。

实施例

实施例1

按表1配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸或模铸，板坯厚度80mm，所得坯料于1200℃加热后，在奥氏体再结晶温度范围内经多道次轧制，轧制成厚度为6mm的钢板，总压下率94％，终轧温度为880℃，然后以50℃/s水冷至220℃再在线快速加热至480℃回火，然后空冷至室温；

本实施例的部分钢板金相组织如图1所示。

实施例2-5的详细成分见表1和工艺过程与实施例1相同，工艺参数见表2。

表2本发明实施例1-5的工艺参数及钢板厚度

试验例1：力学性能

按照GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法、GB 2106-1980金属夏比V型缺口冲击试验方法测定本发明实施例1-5钢板的各项力学性能，其结果见表3。

试验例2：弯曲性能

按照GB/T232-2010金属材料弯曲试验方法，对本发明实施例1-5钢板进行横向冷弯d＝2a，180°试验，其结果见表3，全部实施例钢板完好，均无表面裂纹。

表3 本发明钢板的力学性能和组织

试验例3：金相组织

图1是本发明实施例1的6mm厚钢板的金相组织图。

图2是本发明实施例5的25mm厚钢板的金相组织图。

从图中可见，钢板的组织为回火马氏体+碳化物。

其他实施例也能得到类似的金相组织图。

从以上结果可见，本发明通过合适的成分设计和加热、轧制及轧后快速冷却(Vmin至50℃/s)和在线短时间回火工艺，获得组织为回火马氏体+碳化物的高强度钢板。6-25mm厚钢板屈服强度≥900MPa，延伸率18％，-60℃的Akv≥150J，冷弯性能优良，能够满足汽车、工程机械等行业对高强度钢板的较高要求。另外，从表1可见，本发明的Ceq都较低，因此还具有良好的焊接性能。

本发明采用较低的碳含量，适当稍高的锰含量和较少的贵重合金元素Cr、Ni和Mo，不添加Cu、Nb、V、B等元素，与现有技术钢相比具有明显的合金成本优势。另外本发明采用在线短时间(480-520℃保温15-25s)回火，避免离线长时间回火，使得钢板的生产效率大大提高。实物钢板低温冲击值(-60℃A_kv)＝190J，具有明显的成本和技术优势。

Claims

1.一种高强度钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.07-0.11％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.0-1.4％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.02-0.04％，Ti：0.01-0.03％，N≤0.006％，Ca≤0.005％，以及Cr≤0.70％，Ni≤0.30％，Mo≤0.30％中的1种以上，余量为铁和不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的高强度钢板，其特征在于，C：0.071-0.0109％。

3.如权利要求1或2所述的高强度钢板，其特征在于，Si：0.15-0.34％。

4.如权利要求1-3任一所述的高强度钢板，其特征在于，Mn：1.1-1.4％。

5.如权利要求1-4任一所述的高强度钢板，其特征在于，P≤0.010％。

6.如权利要求1-5任一所述的高强度钢板，其特征在于，S≤0.005％。

7.如权利要求1-6任一所述的高强度钢板，其特征在于，Al：0.021-0.039％。

8.如权利要求1-7任一所述的高强度钢板，其特征在于，Ni：0.10-0.25％。

9.如权利要求1-8任一所述的高强度钢板，其特征在于，Cr：0.40-0.66％。

10.如权利要求1-9任一所述的高强度钢板，其特征在于，Mo：0.10-0.30％，更优选0.12-0.25％。

11.如权利要求1-10任一所述的高强度钢板，其特征在于，Ti：0.010-0.020％。

12.如权利要求1-11任一所述的高强度钢板，其特征在于，Ca≤0.004％，更优选为≤0.003％。

13.如权利要求1-12任一所述的高强度钢板，其特征在于，N≤0.005％，更优选为≤0.004％。

14.如权利要求1-13任一所述的高强度钢板，其组织为回火马氏体和碳化物。

15.如权利要求1-14任一所述的高强度钢板，其6-25mm厚钢板的屈服强度≥900MPa，延伸率A₅₀≥18％，-60℃的A_kv≥150J，按照GB/T232-2010测定的冷弯性能优良。

16.如权利要求1-15任一所述的高强度钢板的制造方法，包括：

轧后钢板以Vmin至50℃/s的冷却速度快速水冷至220-260℃温度，再空冷5-60s；其中Vmin是获得马氏体的临界冷速，按照LogVmin＝2.94-0.75P计算，P是硬化指数，按照P＝2.7C+0.4Si+Mn+0.45Ni+0.8Cr+0.45Cu+2Mo计算；

17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，钢水经真空脱气处理后进行连铸成连铸坯，或模铸并初轧成钢坯。

18.如权利要求15-17任一所述的方法，其特征在于，终轧温度为860-900℃。

19.如权利要求15-18任一所述的方法，其特征在于，轧后钢板以15-50℃/s的冷却速度快速水冷至220-260℃温度，再空冷5-60s。