CN106435379B

CN106435379B - 550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN106435379B
Application number: CN201610902078.1A
Authority: CN
Inventors: 孙宪进; 李经涛; 苗丕峰; 吴小林; 林涛; 许峰; 石艾来
Original assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2019-01-11
Anticipated expiration: 2036-10-17
Also published as: CN106435379A

Abstract

本发明涉及一种550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板，制造工艺流程：KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—轧制—矫直—钢板堆缓冷—淬火—回火等工艺，成品厚度为70mm和120mm的钢板。本发明采取了超低碳+少量Ni和Mo的成分设计，工艺上采用淬火+回火的调质处理工艺，在保证碳当量和冷裂纹敏感指数的情况下，获得更大厚度钢板和更好的低温冲击韧性。

Description

550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种550MPa级的易焊接特厚钢板。

背景技术

屈服强度大于550MPa级别高强高韧性特厚钢板广泛用于海工、核电、水电等大型钢结构工程中，并作为主要承重钢板用于关键部位。在设计上，不仅要求具有高强度高韧性，为保证工程的安全，还需要具有良好的易焊接性和抗层状撕裂性能。随着材料性能的不断提升和工程难度的增大，对材料的焊接性和低温冲击韧性提出了更高的要求，尤其是最大厚度到120mm的特厚钢板，要求屈服强度≥550MPa，碳当量≤0.55，冷裂纹敏感指数≤0.24，-60℃低温冲击功≥100J以上。目前该类钢板国内未见报道。

专利公告号CN 102191430 A的发明专利，提出了一种屈服550MPa易焊接高强高韧性钢板及其制造方法，通过控轧控冷工艺，生产厚度小于等于100mm的易焊接特厚钢板，Pcm值≤0.19，-20℃夏比冲击功≥150J，未见120mm厚度和-60℃低温冲击韧性的描述。

专利公告号号CN101230444采用控轧控冷+回火工艺，提供一种屈服强度≥570MPa，抗拉强度≥690MPa，-20℃低温冲击韧性≥120J的钢板，未见厚度描述和-60℃低温韧性描述。

专利公告号CN101787489A采用控轧控冷的工艺，提供一种屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥670MPa，-40℃低温冲击韧性≥200J的钢板及其制造方法。没有涉及到-60℃低温冲击韧性和120mm厚度钢板的制造方法。

现有技术中，550MPa级别的钢板，要想获得易焊接的特性（碳当量小于0.55，Pcm小于0.24），则钢板的厚度还无法超越100mm。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种可在-60℃条件下使用的厚度可达120mm的、屈服强度550MPa以上，碳当量≤0.55、冷裂纹敏感系数（Pcm）≤0.24的易焊接高强高韧性抗层状撕裂钢板及其制造方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板，所述钢板以Fe为基础元素，且包含如下质量百分比的化学成分：C 0.05-0.08%，Si 0.2-0.4%，Mn 1.4-1.6%，Al 0.02-0.04%，Nb 0.01-0.03%，V 0.03-0.05%，Cr0.3-0.5%，Ni 0.6-0.8%，Mo 0.2-0.4%，Ti 0.01-0.02%，B 0.001-0.002%，P ≤0.015%，S ≤0.003%，N ≤0.007%，碳当量≤0.55，余量为不可避免的杂质，焊接裂纹敏感系数Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.24，钢板的厚度为70-120mm。

本发明钢板的力学性能满足：屈服强度550MPa以上，抗拉强度670-830MPa，延伸率≥19%，-60℃下钢板的1/4厚度和1/2厚度处夏比冲击功均≥100J，Z向断面收缩率≥35%。

本发明中所有化学组分的作用及其含量选择理由具体说明如下：

C：以固溶强化形式提高钢的强度，影响强度、淬透性和焊接性的主要元素；碳含量过高会对钢的韧性及焊接性产生不利影响，碳含量过低则会导致钢板淬透性不足，强度偏低。综合考虑，本发明C含量选择范围为0.05-0.08%。

Si：以固溶强化形式提高钢的强度，脱氧元素，过低则影响脱氧效果，过高会对表面质量、韧性及焊接性能产生不利影响，综合考虑，本发明Si含量选择范围为0.2-0.4%。

Mn：以固溶强化形式提高钢的强度，弥补C降低而导致的不足，影响强度、淬透性和焊接性的主要合金元素。过低则无法起到固溶强化的作用，过高会对钢的焊接性产生不利影响；同时，还容易产生偏析。本发明Mn含量的选择范围为1.41.60%；

Al：脱氧和固氮主要元素，还有细晶强化的作用。本发明Al含量的选择范围为0.02-0.04%。

Nb：具有钉扎强化和析出强化作用，能够细化奥氏体晶粒，有利于强度和韧性的提高。本发明Nb含量的选择范围为0.01-0.03%。

V：碳氮化物形成元素，以弥散强化的形式提高钢的强度和韧性，细化铁素体晶粒度，含量过高则会对焊接性产生不利影响。本发明V含量的选择范围为0.03-0.05%。

Cr：中等碳化物形成元素，能够提高钢的淬透性和强度，弥补C含量较低导致强度和淬透性下降的不足。添加过量，则会对钢的低温冲击韧性和焊接性产生不利影响。本发明Cr含量的选择范围为0.3-0.5%。

Ni：能够同时提高钢的强度和改善低温冲击韧性，改善材料的热裂倾向。Ni含量过高时，在连铸坯加热过程中会产生黏度较高的氧化铁皮，影响钢板表面质量。本发明Ni含量的选择范围为0.6-0.8%。

Mo：能够显著提高钢的淬透性和强度，在调质处理时加入适量的Mo可以克服钢的回火脆性，从而提高钢的冲击韧性。本发明Mo含量的选择范围为0.2-0.4%。

Ti：通过形成TiN起到析出强化的作用，能够细化晶粒。本发明Ti含量的选择范围为0.01-0.02%。

B：提高淬透性的最显著的元素，过高则会对焊接性和低温韧性产生不利影响。本发明B含量的选择范围为0.001-0.002%。

P、S：钢中的主要杂质元素，对钢板的低温冲击韧性和抗层状撕裂性能会产生不利影响，越低越好。根据现有生产条件，本发明P、S含量的选择范围为P≤0.015%，S≤0.003%。

上述钢板的制造方法，包括如下步骤

①冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF精炼、RH精炼和连铸，获得厚度在300-450mm的连铸坯，对连铸坯实施加罩缓冷，缓冷时间为120小时以上；

②将连铸坯加热至1170-1250℃，保温160-180min，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；

③进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧阶段：开轧温度在1130-1180℃，单道次平均压下率≥15%；第二阶段为精轧阶段：开轧温度为860-900℃，累计道次压下率≥40%；轧后热矫直；

④热矫直后钢板进行下线加罩堆缓冷，堆缓冷时间≥72小时；

⑤对缓冷后的钢板进行淬火+回火处理，淬火和回火均在连续炉中进行，淬火温度为890-910℃，在炉时间1.8-2.2min/mm；回火温度为630-680℃，在炉时间3.0-4.0min/mm，出炉后空冷，即可获得回火后的低碳贝氏体，不同于焊接性能差的高碳马氏体。

本发发明的目的是获得在-60℃条件下使用的屈服强度550MPa级别易焊接高强高韧性钢板，使用低碳、低碳当量和低裂纹敏感系数成分设计、高纯净钢的冶炼技术、300-450mm特厚连铸板坯作为原料，采取控制轧制加调质处理的方法生产出70-120mm厚度550MPa级易焊接高强高韧性抗层状撕裂钢板。

与发明专利公开号CN 102191430A、CN101230444、CN101787489A相比，本发明采取了超低碳+少量Ni和Mo的成分设计，工艺上采用淬火+回火的调质处理工艺，在保证碳当量和冷裂纹敏感指数（易焊接）的情况下，获得更大厚度钢板和更好的低温冲击韧性。从该钢板的具体生产步骤为：KR铁水预处理-转炉-LF精炼-RH真空脱气-板坯连铸-缓冷-轧制-调质热处理-精检-性能检测-包装入库。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

与发明专利公开号CN 102191430A、CN101230444、CN101787489A的技术方案相比，本发明最大厚度达到120mm，-60℃条件下夏比冲击功≥100J，同时具有低碳、低碳当量和易焊接的特点。按照本发明生产的钢板，在具有良好的焊接性基础上，显著提高了钢板的生产厚度，最大厚度可达120mm，此外，钢板具有优良的高强高韧性，屈服强度≥550MPa，抗拉强度670-830MPa，延伸率≥19%，-60℃下钢板的1/4厚度和1/2厚度处夏比冲击功均≥100J，Z向断面收缩率≥35%，能够满足在-60℃的低温条件下使用。

附图说明

图1为本发明实施例1的70mm厚度钢板的显微组织图；

图2为本发明实施例2的120mm厚度钢板的显微组织图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明特厚易焊接钢板的制造方法，工艺流程：KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—轧制—矫直—钢板堆缓冷—淬火—回火等工艺，成品厚度为70mm和120mm的钢板。

上述加热、轧制和缓冷阶段的具体工艺为：将370mm厚度连铸坯加热至1180-1200℃，保温180min（实施例1和2），连铸坯出炉后使用高压水除鳞；然后进行两阶段轧制：第一阶段开轧温度1100-1150℃（实施例1和2），中间坯厚度170mm（实例1）或200mm（实例2），单道次平均压下率16.5%（实例1）或15.5%（实例2）；第二阶段开轧温度为850℃，累计道次压下率58.8%（实施例1）或第二阶段开轧温度860℃，累计道次压下率40%（实施例2），最终钢板厚度为70mm（实施例1）和120mm（实施例2）。轧后热矫直；热矫直后钢板进行下线堆缓冷，堆缓冷时间72小时（实施例1）和84小时（实施例2）。

缓冷完成后的钢板进入连续炉进行淬火处理。实施例1：加热温度890℃，在炉时间1.8min/mm，使用淬火机水淬。实施例2：加热温度910℃，在炉时间1.8min/mm，使用淬火机水淬。对完成淬火处理的钢板在连续炉中进行回火处理。实施例1:加热温度660℃，在炉时间3.0min/mm，实施例2：加热温度640℃，在炉时间4.0min/mm。

实施例1和2对应钢板的化学成分见表1，钢板的力学性能见表2，钢板的显微组织分别如图1和图2所示。

表1 实施例1和2中易焊接高强高韧性抗层状撕裂钢板的化学成分（wt.%）

实例	C	Si	Mn	P	S	Al	Nb	V	Ti	Cr	Ni	Mo	B	N	Ceq	Pcm
																	1	0.07	0.25	1.48	0.008	0.0009	0.031	0.016	0.033	0.016	0.38	0.68	0.26	0.0011	0.0036	0.50	0.21
2	0.08	0.26	1.52	0.008	0.0008	0.032	0.018	0.036	0.015	0.37	0.67	0.25	0.0012	0.0034	0.51	0.22

Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15

Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B

表2 实施例1和2中易焊接高强高韧性抗层状撕裂钢板的力学性能

Claims

1.一种550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板，其特征在于：所述钢板以Fe为基础元素，且包含如下质量百分比的化学成分：C 0.05-0.08％，Si 0.2-0.4％，Mn 1.4-1.6％，Al 0.02-0.04％，Nb 0.01-0.03％，V 0.03-0.05％，Cr 0.3-0.5％，Ni 0.6-0.8％，Mo 0.2-0.4％，Ti 0.01-0.02％，B 0.001-0.002％，P≤0.015％，S≤0.003％，N≤0.007％，碳当量≤0.55，余量为不可避免的杂质，焊接裂纹敏感系数Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.24，钢板的厚度为70-120mm；钢板的力学性能满足：屈服强度550MPa以上，抗拉强度670-830MPa，延伸率≥19％，-60℃下钢板的1/4厚度和1/2厚度处夏比冲击功均≥100J，Z向断面收缩率≥35％。

2.一种制造权利要求1所述550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板的方法，其特征在于：包括如下步骤

③进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧阶段：开轧温度在1130-1180℃，单道次平均压下率≥15％；第二阶段为精轧阶段：开轧温度为860-900℃，累计道次压下率≥40％；轧后热矫直；

⑤对缓冷后的钢板进行淬火+回火处理，淬火和回火均在连续炉中进行，淬火温度为890-910℃，在炉时间1.8-2.2min/mm；回火温度为630-680℃，在炉时间3.0-4.0min/mm，出炉后空冷。

3.根据权利要求2所述的550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板的制造方法，其特征在于：所述回火后获得低碳贝氏体组织的钢板。