专利名称：一种稀土处理的高强高韧耐蚀钢板及其制备方法
技术领域：
本发明属于低合金高强度钢领域，特别涉及一种稀土处理的高强高韧耐蚀钢板。
背景技术：
随着工程机械、煤矿机械向装备大型化、轻量化、重载荷等方向发展，高强度钢板用量呈现不断增加的趋势，强度级别提高也很快，与此同时，复杂的使用工况环境不仅要求钢板具有高强高韧性能，还要求钢板具有良好的耐腐蚀性能。中国专利CN1218115公开了 “铜硼系低碳及超低碳贝氏体高强钢”，其成分设计上采用超低碳至低碳、低量铜及Nb-Ti-B的复合加入，利用铜硼等元素促使贝氏体相变，同时利用ε -Cu和Nb、Ti复合沉淀析出作用获取高强度；又如中国专利CN1280206公开了 “一种超低碳微合金高强钢”，它的具体化学成分为=C 0. 005-0. 015%, Si 0. 10-0. 50%, Mn 1. 0-1. 6%,P ( 0. 030%,S ^ 0. 030%,Nb 0. 02-0. 06%,Ti 0. 005-0. 040%，余为 Fe。它是在普通低碳微合金钢的基础上通过适当调整钢中的C含量并配以合理的工艺手段可使简单成分系的微合金钢的屈服强度达到800MPa ；又如中国专利CN101353759A公开了 “屈服强度^OMPa级低裂纹敏感性钢板及其制造方法”其化学成分为C 0. 005-0. 04%, Si
0.40-0. 70%, Mn :1. 40-1. 85%, Cr 彡 0. 20%, Mo 彡 0. 20%, Cu 彡 0. 30%, Ni 彡 0. 20%, Nb 0. 04-0. 08%、Al 0. 02-0. 06%,Ti 0. 004-0. 030%,B 0. 0005-0. 0020%，采用 TMCP 和控制冷却技术获得了强度韧性塑性良好匹配的以贝氏体为主的钢板。上述公开的钢种均获得了以贝氏体为主的基体组织，获得了高的强度、高的塑性和韧性，不足之处是未涉及钢的耐腐蚀性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种稀土处理的高强高韧耐蚀钢板及其制备方法，使钢板具备良好的耐腐蚀性能。本发明的突出优势在于通过加入稀土改变夹杂物形态，并使其交流阻抗的极化电阻增大，极化曲线的腐蚀电位正移，降低了腐蚀电流密度，抵制了均勻腐蚀， 显著改善了钢的耐蚀性，提高了钢板的抗HIC和SSC性能。本发明的技术方案本发明的化学成分按重量百分比为C :0. 04-0. 09 %、Si :0. 25-0. 50 %, Mn
1.4-1. 7%,P 彡 0. 020%, S 彡 0. 010%, Cr 彡 0. 45%, Mo 彡 0. 20%, Nb 0. 04-0. 05%, Ti 0. 005-0. 020%,B 0. 0005-0. 0025%, RE ^ 0. 0250%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。本发明的制备方法、主要工艺参数及原理分析如下1、加热和轧制加热温度1180-1220°C，保温时间为120-180分。采用两阶段控制轧制工艺，在奥氏体再结晶区轧制时，至少有1-2道次压下率控制在20-40%，在奥氏体未再结晶区轧制时，累积压下率大于60%，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 810-840 0C ο2、冷却轧制结束后，钢板进入加速冷却装置，按15_27°C /S的速度冷却至400_550°C。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，Ar3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勻弥散，最终得到粒状或板条状贝氏体、M/A岛、少量针状铁素体的整合组织。本发明的有益效果为1、本发明选择的主要合金元素及其数量在本发明钢中的作用如下碳(C)碳对钢的强度、低温冲击韧性、焊接性能产生显著影响。碳含量过低会使 NbC生成量降低，影响控轧效果，也会增大冶炼控制难度，碳含量过高，又会使钢冷却过程中贝氏体的生产量减少，因此，本发明设定的最佳碳含量为0. 04-0. 09%。硅(Si)本发明中硅含量控制在0.25-0. 50%，硅主要以固溶强化形式提高钢的强度，超过0.5%时，会造成钢的韧性下降。锰(Mn)本发明中锰含量控制在1.4-1.7%，锰的成本低廉，并且锰能促使贝氏体的转变，其固溶强化作用会使钢的抗拉强度大幅度上升，因此本发明中把锰作为主要合金元素。硼(B)为了获得高的强度，加入了成本较低的硼元素来增加钢的淬透性。硼可用作昂贵合金元素的替代品来促进沿整个钢板厚度方向上的显微组织均勻性。硼也可增大钼和铌对钢淬透性的提高作用，因而硼的加入可使低碳当量的钢获得高的强度，范围控制在 0. 0005-0. 0025% ο钼(Mo)和铬(Cr)钼存在于钢的固溶体和碳化物中，有固溶强化作用，并可提高钢的淬透性。尤其在含硼钢中，钼对淬透性的影响尤为显著，在相当大的冷却速度范围内可获得全部是贝氏体的组织。当钼与铌同时加入时，钼在控制轧制过程中可增大对奥氏体再结晶的抑制作用，进而促进奥氏体显微组织的细化。但过多的钼会损害焊接时形成的热影响区的韧性，降低钢的可焊性.钼价格昂贵，为了降低成本，本发明用铬替代了部分钼，铬含量不超过0. 45%，钼含量不超过0. 20%。铬也是提高淬透性的有效元素，同时也可显著提高钢的耐腐蚀性能。铌(Nb)铌的加入是为了促进钢材轧制显微组织的晶粒细化，这可同时提高强度和韧性，存在钼的条件下，铌可在控制轧制过程中通过抑制奥氏体再结晶有效地细化显微组织，并通过析出强化和提高淬透性使钢得以强化。钢中含硼的条件下，铌的共同存在可提高淬透性。微量铌析出物是保证超低碳贝氏体钢组织及性能回火稳定性的主要原因。焊接过程中，铌、硼原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织。铌、硼等元素有强烈的相互作用，它们的同时加入大幅度改变钢种的相变温度，保证贝氏体相变在更低温度下进行，最终实现超细组织的形成。钛(Ti)钛可形成细小的钛的碳、氮化物颗粒，在板坯再加热过程中可通过阻止奥氏体晶粒的粗化从而得到较为细小的奥氏体显微组织。另外，钛的氮化物颗粒的存在可抑制焊接热影响区的晶粒粗化。因而，钛可同时提高基体金属和焊接热影响区的低温韧性。 它可以阻止游离氮由于形成了硼的氮化物而对钢的淬透性产生的不利影响，含量不超过 0. 02%为宜。稀土(RE)稀土铈(Ce)的加入，使钢的内锈层致密，而且与基体的结合力变强，不易脱离，可以阻止大气中O2和H2O的扩散，从而降低了腐蚀速度。在Mn-Nb系低合金高强度钢中加入稀土可以显著改善钢的冷弯性能、冲击性能、低温冲击韧性和耐磨性，大大改善了钢的加工性能并提高其使用寿命。2、本发明所述的化学成分配比，大幅度降低C含量，并且以Mn和Cr等元素替代部分Mo和Ni等贵重元素，且合金元素含量少，降低了合金成本。3、本发明所述的化学成分配比，并经过稀土处理后，采取上述工艺可以得到一种屈服强度600MPa以上，抗拉强度700MPa以上，Akv(-20°C ) 120J以上，同时具有良好抗HIC 和SSC腐蚀性能的钢板。
图1为本发明实施例1钢板的金相组织图。
具体实施例方式以下用实施例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所示的化学成分冶炼，并浇铸成钢锭，将钢锭加热至1220°C，保温150分钟，在实验轧机上进行第一阶段轧制，开轧温度为1170°C，至少有1-2道次压下率控制在 20-40%，当轧件厚度为30mm时，在辊道上待温至920°C，随后进行第二阶段轧制，终轧温度为840°C，成品钢板厚度为12mm。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530°C，出水后冷床冷却。实施例2实施方式同实施例1，其中加热温度为1200°C，保温150分钟，第一阶段轧制的开轧温度为1160°C，轧件厚度为36mm，第二阶段轧制的开轧温度为910°C，终轧温度为830°C， 成品钢板厚度为12mm ；钢板冷却速度为25°C /s，终冷温度为500°C。实施例3实施方式同实施例1，其中加热温度为1200°C，保温150分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1150°C，轧件厚度为36mm ；第二阶段轧制的开轧温度为910°C，终轧温度为820°C，成品钢板厚度为12mm ；钢板冷却速度为27°C /s，终冷温度为480°C。表1本发明实施例1-3的化学成分(wt % )
权利要求
1.一种稀土处理的高强高韧耐蚀钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分按重量百分比为 C 0. 04-0. 09%, Si 0. 25-0. 50%, Mn 1. 4-1. 7%, P ^ 0. 020%, S ^ 0. 010%, Cr 彡 0. 45%,Mo 彡 0. 20%,Nb :0. 04-0. 05%,Ti :0. 005-0. 020%,B :0. 0005-0. 0025%,RE ^ 0. 0250%，余量为！^和不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述的稀土处理的高强高韧耐蚀钢板的制造方法，其特征在于 按照权利要求1所述的的化学成分冶炼，并浇铸成钢锭，将钢锭制造成所述钢板的方法如下1)、加热和轧制(a)、在加热过程中，加热温度为1180-1220°C，保温时间为120-180分；(b)、轧制轧制分为第一阶段和第二阶段轧制第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，轧制过程中，开轧温度为1130-1180°C，至少有1-2 道次压下率控制在20-40% ；第二阶段在奥氏体未再结晶区轧制，轧制过程中，累积压下率大于60%，终轧温度为 810-840 0C ；2)、冷却在冷却过程中，钢板进入加速冷却装置，以15-27°C /s的速度冷却至400-550°C，出水后空冷。
全文摘要
一种稀土处理的高强高韧耐蚀钢板及其制备方法，属于低合金高强钢领域，其特征是所述钢板的化学成分按重量百分比为C0.04-0.09％、Si0.25-0.50％、Mn1.4-1.7％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr≤0.45％、Mo≤0.20％、Nb0.04-0.05％、Ti0.005-0.020％、B0.0005-0.0025％、RE(Ce)≤0.0250％，余量为Fe和不可避免的杂质。按上述的的化学成分冶炼，并浇铸成钢锭，将钢锭制造成所述钢板的方法如下加热温度为1180-1220℃，保温时间为120-180分；第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，第二阶段在奥氏体未再结晶区轧制，终轧温度为810-840℃；出水后空冷。本发明通过稀土处理，获得了细化贝氏体为主的基体组织，从而获得了强度、塑性和韧性的良好匹配，同时钢板具有良好的抗HIC和SSC腐蚀性能。
文档编号C22C38/14GK102363856SQ20111028851
公开日2012年2月29日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者张辉, 杨雄, 温利军, 王海明 申请人:内蒙古包钢钢联股份有限公司