专利名称：一种600MPa级低合金高强度特厚钢板及其生产方法
技术领域：
本发明属于低合金高强度钢板生产技术领域，特别涉及一种600MPa级低合金高强度特厚钢板及其生产方法。
背景技术：
低合金高强度结构钢以其较低的合金含量、较高的强韧性、良好的焊接性能，广泛用于桥梁、建筑结构、机械行业等领域。随着我国经济的快速发展，各行业对低合金高强度结构钢产品，无论从数量上还是从品种质量上都已提出了较高的要求。通过成分、轧制工艺的改进和创新，从而使得组织控制更为精确有效，利用较低的合金成本获得较高强度、优异强韧性、良好焊接性能的结构钢特厚板。
对比案例1:在本发明申请之前，公开号为CN 1537968A的中国发明专利公开说明了一种屈服强度460MPa级低合金高强度结构钢板材的制造方法，该结构钢采用高Nb-Ti系合金设计，C 0. 13 O. 20%、Si 0. 2 O. 5%, Mn 1. 3 1. 7%、Nb 0. 01 O. 02%、Ti 0. 005 O. 01%、Als :0. 005 O. 015 ;加热温度120(Tl250°C，分两阶段轧制。该钢添加贵重金属Nb、Ti合金，铸坯加热温度高。该发明钢板实施例上的厚度大都在12 30_规格区间，与本专利申请中所述5(Tl00mm高强度特厚板的规格范围不同。对比案例2 :在本发明申请之前，公开号为CN 101463449A的中国发明专利“64(T800MPa高强度工程机械用钢及其生产方法”中公开了一种具有高强度工程机械用钢的生产方法。该钢的化学成分按质量百分比为C :0. 12^0. 17%、S1:0. 2^0. 5%、Mn 1. 3 1. 67%、P ^ O. 020%、S ^ O. 013%、V 0. 09 O. 15%、Nb 0. 035 O. 060% ;该钢板采用Nb-V的合金体系，合金成本高，且钢板的的厚度规格仅为l(T40mm，与本专利申请中所述5(Tl00mm高强度厚板的规格范围不同。对比案例3 :在本发明申请之前，公开号为CN 102041438 A的中国发明专利申请公布说明书“低合金高强度结构钢Q460C特厚板及其生产方法”公开了一种低合金高强度结构钢Q460C特厚板的生产方法。该结构钢采用V-Nb-N1-Ti微合金成分设计体系，钢水采用VD真空Ca脱气处理，模铸浇注，轧后采用正火热处理。该钢板生产成本较高，采用模铸和正火的生产工艺进行生产，与本专利申请中所述的高强度特厚板的生产方法所采用的生产方法不同。目前大于50mm规格600MPa级别的高强度结构钢特厚板的生产大部分采用添加Mo,Ni,Nb,V,Ti等微合金元素中的两种或两种以上复合加入，采用控轧控冷的轧制工艺，轧后多采用回火热处理，其合金成本及生产成本均较高。钢种中添加较多的微合金元素，不利于焊接性能，同时也增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种600MPa级低合金高强度特厚钢板及其生产方法。特别针对厚度为5(Tl00mm具有低成本、高强韧性、良好焊接性能的特厚钢板，该钢板无需添加Mo、N1、Nb、Ti等贵重金属元素，仅在普碳钢基础上，添加V元素，利用V-N微合金化，采用控轧、控冷工艺，尤其是UFC (超快速冷却)+ACC (加速层流冷却)冷却工艺，采用堆垛缓冷措施，无需进行轧后热处理，利用细晶强化、析出强化、弥散强化等作用，即可生产出强度大于600MPa、-20°C V型缺口冲击功彡180J的高强度特厚钢板。本发明所述的一种600MPa级低合金高强度特厚钢板，其化学成分的重量百分比为C 0. 15 O. 18%、Si 0. 20 0· 50%、Mn 1. 30 1· 60%、P ^ O. 02%、S ^ O. 015%、Alt O. 01 O. 05%、V 0. 03 O. 09%、N 0. 005 O. 020%,余量为 Fe 和夹杂。本发明所述钢板成分中各元素的作用如下C :是钢中最基础、最经济的强化元素，通过固溶强化和析出强化提高钢的强度，但C影响钢的韧性和焊接性能。综合考虑，在保证强度的同时，适当控制碳含量。 Mn :是固溶强化元素，能够通过固溶强化来提高钢的强韧性。S1:是固溶强化元素，能够提高钢的强度和硬度。P和S :—般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。在本钢中属于有害元素，应控制磷和硫的含量。Alt :是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。V和N :是本钢中添加的两种重要元素。V与C和N结合形成V (C，N)化合物，钒的碳氮化合物可以在晶界和晶内的亚结构等部位析出，促进铁素体在晶内和晶界形成，使得铁素体、珠光体均匀分布在晶内和晶界，细化晶粒。通过控制冷却速度可以控制钒氮化物的弥散析出程度和析出物尺寸，起到弥散强化和析出强化作用。针对一种600MPa级低合金高强度特厚钢板的生产方法，具体工艺步骤及技术参数如下(I)冶炼采用“转炉冶炼-钢包炉精炼-板坯连铸”工艺，在钢包炉精炼后期加入VN合金料，控制钢水中钒氮含量比为5 8。(2)加热钢坯加热温度为1150 1200认以保证钢坯在加热炉内充分奥氏体化。(3)轧制采用两阶段控制轧制，控温厚度为成品厚度的2 3倍，终轧温度为800 850。。。(4)冷却钢板精轧后采用UFC (超快速冷却)+ACC (加速层流冷却)系统在线加速冷却，终止冷却温度为60(T65(TC，冷却速度为5 10°C /S，水冷后钢板进行堆垛缓冷24 48小时。本发明的优点在于(I)本发明提供了 600MPa级低合金高强度特厚板的化学成分，没有添加Mo、N1、Nb、Ti等贵重金属元素，仅添加适量V、N元素，采用低合金、低成本生产路线。(2)本发明提供了 600MPa级低合金高强度特厚板的生产方法，通过两阶段轧制、UFC (超快速冷却)+ACC (加速层流冷却)冷却工艺、堆垛缓冷措施，利用细晶强化、析出强化、弥散强化等作用，细化相变组织，提高钢板强韧性。(3)本发明提供的生产方法，无需进行轧后热处理，通过控轧控冷工艺和堆垛缓冷措施，实现5(Tl00mm厚规格600MPa级低合金高强度特厚板的稳定生产。简化生产工艺，提高生产效率，减少能耗，降低生产成本。
图1为实施例2中75mm规格钢板的金相组织图。
具体实施例方式实施例1 :50mm 规格钢板的化学成分为0· 158% C-0. 31% S1-L 41% Mn-O. 012% P-0. 005%S-0. 038% Alt-O. 055% V- O. 0086% N。
生产方法为( I)冶炼采用“转炉冶炼-钢包炉精炼-板坯连铸”工艺，在钢包炉精炼后期加入VN合金料，控制钢水中钒氮含量比为6. 4。(2)加热钢坯加热温度为1181°C。(3)轧制采用两阶段控制轧制，控温厚度为150mm，终轧温度为830°C。(4)冷却钢板精轧后采用UFC (超快速冷却)+ACC (加速层流冷却)系统在线加速冷却，终止冷却温度为633°C，冷却速度为9°C /S，水冷后钢板进行堆垛缓冷30小时。通过上述方法，得到低合金高强度特厚板的力学性能为抗拉强度645MPa，延伸率 20%，-20°C冲击功值 203J、196J、192J。实施例2 75mm 规格钢板的化学成分为0· 161% C-0. 30% S1-L 43% Mn-O. 010% P-0. 006%S-0. 040% Alt-O. 062% V- O. 0089% N。生产方法为( I)冶炼采用“转炉冶炼-钢包炉精炼-板坯连铸”工艺，在钢包炉精炼后期加入VN合金料，控制钢水中钒氮含量比为7。(2)加热钢坯加热温度为1180°C。(3)轧制采用两阶段控制轧制，控温厚度为180mm，终轧温度为843°C。(4)冷却钢板精轧后采用UFC (超快速冷却)+ACC (加速层流冷却)系统在线加速冷却，终止冷却温度为635°C，冷却速度为8°C /S，水冷后钢板进行堆垛缓冷36小时。通过上述方法，得到低合金高强度特厚板的力学性能为抗拉强度627MPa，延伸率 22%，-20°C冲击功值 198J、189J、193J。实施例3 90mm 规格钢板的化学成分为0· 165% C-0. 33% S1-L 40% Mn-O. 011% P-0. 008%S-0. 041% Alt-O. 051% V- O. 0093% N。生产方法为( I)冶炼采用“转炉冶炼-钢包炉精炼-板坯连铸”工艺，在钢包炉精炼后期加入VN合金料，控制钢水中钒氮含量比为5. 5。(2)加热钢坯加热温度为1181°C。(3)轧制采用两阶段控制轧制，控温厚度为200mm，终轧温度为840°C。(4)冷却钢板精轧后采用UFC (超快速冷却)+ACC (加速层流冷却)系统在线加速冷却，终止冷却温度为640°C，冷速为8°C /S，水冷后钢板进行堆垛缓冷40小时。通过上述方法，得到低合金高强度特厚板的力学性能为抗拉强度625MPa，延伸率 23%，-20°C冲击功值 188J、185J、187J。实施例4 IOOmm 规格钢板的化学成分为0. 175% C-0. 32% S1-L 42% Mn-O. 009% P-0. 005%S-0. 043% Alt-O. 065% V- O. 0097% N。生产方法为( I)冶炼采用“转炉冶炼-钢包炉精炼-板坯连铸”工艺，在钢包炉精炼后期加入VN合金料，控制钢水中钒氮含量比为6. 7。(2)加热钢坯加热温度为1185°C。 (3)轧制采用两阶段控制轧制，控温厚度为200mm，终轧温度为845°C。(4)冷却钢板精轧后采用UFC (超快速冷却)+ACC (加速层流冷却)系统在线加速冷却，终止冷却温度为645°C,冷却速度为6°C /S，水冷后钢板进行堆垛缓冷48小时。通过上述方法，得到低合金高强度特厚板的力学性能为抗拉强度617MPa，延伸率 22. 5%，-20°C冲击功值 192J、189J、190J。
权利要求
1.一种600MPa级低合金高强度特厚钢板，其特征在于，化学成分的重量百分比为c:O.15 O. 18%, Si 0. 20^0. 50%, Mn 1. 30 L 60%, P :彡 O. 02%, S :彡 O. 015%, Alt 0. θΓθ. 05%、V 0. 03 O. 09%、N 0. 005 O. 020%,余量为 Fe 和夹杂。
2.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，钢板厚度规格为5(Tl00mm。
3.—种权利要求1所述的600MPa级低合金高强度特厚钢板的生产方法，其特征在于，具体工艺步骤及技术参数如下 (1)冶炼采用“转炉冶炼-钢包炉精炼-板坯连铸”工艺，在钢包炉精炼后期加入VN合金料，控制钢水中钒氮含量比为51 ； (2)加热钢坯加热温度为115(Tl200°C，到钢坯在加热炉内奥氏体化； (3)轧制采用两阶段控制轧制，控温厚度为成品厚度的2 3倍，终轧温度为800^850 0C ； (4)冷却钢板精轧后采用超快速冷却和加速层流冷却，终止冷却温度为60(T65(TC，冷却速度为5 10°C /S，水冷后钢板进行堆垛缓冷2Γ48小时。
全文摘要
一种600MPa级低合金高强度特厚钢板及其生产方法，属于低合金高强度钢板生产技术领域。该钢板化学成分的重量百分比为C0.15~0.18%、Si0.20~0.50%、Mn1.30~1.60%、P≤0.02%、S≤0.015%、Alt0.01~0.05%、V0.03~0.09%、N0.005~0.020%，余量为Fe和夹杂。钢板采用控轧、控冷工艺，尤其是超快速冷却和加速层流冷却工艺制度。优点在于，本发明采用低合金、低成本生产路线；生产过程无需进行轧后热处理，简化生产工艺，提高了生产效率，降低了生产成本。
文档编号C21D8/02GK103014491SQ201210564130
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者顾林豪, 刘春明, 邹扬, 刘金刚, 张苏渊, 宋欣 申请人:首钢总公司