专利名称：抗拉强度800MPa级别低屈强比结构钢板及其制造方法
技术领域：
本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及ー种低合金低屈强比钢板及其制造方法。
背景技术：
能够节能的钢结构件的轻量化离不开其高強度和高韧性，而确保建筑、桥梁等钢结构在地震、火灾和事故发生时的安全性要求结构用钢具有加工硬化能力，屈強比是衡量钢的加工硬化能力的ー个重要參数。但是，随着钢级的升高，结构钢的屈服強度和抗拉强度均有不同程度的提高，且屈服強度提高更快，即屈强比升高，这就意味着钢板形变强化的幅度相对减小，从而危极结构用钢的安全性。 专利号为US6056833的美国专利公开了ー种热机械控轧高強度低屈強比耐大气腐蚀钢，其化学成分按重量百分比为c 0. 08 O. 12%, Mn :0. 80 I. 35%, Si :0. 30 O. 65 Mo 0. 08 O. 35 %、V 0. 06 O. 14 %、Cu 0. 20 O. 40 %、Ni 彡 O. 50 %、Cr :O. 30 O. 70%,Nb く O. 04%,Ti く O. 02%,S く O. 01%,P く O. 02%,N 0. 001 O. 014%,余为Fe和微量杂质。控轧控冷后该钢的屈服强度为490MPa，屈强比彡O. 85。专利号为US5449420的美国专利公开了 “ー种高強度低屈強比钢”，其化学成分按重量百分比为C O. 15 O. 40%,Si 0. 10 O. 70%,Mn :I. O 2. 7%、Cr :1· O 3. 5%,AlS O. 01 O. 05%、P^O. 025%,S く O. 015%,Mo 0 L 0%,Ni :0 2. 5%、V :0 O. 10%,Ti :0 O. 10%、Nb:0 0.10%、B:0 0.0050%。余为Fe和微量杂质。该专利通过控制不同的成分配比来控制钢中马氏体或贝氏体的比例，从而有效保证钢板的屈強比< O. 75，但该钢种的碳含量较高，不利于钢板的焊接性能，Si的含量较高，钢的清洁度下降，韧性降低，可焊性差。另夕卜，上述两项专利都加入了价格较昂贵的合金元素V，生产成本高。申请号为2006100219038. 7，名为“低屈强比超细晶粒带钢的制造方法”的中国专利和申请号为03133872. 0，名为“ー种建筑用低屈強比耐火热连轧带钢的制造方法”的中国专利，虽提供了较低的屈強比，但是强度偏低，抗拉强度在400 510MPa。申请号为200410096795. 7的中国专利提供了一种高抗拉强度高韧性低屈强比贝氏体钢及其生产方法，主要化学成分含量(wt% )为C O. 015% 0.08%、Si O. 26% O. 46%, Mn I. 5% I. 7%, Nb O. 015% O. 060%, Ti O. 005% O. 03%, B O. 0005% O. 003 %、Mo O. 2% 0.5%、Cu O. 4% 0.6%、Ni O. 26 % O. 40 %、Al O. 015%
0.05%，余为Fe及不可避免的杂质。采用TMCP+RPC+SQ方法进行生产，可实现抗拉强度为SOOMPa级别钢板的屈强比达到O. 85以下，同时大大提高了钢板的低温韧性。其添加了大量的Mo、Nb等贵重元素，增加成本。申请号为200410084699. O的中国专利提供了ー种低屈服比易焊接结构钢板及其生产方法，其化学成分的重量百分比如下C 0. 01% O. 10%，Si :
1.00% I. 50%，Mn :0· 80% I. 10%，P :彡 O. 020%，S :彡 O. 015%,Ni 0. 30% 3. 20%，Al :0. 02 % O. 03 %，Ti :0. 01 % O. 15 %，B :0. 0003 % O. 0010 %, N 0. 0020 % O. 0150%，余量为铁及不可避免杂质。该专利虽然有较低的焊接裂纹敏感性系数和屈強比，但采用大量的贵重元素Ni，成本増加。而且上述ニ项专利仅适用于抗拉強度700MPa级别以上的钢板的生产，又均添加了微量的B元素，而B在冶炼过程中难于控制，易偏聚，引起热脆性，増加热压カ加工难度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种成本低、生产エ艺简単、抗拉强度SOOMPa级别、屈强比彡O. 85的结构钢板及其制造方法。本发明抗拉强度SOOMPa级别低屈強比结构钢板的化学成分以低C为基本特征，以成本低廉的Mn、Cr等元素作为主要添加元素，其化学成分(重量百分比)为C :0. 02% O. 08%, Si :0. 30% O. 50%, Mn :1. 50% I. 80%, Nb :0. 02% O. 04%, Ti :0. 005% O. 030%,Mo :0. 010% O. 19%, Cr :0. 30% O. 45%, Cu :0. 10% O. 29%, Ni :0. 10% O. 40%, Als 0. 010% O. 070%, P 彡 O. 025%, S 彡 O. 015%，余量为 Fe 及不可避免的杂 质。本发明成分设计理由C :碳对钢的強度、韧性和焊接性能、冶炼成本影响很大。碳低于O. 02%则需要真空冶炼，碳高于O. O8 %，则使延伸率和韧性下降，本发明确定碳含量的范围为O. O2 % O. 08%。Mn:锰是提高強度和韧性的有效元素，对贝氏体转变有较大的促进作用，而且成本十分低廉。该元素含量在一定的范围内増加钢强度的同时几乎不降低钢的塑性和韧性。Mn降低了 Υ-α的转变温度，増加了相变时α的形核率，细化了铁素体晶粒；Μη能扩大Y区，使钢的热塑性加工温度范围扩大，有利于控制轧制エ艺的实施，増加低温区累积变形量和降低终轧温度使铁素体晶粒进ー步细化。这就是国际上在设计钢的成分时多采用“低”碳“高”锰来提高钢的强度的原因。因此在本发明中合适区间Mn I. 5% 1.8%。Si :硅是炼钢脱氧的必要元素，也可以起到固溶強化作用，提高钢的強度，Si还可以提高钢的抗腐蚀性能，但是Si含量太高，钢的清洁度下降，韧性降低，可焊性差。会降低钢的韧性，对焊接性能也不利。在本发明中将硅限定在O. 30% O. 50%的范围内。Nb :铌是本发明的重要添加元素。加热时未溶解的Nb的碳、氮化物颗粒分布在奥氏体晶界上，可阻碍钢在加热时奥氏体晶粒长大；它能够有效地延迟变形奥氏体的再結晶，阻止奥氏体晶粒长大，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒，同时改善強度和韧性；它可以提高钢的淬透性，促进贝氏体转变；在轧制过程中有些铌的碳化物在位错、亚晶界上沉淀以进一歩阻碍动态再结晶和轧后静态再结晶的产生；在Υ-α相变中发生沉淀，形成非常细小的合金碳化物，起沉淀强化的作用；Nb对屈服強度和抗拉强度尤其对屈服強度的提高效果很大。在本发明中将Nb含量限定在O. 02% O. 04%范围内。Ti :钢中加入微量的钛，是为了使钛、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O. 005%时，固氮效果差，超过O. 03%吋，固氮效果达到饱和，过剩的钛将会使钢的韧性恶化。当钢中的Ti、N原子之比为I : I吋，TiN粒子最为细小且分布弥散，对高温奥氏体晶粒的细化作用最強，不仅可获得优良的韧性，而且能够实现30KJ/cm以上的大线能量焊接。此时相应于Ti、N重量之比为3. 42，故在本发明中，结合钢中N的含量以及便于连铸的需要，将钛成分控制在O. 005%到0.03%。最佳控制为Ti、N重量之比为3. 42左右。Al :铝是脱氧元素，井能与N结合形成弥散度较大的A1N，从而減少了以间隙相存在的自由N，降低钢的韧脆性转变温度，改善钢的低温冲击性能，有效地细化晶粒。其含量不足O. 010%吋，效果较小；超过O. 070%时，脱氧作用达到饱和；再高则对母材及焊接热影响区韧性有害。所以，本发明中铝含量控制在O. 010% O. 070%。Cr :加入Cr元素主要是保证钢的耐大气腐蚀性能，促进贝氏体转变，有助于轧制时奥氏体晶粒的细化和微细贝氏体的生成，提高抗拉强度。因而，在本发明中Cr含量的区间在 O. 30% O. 45%。Cu:铜元素不仅对焊接热影响区硬化性及韧性没有不良影响，又可使母材的強度提闻，并使低温朝性大大提尚，还可提闻耐蚀性。在贝氏体钢中加入铜，可进一步提闻钢的淬透性，促进贝氏体的形成，进ー步使基体強化；但Cu含量高时钢坯加热或热轧时易产生裂纹，恶化钢板表面性能，必须添加适量的Ni以阻止这种裂纹的产生。在本发明中将铜含量控制在O. 10% O. 29%之间。Ni :镍元素对钢的焊接热影响区硬化性及韧性没有不良影响，且能够提高钢的耐蚀性，并使钢的低温韧性大大提高。镍为贵重元素，导致钢的成本大幅度上升，经济性差。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。为了减少Cu的热脆现象，故在本发明中将Ni含量控制在O. 10% O. 40%之间。Mo :抑制先共析铁素体的形成，促进贝氏体转变。钥在钢中能增加碳化物的形核位置，使形成的碳化物更细小、更多，从而提高钢板的屈服強度。钥的质量分数増加，推迟先共析铁素体转变的作用增强，强度增加。但Mo为贵重元素，导致钢的成本大幅度上升，经济性差。在本发明中将Mo含量控制在O. 010% O. 19%之间。钢中的杂质元素控制在P彡O. 025%, S彡O. 015%，以提高钢的韧性。本发明钢的生产エ艺如下冶炼、连铸工艺进行铁水预处理，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处理，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，以减少元素偏祈。轧制エ艺(轧制过程采用TMCPエ艺)轧前钢坯加热温度为1040 1230°C，上限选择1230°C，可以保证获得细小的奥氏体晶粒，下限选择1040°C，以便能有相当量的合金元素溶入奥氏体，有利于轧后冷却过程中贝氏体的形成；采用两阶段控轧，再结晶区轧制温度控制在彡1000°C，未再结晶区轧制温度控制在950°C (Ar3+0°C 100°C )，积累变形量大于50% ；轧后加速冷却，本发明冷却速度为30 60°C/s，终止冷却温度为100 300°C，之后空冷。提高冷却速率，细化组织，有利于提高钢种的強度和韧性。本发明钢种以成本低廉的Mn、Cr、Cu元素作为主要添加元素，不含V和B，采用低碳含量，焊接性能良好；本发明制造エ艺简单、无需复杂的热处理工序，生产周期短、成本低；本发明钢种不仅具有高強度(抗拉强度彡800MPa)、高韧性(_40°C冲击功彡120J)，还具有较低的屈強比(彡O. 85)。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明作进ー步的说明。本发明实施例钢的化学成分见表I，其轧制エ艺见表2，轧态力学性能见表3。表I本发明实施例钢的冶炼成分(Wt % )
权利要求
1.一种抗拉强度SOOMPa级别低屈强比结构钢板，其特征在于钢的化学成分重量百分比为C 0. 02 % O. 08 %、Si 0. 30 % O. 50 %、Mn : I. 50 % I. 80 %、Nb 0. 02 % O. 04%,Ti :0. 005% O. 030%,Mo :0. 010% O. 19%,Cr :0. 30% O. 45%,Cu :0. 10% O. 29%,Ni 0. 10% O. 40%,Als 0. 010% O. 070%,P ( O. 025%,S ( O. 015%，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.—种权利要求I所述抗拉强度SOOMPa级别低屈强比结构钢板的制造方法，包括冶炼、连铸和轧制，其特征在于轧前钢坯加热温度为1040 1230°C ;再结晶区轧制温度彡IOOO0C ;未再结晶区轧制温度950°C (Ar3+0°C 100°C )，积累变形量大于50% ;轧后加速冷却，冷却速度为30 60°C /s，终止冷却温度100 300°C，之后空冷。
全文摘要
本发明提供一种抗拉强度800MPa级别低屈强比结构钢板及其制造方法，其成分C0.02％～0.08％、Si0.30％～0.50％、Mn1.50％～1.80％、Nb0.02％～0.04％、Ti0.005％～0.030％、Mo0.010％～0.19％、Cr0.30％～0.45％、Cu0.10％～0.29％、Ni0.10％～0.40％、Als0.010％～0.070％，余为Fe。其方法包括冶炼、连铸和轧制，轧前钢坯加热温度1040～1230℃；再结晶区轧制温度≥1000℃；未再结晶区轧制温度950℃～(Ar3+0℃～100℃)，积累变形量大于50％；轧后冷却速度为30～60℃/s，终冷温度100～300℃。本发明钢种成本低，焊接性能好，具有高强度、高韧性和低屈强比，且制造工艺简单，无需复杂的热处理工序。
文档编号C21D8/02GK102851615SQ20111017999
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者杨颖 , 侯华兴, 张涛, 刘明, 张哲 申请人:鞍钢股份有限公司