一种屈服强度800MPa级热轧高强度钢及其生产方法与流程

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种屈服强度为800MPa级且具有良好韧性和焊接性能的热轧高强度钢及其生产方法。

背景技术：
随着世界经济的发展，资源、环境和能源的压力日益加大，环保和节能越来越受到钢铁行业的重视。开发具有节能、高效、长寿及性能优异的高强度钢，满足石油、煤炭、化工、电力、交通等国民经济关键行业发展的需要也是钢铁工业实现可持续发展的重要途径。目前用于造船、压力容器、海洋石油平台、石油和天然气输送管线、铁路运输及工程机械等行业的高强度钢，不仅需要具有较高的抗拉强度和屈服强度，而且需要良好的韧性和焊接性能，另外也希望在较低的制造成本条件下获得此类高强度钢。目前世界上很多钢铁研究人员已经进行了大量的高强度钢的开发工作，这些工作的主要思路是通过适宜的合金设计和轧制工艺（以及轧后热处理），来获得理想的组织形态和组织匹配，以达到高强度钢优良的综合性能。公开号为CN101928873A所公开的专利《一种高强度和超高强度钢板的加工方法》，采用C-Mn-Cr-Ni-Nb-B的合金设计，在热轧后通过感应加热方法进行预热、淬火和回火的方法生产屈服强度为710～1550MPa的高强度钢板。公开号为CN1390972A所公开的专利《低合金超高强度钢种》，采用C-Mn-Cr-Mo-V的合金设计，在热轧后通过调质处理（淬火＋高温回火）处理来生产屈服强度为797～1260MPa的高强度钢板。上述专利虽然可以生产屈服强度为800MPa级钢板，但都是利用了热轧＋离线热处理（调质、回火等）的方法，因此生产成本较高。为了能够降低生产成本，公开号为CN101932745A所公开的专利《高强度钢板及其制造方法》，通过热轧和轧后自回火处理得到屈服强度为817MPa的汽车用高强度钢，但其采用了较高的碳含量（0.33％）、较高的硅含量（1.52％）和较高的锰含量（2.3％），其延伸率为7.5％，强塑积（TS×EL）为11408MPa.%。该钢的碳当量较高（Ceq=0.713），焊接性能较差。另外该专利没有提供低温韧性，但其较高的碳含量和硅含量表明其低温韧性也较差。公开号为CN101041879A所公开的专利《热轧超高强度马氏体钢及其制造方法》，提供了一种利用热轧生产屈服强度为860MPa热轧卷板的方法，但这种高强度钢是通过大功率的卷取机在热轧后采用超低温卷取来生产的，且只能生产厚度为1—4mm的热轧卷板。可以看出，原有技术中利用热轧及轧后离线热处理的方法生产800MPa高强度钢，生产成本较高；采用较高碳、高硅和高锰的合金设计获得的800MPa级钢板，韧性和焊接性能较差；而利用超低温卷取的方法来生产或薄规格热轧卷板，则需要大功率卷取机且只能生产薄规格卷板。因此需要一种利用热轧方法生产具有良好韧性和焊接性能的800MPa级高强度钢板的方法。

技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种屈服强度为800MPa级热轧高强度钢及其生产方法，该高强度钢不仅具有较高的屈服强度，而且具有较高的塑性、韧性和较好的焊接性能；采用轧后快冷至250～150℃并缓慢冷却至室温的工艺，取消了轧后离线热处理，降低了生产成本。本发明是这样实现的：该屈服强度800MPa级热轧高强度钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.04%～0.07%，Si：0.20%～0.30%，Mn：1.65%～1.85%，P：0～0.015%，S：0～0.003%，Ni：0.25%~0.35%，Cr：0.20%～0.30%，Cu：0.20%～0.30%，Mo：0.20%～0.30%，Nb：0.05%～0.07%，Ti：0.010%～0.020%，Als：0.03%～0.06%其余为Fe和不可避免的杂质。本发明采用低C和低Si并添加Ni、Cr、Mo、Cu、Nb、Ti的合金设计，显著地降低了钢的碳当量，不仅有利于低温韧性，并保证钢板具有较好的焊接性能和低温韧性。本发明成分设计理由如下：C：在钢中形成间隙固溶体，起固溶强化作用，能显著地提高钢的强度且成本低廉。但碳含量过高，对低温韧性和焊接性能不利。本发明中碳含量为0.04%～0.07％。Si：在炼钢时为脱氧元素，在钢中起固溶强化作用，能显著地提高钢的强度，但加入过多会损害钢的延伸率、韧性和焊接性能，本发明的硅含量为0.20%～0.30％。Mn：提高钢的淬透性，降低钢的转变温度，同时具有固溶强化作用。但锰含量过多时一方面会在铸坯心部产生偏析，影响热轧后组织的均匀性，对低温韧性不利，另一方面会使马氏体转变温度下降，导致室温组织中有一定的残余奥氏体，影响钢的强度。由于钢中锰含量较高时，会加重铸坯心部的偏析和疏松。本发明中的锰含量为1.65%～1.85％。P：作为钢中的有害元素，对钢的延伸率、低温冲击韧性和焊接性能均有损害，其含量应尽可能控制在较低水平。因此本发明中P的含量为≤0.015％。S：作为钢中的有害元素，对钢的低温韧性有很大的损害。硫在钢中与锰形成硫化锰夹杂，不仅影响钢的韧性、延伸率、Z向性能、焊接性能，而且还会影响石油天然气管线用钢的抗氢致裂纹（HIC）性能。其含量应尽可能控制在较低水平。因此本发明中S的含量为≤0.003％。Cr：增加钢的淬透性，提高钢的强度，但Cr含量过高，钢中容易形成多种含Cr的碳化物，虽然钢的强度和硬度提高，却使钢的韧性下降。因此本发明中Cr的含量为0.20%～0.30%。Ni：提高淬透性和降低冷脆转变温度。但Ni含量过高，不仅使合金成本增加，而且会降低马氏体转变温度、增加孪晶马氏体的比例而不利于钢的韧性。因此本发明中Ni的含量为0.25%~0.35％。Cu：是钢中的一种耐蚀元素，并且在钢中能起到固溶强化作用。但为防止其在钢中引起热脆，其含量不应太高，并加入一定的镍。本发明中Cu的含量为0.20%～0.30％。Mo：在钢中推迟先共析铁素体转变，增加钢的淬透性，细化晶粒，提高钢的强度和韧性。本发明中Mo的含量为0.20%～0.30％。Nb：钢中的Nb（固溶Nb或应变诱导析出Nb）会显著地抑制奥氏体的再结晶，提高奥氏体的再结晶温度，使热轧在再结晶温度区间和未再结晶温度区间两个温度段进行轧制，通过控制轧制细化钢的显微组织。本发明中改为Nb含量为0.05%～0.07％。Ti：与钢中的C、N形成碳化物、氮化物或碳氮化物，在再加热和焊接预热时抑制奥氏体晶粒的长大，细化晶粒，显著提高钢板强度、韧性和焊接性能。由于钛与钢中氮的亲和力较强，在钢中容易形成氮化钛，因此钛还有固氮的作用，消除钢中的自由氮。但较高的钛含量，会在钢中形成粗大的氮化钛粒状，影响钢的强度和韧性。因此本发明中Ti的含量为0.010%～0.020％。本发明屈服强度800MPa级热轧高强度钢生产方法包括以下步骤：冶炼→连铸→再加热→粗轧→待温→精轧→冷却。其特征在于：铸坯再加热温度为1200～1250℃，促进钢中Nb、V的碳化物的充分溶解，部分溶解的含Ti碳化物能有效抑制奥氏体晶粒的长大。在奥氏体再结晶的温度范围进行粗轧，粗轧终轧温度为1010～980℃，奥氏体晶粒通过再结晶逐道次细化；粗轧结束后待温至930～950℃温度区间内进行精轧，精轧的终轧温度为830～805℃，在奥氏体的未再结晶温度～Ar3的温度范围进行精轧，奥氏体虽不发生再结晶，但其形状变为饼状，其内部存在大量的变形带，促进了相变后组织细化；轧后冷却分为两个阶段冷却：1）第一阶段以大于20℃/s的冷速淬火冷却至300～150℃，获得宽度约为80～240nm的细小的马氏体板条；2）第二阶段以＜30℃/h的冷速缓慢冷却至室温，在使马氏体产生的同时对相变后的马氏体进行自回火。本发明的基本思路：采用低C和低Si并添加Ni、Cr、Mo、Cu、Nb、Ti的合金设计，采用奥氏体再结晶和未再结晶两阶段轧制、轧后快速冷却至Ms点以下并缓冷之室温的工艺，生产出屈服强度为800MPa级并具有良好低温韧性和焊接性能的高强度钢。本发明技术方案的有益效果在于：采用热机械轧制＋直接淬火＋自回火技术，不需要离线淬火和或回火，简化了生产工艺，降低了钢的生产成本；采用低C设计和TMCP工艺，具有较好的低温韧性；碳当量降低至0.51以下，焊接性能提高。从实施效果看，本发明的高强度钢板屈服强度为800～875MPa，抗拉强度为960～1060MPa，延伸率为19～22％，-20℃冲击功为60～90J。附图说明图1为本发明实施例1钢板的显微组织。图2为本发明实施例2钢板的显微组织。图3为本发明实施例3钢板的显微组织。图4为本发明实施例4钢板的显微组织。图5为本发明实施例5钢板的显微组织。图6为本发明实施例6钢板的显微组织。具体实施方式下面通过实施例对本发明作进一步的说明。本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼与轧制。本发明实施例钢的化学成分见表1。本发明实施例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的力学性能见表3。表1实施例的化学成分（％）表2实施例钢的主要工艺参数表3实施例钢的力学性能