专利名称：：一种低碳高铌超高强度焊接结构用钢及其制造方法
技术领域：
：本发明属于金属材料
技术领域：
，尤其涉及一种低合金高性能钢板及其制造方法。
背景技术：
：目前工程机械、重载卡车、水泥泵车、半挂车、集装箱、水电站压力管道等领域的发展趋势是使用越来越多的高强度、超高强度焊接结构钢，其目的主要是减轻自重，提高运载能力，节约能源。同时也要求超高强度钢板具有成本低、焊接性能良好、低温冲击韧性高等特点。国际上有关屈服强度在960MPa左右的超高强度钢板的制造方法已经形成多项专利，例如新日本制铁株式会社在中国申请的公开号为CN1148416A名称为"具有低屈服比和优良低温韧性的高强度干线用管钢"的专利中以及在其另一个公开号为CN1146784A154名称为"低温韧性优良的可焊性高强度钢"的专利中，公开了一种低温韧性、可焊性优良的抗拉强度为950MPa以上的超高强度钢。它是在低C——高Mn——Ni——Mo——Nb——微量Ti系钢中进一步添加Cu、B、Cr、Ca、V等元素。其Nb含量0.01%0.10%，而实施例中其Nb含量在0.041%以下，导致未再结晶区开轧温度必须在95(TC以下，这样使中间待温时间较长，同时其屈服强度没能达到960MPa以上。在埃克森美孚上游研究公司和新日本制铁株式会社申请的授权公告号为CN1087356C名为"具有优异韧性的超高强度可焊接含硼钢"的中国专利中公开一种超高强度含硼钢，该钢拉伸强度至少约900MPa,采用在奥氏体发生再结晶的第一温度区间通过一道或多道热轧将板坯减薄至钢板，接着在低于上述第一温度区间且高于冷却期间奥氏体开始转变成铁素体温度的第二温度区间通过一道或多道热轧，将上述钢板淬火至一合适的淬火终了温度，停止淬火，将上述钢板空冷至室温。该钢中含有铁和下述重量百分比的添加元素0.03%0.10%C，1.6%2.1%Mn，0.01%0.10%Nb，0.01%0.10%V，0.2%0.5%Mo，0.005%0.03%Ti，0.0005%0.0020%B，更进一步的特征为该钢中0.3《Ceq《0.7，且Pcm《0.35，并可以加入其它合金元素。其Nb含量0.01%0.10°/。，优化区间0.03°/。0.06%，而实施例中其Nb含量在0.032Q/。以下，最终屈服强度难以达到960MPa以上。宝山钢铁股份有限公司申请的申请号为200510024775.3的"屈服强度960MPa以上超高强度钢板及其制造方法"专利提供了一种屈服强度可达到960MPa以上的超高强度钢板，其成分中C0.08%—0.18%，Nb0.01%0.1%。其生产方法将钢坯加热至11001250°C，在奥氏体可发生再结晶区将钢坯轧制成钢板；在奥氏体未发生再结晶区将钢板轧制成最终厚度的钢板，终轧温度860920°C;以不低于约5°C/S的冷却速度将钢板冷却至低于MSMS+100'C的冷却终止温度；对冷却后的钢板进行回火以提高性能。实施例中其Nb含量在0.07"/。以下，且其碳含量大部分都在0.11%以上(除一个实例为0.08%外)，这样不但影响焊接性能和低温韧性，而且中间待温时间较长，生产效率低。由以上专利文献可知，目前屈服强度在960MPa左右的超高强度钢板技术存在以下不足①由于沿用传统的控轧控冷工艺，钢中Nb含量普遍较低，致使未再结晶控轧开轧温度低，轧机负荷大，待温时间长，生产效率低。②C含量偏高，影响焊接性能。③钢板强度级别偏低，大部分难以达到960MPa以上。
发明内容鉴于上述现有技术存在的未再结晶控轧温度低，轧机负荷大，待温时间长，生产效率低，焊接性能差，钢板强度级别偏低等缺陷，本发明的目的在于克服现有技术的不足提供一种屈服强度》960N/mm2级别的超高强度焊接结构用钢及其生产方法。本发明低碳高铌超高强度焊接结构用钢板的化学成分重量百分比为C0.015%0.075%、Si0.20%0.50%、Mnl.63%2.0%、Nb0.081%0.12%、Ti0.005%0.030%、B0.0005o/o0.0030%、Cr0.50%0.95%、CuO.70%1.25%、NiO.50%1.50%、MoO.30%0.60%、A1S0.010%0.050°/。、P《0.025%、S《0.015%，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明低碳高铌超高强度焊接结构用钢板以重量百分比计还含有V《0.07%;所述钢中的Ni含量根据Cu含量而定，且Ni/Cu》0.5。本发明低碳高铌超高强度焊接结构用钢板的制造方法包括以下工艺步骤铁水预处理一转炉冶炼一精炼一连铸一轧制，其特点是轧制过程采用HTP+RPC工艺，轧前加热温度为U40122(TC，采用两阶段控轧，再结晶区轧制温度》100(TC，未再结晶区轧制温度为970°C(Ar3+0°C100°C)，未再结晶区积累变形量大于60%，轧后弛豫时间10150s，随后加速冷却，冷却速度为1040°C/S,终止冷却温度《40(TC，之后空冷，最后对钢板进行回火处理，回火温度为500680°C。本发明钢化学成分以低C高Nb为基本特征，以成本低廉的Mn、Cr、Cu等元素作为主要添加元素，适当添加Mo、B等元素，为了保证钢板表面质量，根据Cu含量适当添加Ni元素，且保证Ni/Cu》0.5。在本发明中，根据要获得的强度级别，适当确定添加元素的种类及含量，其化学成分范围(Wt%)为C0.015%0.075%、Si0.20%0.50%、Mnl.63%2.0o/o、Nb0.081%0.12%、Ti0.005%0.030%、B0.00050/O0.0030%、Cr0.50%0.95%、Cu0.70%1.25%、Ni0.50%1.50%、Mo0.30%0.6%、5V0.00%0.07%、Als0.010%0.050%，余量为Fe及不可避免的杂质。钢中的杂质元素控制在P《0.025n/。，S《0.015%，[N]《0.0080%。本发明选择的合金元素主要作用在于C:碳对钢的强度、韧性、焊接性能影响很大。C含量低于0.015%时，难以获得高强度，而且焊接热影响区软化；碳高于0.075%时，加热时钢中固溶Nb量少，使高Nb含量的优势难以体现，且影响钢的焊接性能。Mm锰是提高强度和韧性的有效元素，对贝氏体转变有较大的促进作用，在超低碳条件下效果更为显著，而且成本十分低廉，因此在本发明中把Mn元素作为主要合金元素，Mn含量控制在1.63%2.0%。B:硼元素是超低碳贝氏体钢中较为重要的成分，它能够提高钢的淬透性，特别是在超低碳钢中加入微量的硼，可有效地抑制奥氏体向铁素体、珠光体的转变。硼含量低于0.0005%时，难以起到上述效果，硼含量高于0.0030%时，严重影响钢种韧性，因此控制B0.0005%0.0030%。Nb:铌是本发明钢中的重要添加元素，它能够有效地延迟变形奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，提高奥氏体再结晶温度，降低未再结晶轧制的轧制负荷，縮短待温时间，提高生产率，同时改善强度和韧性。它与微量的硼元素复合作用，可以显著地提高淬透性，促进贝氏体转变，可以起到Mo元素对贝氏体转变及提高强度的作用。Nb含量低于0.081%,和常规比较，上述作用不明显。Nb含量高于0.120时，明显影响钢种韧性及焊接性能，因此控制Nb0.081%0.120%Ti:加入微量的钛，是为了固定钢中的氮元素，从而确保硼元素的提高淬透性效果。在最佳状态下，钛、氮形成氮化钛，阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。钛低于0.005%时，固氮效果差，超过0.03%时，固氮效果达到饱和，过剩的6钛将会使钢的韧性恶化。Si:硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的强化作用，当含量低于0.2%时，冶炼难度增大；含量超过0.5%时，钢的清洁度下降，韧性降低，可焊性差。因此控制Si0.20%0.50%。Als:铝是脱氧元素，可作为A1N形成元素，有效地细化晶粒，其含量不足0.01%时，效果较小；超过0.05%时，脱氧作用趋于饱和，增加钢中夹杂物,对母材及焊接热影响区韧性有害。因此控制Als0.010%0.050%。Mo:钼有助于轧制时奥氏体晶粒的细化和微细贝氏体的生成，但是其成本高，且可焊性及韧性降低。本发明控制Mo0.30。/。0.6M。Cu:作为合金元素，除了增加强度外，还有利于获得良好的低温韧性。可利用Cu-B的综合作用进一步提高钢的淬透性，促进贝氏体的形成。本发明控制Cu0.70%1.25%Ni:在本发明中添加Ni元素的目的主要是阻止含Cu量高的钢坯在加热或热轧时产生裂纹的倾向，考虑经济性，在本发明中将Ni含量控制在0.50%1.50%。Cr:铬是本发明钢中的重要添加元素，以提高钢的强度。从经济性、焊接性能和强度等方面考虑，在本发明中将Cr含量控制在0.50%0.95%。钢中的杂质元素的上限控制在P《0.02。/。，S《0.01。/。为宜，含量越低，钢种性能越好。本发明低碳高铌超高强度焊接结构用钢板的制造方法在冶炼过程中进行铁水预处理，采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，尽可能深脱碳；采用VD、RH、LF等进行精炼处理，并进行微合金化；Ca理，结合钢中S含量和出钢量，喂Si-Ca线，控制硫化物形态，提高延性和韧性，减小钢板横向和纵向性能差；连铸采用电磁搅拌，减少元素偏析；在轧制过程中采用高温轧制(HTP)+弛豫——析出——控制相变(RPC)工艺；轧前加热最高温度确定在1220°C，以保证获得细小的奥氏体晶粒，加热温度下限为U4(TC，以便能有足够量的Nb溶入奥氏体，有利于轧制过程再结晶的延迟和轧后冷却过程中贝氏体、马氏体的形成以及回火过程的析出强化；采用两阶段控轧，再结晶区轧制温度控制在》1000。C，未再结晶区轧制温度控制在970°C(Ar3+0°C100°C);未再结晶区积累变形量大于60%，以便积累足够高的位错密度；轧后弛豫时间10150s，随后加速冷却，冷却速度范围控制在1040°C/S，冷速低于1(TC/S，强度不足；终止冷却温度《400'C，之后空冷。终止冷却温度高于400'C则强度不足。为了获得最佳效果，本发明钢板需要进行回火处理，最佳回火温度为50(TC680。C。在回火过程中，通过Cu、Nb的析出强化提高钢的强度，同时改善钢的韧性和塑性。本发明的有益效果本发明成分设计采用低C和高Nb含量，提高了未再结晶控轧开轧温度，轧制负荷小，待温时间短，生产效率高，降低了生产成本；因碳含量和碳当量都比较低，焊接性能良好；结合HTP+RPC+T(回火)工艺能获得韧性、塑性良好，屈服强度大于960N/mm2级别的超高强度焊接结构用钢板。具体实施例方式下面通过实施例对本发明作进一步的描述。本发明实施例钢种的化学成分见表1。本发明实施例相应钢种的工艺参数见表2。本发明实施例相应钢种的力学性能见表3。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表3、本发明钢种实施例的力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>权利要求1.一种低碳高铌超高强度焊接结构用钢板，其特征在于该钢的化学成分重量百分比为C0.015％～0.075％、Si0.20％～0.50％、Mn1.63％～2.0％、Nb0.081％～0.12％、Ti0.005％～0.030％、B0.0005％～0.0030％、Cr0.50％～0.95％、Cu0.70％～1.25％、Ni0.50％～1.50％、Mo0.30％～0.60％、Als0.010％～0.050％、P≤0.025％、S≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的低碳高铌超高强度焊接结构用钢板，其特征在于在所述钢中以重量百分比计还含有V《0.07%。3.根据权利要求1或2所述的低碳高铌超高强度焊接结构用钢板，其特征在于所述钢中的Ni含量根据Cu含量而定，且Ni/Cu》0.5。4.一种权利要求1所述钢板的制造方法，包括以下工艺步骤铁水预处理一转炉冶炼一精炼一连铸一轧制，其特征在于轧制过程采用HTP+RPC工艺，轧前加热温度为11401220°C，采用两阶段控轧，再结晶区轧制温度^1000。C,未再结晶区轧制温度为990°C(Ar3+0°C100°C)，未再结晶区积累变形量大于60%，轧后弛豫时间10150s，随后加速冷却，冷却速度为1040°C/S，终止冷却温度《400aC，之后空冷，最后对钢板进行回火处理，回火温度为50068(TC。全文摘要本发明提供一种低碳高铌超高强度焊接结构用钢板，其化学成分C0.015％～0.075％、Si0.20％～0.50％、Mn1.63％～2.0％、Nb0.081％～0.12％、Ti0.005％～0.030％、B0.0005％～0.0030％、Cr0.50％～0.95％、Cu0.70％～1.25％、Ni0.50％～1.50％、Mo0.30％～0.60％、Al<sub>s</sub>0.010％～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质。该钢板的制造方法铁水预处理—转炉冶炼—精炼—连铸—轧制，轧制过程采用HTP+RPC工艺，轧前加热温度为1140～1220℃，采用两阶段控轧。本发明采用低C高Nb，提高了未再结晶控轧开轧温度，待温时间短，生产效率高；碳含量和碳当量低，焊接性能良好；采用HTP+RPC+回火工艺能获得韧性、塑性良好，屈服强度≥960N/mm<sup>2</sup>级别的焊接结构用钢板。文档编号C22C38/58GK101619422SQ20081001214公开日2010年1月6日申请日期2008年6月30日优先权日2008年6月30日发明者侯华兴,明刘,群孙,尚成嘉,涛张,静李,颖杨,杨善武,贺信莱,轶隋,马玉璞,松黄申请人:鞍钢股份有限公司;北京科技大学