专利名称：：屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及高强度结构钢，具体地说，本发明涉及屈服强度550MPa级的低裂纹敏感性钢板。
背景技术：
：对于机械结构和工程建设所使用的高强钢，为了便于焊接和简化焊接工艺，希望钢的焊接裂纹敏感性指数Pcm尽可能低，以达到焊前无需预热的目的，这种钢被称为低焊接裂纹敏感性高强钢，也称CF钢。它是一类具有优良焊接性能和低温韧性的低合金高强度钢，其优点在于焊前不预热或稍加预热而不产生裂纹，主要是解决了大型钢结构件的焊接施工问题，一般要求钢的Pcm《0.20%。降低Pcm的唯一手段就是减少碳和合金元素的加入量，而对于采用淬火+回火工艺生产的高强钢来说，减少碳和合金元素的加入量将不可避免地带来钢强度的降低，若采用热机械控制轧制与控制冷却技术(TMCP)，则可以弥补这种缺陷，此外，相对于调质(淬火+回火)工艺，热机械控制轧制与控制冷却技术(TMCP)还具有细化晶粒从而提高钢的低温韧性的好处。目前，采用TMCP技术生产的低焊接裂纹敏感性钢的合金成分一般是Mn-Mo-Nb-Cu-Ni-V-B系或Mn-Mo-Nb-Cu-Ni-B系。如中国专利公开公报CN1396294公开了一种低焊接裂纹敏感性高强钢，其化学成分为C:0.020.13%、Mn:0.601.80o/o、Si:0.10~0.60%、Ti:0.0050.025%、Al《0.01%、Ti:0.0050.025%、N:0.00200.0060%、B:0.00050.0020%、Nb:0.0080.040%及Ni《0.55%、V《0.10%、Cu《0.65o/o、Mo《0.50o/o、Zr《0.040o/o、RE《0.020o/o中的两种或两种以上，Pcn^0.33o/o;又如中国专利公开公报CN1932063A涉及钢种的化学成分为C:0.060.09%、Si:0.150.55%、Mn:1.001.60%、P《0.015%、S《0.006%、Ni:0.150.40%、Cr《0.30%、Mo《0.30%、Cu《0.30%、V:0.020.06%、Nb:0,0050.05%、Als:0.0100.040%，Pcm=0.25%。上述公开的两种钢种的合金元素设计分别为Mn-Mo-Cu-Ni-Nb-V-B系和Mn-Mo-Cr-Cu-Ni-Nb-V-B体系，由于Mo和Ni均为贵重合金，因此从添加的合金元素的种类和加入的总量来分析，这两种钢种冶炼成本较高，且分别要求对钢板进行淬火+回火和回火处理，制造工序复杂。为了解决以上问题，本发明者釆用Mn-Nb-Cr-Mo-Cu-Ni-Ti系钢种，通过控制热机械轧制和冷却技术，且无需热处理，设计出了一种屈服强度达550MPa级的低裂纹敏感性钢板，该钢板具有良好的低温韧性和焊接性。本发明的一个目的在于提供一种屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板。本发明的另一个目的在于提供所述低裂纹敏感性钢板的制造方法。
发明内容本发明的第一个方面提供一种屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板，该钢板的化学成分包含C:0.0050.04wt%、Si:0.400.70wt%、Mn:1.401.85wt%、Cr《0.20wt%、Mo《0.20wt%、Cu《0.30wt%、Ni《0.20wt%、Nb:0.040.08wt%、Al:0.020.06wt%、Ti:0.0040.030wt%、B:0.00050.0020wt%，余量为Fe和不可避免的杂质，且满足焊接裂纹敏感性指数Pcm《0.20%。低裂纹敏感性钢板的焊接裂纹敏感性指数Pcm可按下式确定Pcm=C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/l5+V/l0+5B。焊接裂纹敏感性指数Pcm是反映钢的焊接冷裂纹倾向的判定指标，Pcm越低，焊接性越好，反之，则焊接性越差。焊接性好是指焊接时不易产生焊接裂纹，而焊接性差的钢容易产生裂纹，为了避免裂纹的产生，必须在焊接前对钢进行预热，焊接性越好，则所需的预热温度越低，反之则需要较高的预热温度。一般认为，当Pcm《0.20%时，70公斤级(屈服强度550MPa)钢可以实现不预热焊接。下面，对本发明的屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板的化学成分作用作详细叙述。C:在钢中的作用是固溶强化，但是C对焊接性能不利。C含量越高，焊接性能越差，对于采用TMCP工艺生产的贝氏体钢来说，C含量越低则韧性越好，较低的碳含量可以生产更大厚度的高韧性钢板，因此本发明C含量控制为0.0050.04%。Mo:提高钢的耐蚀性，本发明只需加入不超过0.2%的]^0，因为Mo对焊接性能不利，同时Mo是一种十分昂贵的元素，其价格是Cr的数倍，因此本发明以Cr取代了部分Mo，以达到降低成本的目的。Nb:本发明通过加入较多的Nb，一方面以达到细化晶粒和增加钢板厚度的目的，另一方面是提高钢的未再结晶温度，便于在轧制过程中采用相对较高的终轧温度，从而加快轧制速度，提高生产效率。此外，由于强化了晶粒细化作用，使得可生产钢板的厚度增大，采用本发明设计的化学成分，能够生产钢板的最大厚度为80mm。Si:在钢中的作用主要是固溶强化，也可提高钢的淬透性，一般钢中加入不超过0.70X的Si有利于提高钢的强度和韧性。本发明添加了较高含量的Si能起到更大的固溶强化作用，从而降低Mn和Cu等合金元素的加入量，这主要是出于降低制造成本的考虑，因为Si是一种价格十分低廉的元素。本发明的第二个方面提供一种屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，该方法包括冶炼、浇铸、加热、轧制、冷却工序，其中在轧制工序后不经过热处理即进入冷却工序。在一个优选实施方式中浇铸后的连铸坯或钢锭的厚度不小于成品钢板厚度的4倍。在另一个优选实施方式中在所述加热过程中，加热温度为10801180°C，保温时间为120180分钟。在另一个优选实施方式中所述轧制分为第一阶段和第二阶段轧制。在另一个优选实施方式中在所述第一阶段轧制过程中，开轧温度为10501150°C,当轧件厚度到达成品钢板厚度的23倍时，在辊道上待温至82086(TC。在另一个优选实施方式中在所述第二阶段轧制过程中，道次变形率为1025%，终轧温度为810840°C。在另一个优选实施方式中在所述冷却过程中，钢板进入加速冷却装置，以825°C/S的速度冷却至450550'C，出水后空冷。在另一个更优选的实施方式中空冷采用堆垛或冷床冷却。在本发明的屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法中，对主要步骤的工艺控制原理分析如下1、轧制工艺轧件厚度到达成品钢板厚度的23倍时，在辊道上待温至S2086(TC。对于含Nb钢来说，其未再结晶温度约为9501050。C，将轧制钢坯温度降至820860。C，目的是为了保证其在未再结晶区有足够的变形量，在变形的奥氏体内有更高密度的位错累计，为铁素体相变提供更有利的形核条件。较大的变形也有利于Nb的碳氮化合物的析出，由于变形诱导析出的作用，较大的道次变形率将有利于析出物的形成并且使其更加细小和弥散，同时，细小和弥散的析出物及其钉扎作用为铁素体提供高密度的形核地点并且阻止其长大和粗化，这对于钢的强度与韧性都起到有利的作用。将终轧温度控制在未再结晶区的低温段，同时该温度区接近相变点Ar3，即终轧温度为81084(TC，在这个温度范围内终轧，既为相变提供更高的能量累积，也不至于给轧机带来过高的负荷，比较适合于厚板生产。2、冷却工艺轧制结束后，钢板进入加速冷却装置，按825"C/秒的速度冷却至45055(TC。由于钢板在轧制过程中积累了密度很高的位错和极高的应变能，高密度的位错将与Nb的析出物Nb(CN)粒子相互作用，在轧制完成至加速冷却的空冷(驰豫)过程中，这种相互作用促使在奥氏体晶粒内部形成大量细小的多边形位错胞结构，Nb原子在位错墙上的偏聚以及大量微细Nb(CN)在位错胞壁上的析出，稳定了这种具有一定取向差的多边形胞状结构。同时，一个道次的较大变形具有诱导铁素体相变的作用，在这种诱导作用下，Af3点有所提高，即出现所谓"应变诱导相变"现象，在未再结晶温度区较大的变形量，将有利于针状铁素体的晶内形核，同时会使贝氏体基体上的马氏体岛分布更加均匀弥散。釆用较快的冷速是为了为贝氏体转变提供更高的过冷度，增加相变驱动力，获得更高密度的形核率，从而得到以细化的贝氏体为主的基体组织，使本发明钢板具有较高的强度和良好的韧性。本发明的有益效果为1、通过合理设计化学成分，大幅度降低C含量，并且以Mn和Cr等廉价合金元素替代部分Mo和Ni等贵重元素，且合金元素含量少，原料成本较低，焊接裂纹敏感性较小，焊前无需预热。2、本发明钢板不需进行任何额外的热处理，从而简化了制造工序，降低了钢的制造成本。3、由于成分和工艺设计合理，从实施效果来看，工艺制度比较宽松，可以在中、厚钢板产线上稳定生产。4、本发明的低裂纹敏感性钢板屈服强度大于550MPa、抗拉强度大于670MPa、夏氏冲击功Akv(—20°C)>150J、板厚可达80mm板，且钢板截面硬度均匀。图1为本发明实施例6的低裂纹敏感性钢板截面硬度实测值。具体实施例方式以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。实施例1按表1所示的化学成分电炉或转炉冶炼，并浇铸成连铸坯或钢锭，将连铸坯或钢锭加热至U7(TC,保温120分钟，在中、厚轧机上进行第一阶段轧制，开轧温度为1050°C，当轧件厚度为60mm时，在辊道上待温至850°C，随后进行第二阶段轧制，第二阶段轧制道次变形率为1520%，终轧温度为83(TC，成品钢板厚度为20mm。轧制结束后，钢板进入加速冷却(ACC)装置，以25'C/S的速度冷却至50(TC，出水后堆垛或冷床冷却。实施例2实施方式同实施例l，其中加热温度为U3(TC，保温150分钟；第一阶段轧制的开轧温度为106(TC，轧件厚度为90mm;第二阶段轧制的开轧温度为84(TC，道次变形率为1012%，终轧温度为81(TC,成品钢板厚度为30mm;钢板冷却速度为20°C/S，终止温度为49(TC。实施例3实施方式同实施例l，其中加热温度为115(TC，保温150分钟；第一阶段轧制的开轧温度为108(TC，轧件厚度为120mm;第二阶段轧制的开轧温度为S3(TC，道次变形率为1015%，终轧温度为82(TC，成品钢板厚度为40mm;钢板冷却速度为15°C/S，终止温度为53(TC。实施例4实施方式同实施例l，其中加热温度为U2(TC，保温180分钟；第一阶段轧制的开轧温度为107(TC，轧件厚度为150mm;第二阶段轧制的开轧温度为830°C，道次变形率为1015%，终轧温度为840'C，成品钢板厚度为50mm;钢板冷却速度为12°C/S，终止温度为515"。实施例5实施方式同实施例l，其中加热温度为U3(TC，保温180分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1080°C，轧件厚度为150mm;第二阶段轧制的开轧温度为840°C，道次变形率为1015%，终轧温度为830。C，成品钢板厚度为60mm;钢板冷却速度为10°C/S，终止温度为540。C。实施例6实施方式同实施例l，其中加热温度为1120°C，保温180分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1040°C，轧件厚度为160mm;第二阶段轧制的开轧温度为830°C，道次变形率为1015%，终轧温度为840°C,成品钢板厚度为80mm;钢板冷却速度为8°C/S，终止温度为540°C。表1本发明实施例1-6的低裂纹敏感性钢板的化学成分(wt%)及其Pcm<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>试验例1对本发明实施例1-6的低裂纹敏感性钢板进行力学性能测试，测试结果见表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>从表1和表2可以看出，本发明低裂纹敏感性钢板的Pcm《0.20%，屈服强度均大于550MPa，抗拉强度大于670MPa，夏氏冲击功Akv(—2(TC)》150J，板厚可达80mm,具有良好的低温韧性和焊接性。试验例2按标准GBZT4340-1999对本发明实施例6的低裂纹敏感性钢板的截面硬度进行测量，测量值见图1。从图l可以看出，本发明钢板的截面硬度均匀。权利要求1、一种屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板，其特征在于，所述低裂纹敏感性钢板的化学成分包含C0.005～0.04wt％、Si0.40～0.70wt％、Mn1.40～1.85wt％、Cr≤0.20wt％、Mo≤0.20wt％、Cu≤0.30wt％、Ni≤0.20wt％、Nb0.04～0.08wt％、Al0.02～0.06wt％、Ti0.004～0.030wt％、B0.0005～0.0020wt％，余量为Fe和不可避免的杂质，且满足焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.20％。2、权利要求1所述的屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，包括冶炼、浇铸、加热、轧制、冷却工序，其特征在于，在所述轧制工序后不经过热处理即进入冷却工序。3、根据权利要求2所述的屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于，浇铸后的连铸坯或钢锭的厚度不小于成品钢板厚度的4倍。4、根据权利要求2所述的屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于，在所述加热过程中，加热温度为10801180°C，保温时间为120180分钟。5、根据权利要求2所述的屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，其中所述轧制分为第一阶段和第二阶段轧制。6、根据权利要求5所述的屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于，在所述第一阶段轧制过程中，开轧温度为1050115(TC，当轧件厚度到达成品钢板厚度的23倍时，在辊道上待温至820860°C。7、根据权利要求5所述的屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于，在所述第二阶段轧制过程中，道次变形率为1025%，终轧温度为810840。C。8、根据权利要求2所述的屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，其特征在于，在所述冷却过程中，钢板进入加速冷却装置，以825°C/S的速度冷却至450550°C，出水后空冷。9、根据权利要求8所述的屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板的制造方法，其中所述空冷采用堆垛或冷床冷却。全文摘要本发明提供了一种屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板及其制造方法。所述低裂纹敏感性钢板的化学成分包含C0.005～0.04wt％、Si0.40～0.70wt％、Mn1.40～1.85wt％、Cr≤0.20wt％、Mo≤0.20wt％、Cu≤0.30wt％、Ni≤0.20wt％、Nb0.04～0.08wt％、Al0.02～0.06wt％、Ti0.004～0.030wt％、B0.0005～0.0020wt％，余量为Fe和不可避免的杂质，且其Pcm≤0.20％。采用控制热机械轧制和冷却技术，获得了以细化的贝氏体为主的基体组织，从而有利于钢板强度、塑性和韧性的提高。本发明低裂纹敏感性钢板的屈服强度大于550MPa、抗拉强度大于670MPa、夏氏冲击功Akv(-20℃)≥150J、50％韧脆转变温度FATT低于-60℃、板厚可达80mm，且具有良好的焊接性。文档编号C22C38/16GK101353759SQ200710093978公开日2009年1月28日申请日期2007年7月23日优先权日2007年7月23日发明者吴扣根,姚连登,岩朱,聆胡,贺达伦,赵小婷申请人:宝山钢铁股份有限公司