550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板及其制造方法与流程

本发明属于钢铁冶金
技术领域：
，具体涉及一种550MPa级的易焊接特厚钢板。
背景技术：
：屈服强度大于550MPa级别高强高韧性特厚钢板广泛用于海工、核电、水电等大型钢结构工程中，并作为主要承重钢板用于关键部位。在设计上，不仅要求具有高强度高韧性，为保证工程的安全，还需要具有良好的易焊接性和抗层状撕裂性能。随着材料性能的不断提升和工程难度的增大，对材料的焊接性和低温冲击韧性提出了更高的要求，尤其是最大厚度到120mm的特厚钢板，要求屈服强度≥550MPa，碳当量≤0.55，冷裂纹敏感指数≤0.24，-60℃低温冲击功≥100J以上。目前该类钢板国内未见报道。专利公告号CN102191430A的发明专利，提出了一种屈服550MPa易焊接高强高韧性钢板及其制造方法，通过控轧控冷工艺，生产厚度小于等于100mm的易焊接特厚钢板，Pcm值≤0.19，-20℃夏比冲击功≥150J，未见120mm厚度和-60℃低温冲击韧性的描述。专利公告号号CN101230444采用控轧控冷+回火工艺，提供一种屈服强度≥570MPa，抗拉强度≥690MPa，-20℃低温冲击韧性≥120J的钢板，未见厚度描述和-60℃低温韧性描述。专利公告号CN101787489A采用控轧控冷的工艺，提供一种屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥670MPa，-40℃低温冲击韧性≥200J的钢板及其制造方法。没有涉及到-60℃低温冲击韧性和120mm厚度钢板的制造方法。现有技术中，550MPa级别的钢板，要想获得易焊接的特性（碳当量小于0.55，Pcm小于0.24），则钢板的厚度还无法超越100mm。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种可在-60℃条件下使用的厚度可达120mm的、屈服强度550MPa以上，碳当量≤0.55、冷裂纹敏感系数（Pcm）≤0.24的易焊接高强高韧性抗层状撕裂钢板及其制造方法。本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种550MPa级特厚易焊接高韧性抗层状撕裂钢板，所述钢板以Fe为基础元素，且包含如下质量百分比的化学成分：C0.05-0.08%，Si0.2-0.4%，Mn1.4-1.6%，Al0.02-0.04%，Nb0.01-0.03%，V0.03-0.05%，Cr0.3-0.5%，Ni0.6-0.8%，Mo0.2-0.4%，Ti0.01-0.02%，B0.001-0.002%，P≤0.015%，S≤0.003%，N≤0.007%，碳当量≤0.55，余量为不可避免的杂质，焊接裂纹敏感系数Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.24，钢板的厚度为70-120mm。本发明钢板的力学性能满足：屈服强度550MPa以上，抗拉强度670-830MPa，延伸率≥19%，-60℃下钢板的1/4厚度和1/2厚度处夏比冲击功均≥100J，Z向断面收缩率≥35%。本发明中所有化学组分的作用及其含量选择理由具体说明如下：C：以固溶强化形式提高钢的强度，影响强度、淬透性和焊接性的主要元素；碳含量过高会对钢的韧性及焊接性产生不利影响，碳含量过低则会导致钢板淬透性不足，强度偏低。综合考虑，本发明C含量选择范围为0.05-0.08%。Si：以固溶强化形式提高钢的强度，脱氧元素，过低则影响脱氧效果，过高会对表面质量、韧性及焊接性能产生不利影响，综合考虑，本发明Si含量选择范围为0.2-0.4%。Mn：以固溶强化形式提高钢的强度，弥补C降低而导致的不足，影响强度、淬透性和焊接性的主要合金元素。过低则无法起到固溶强化的作用，过高会对钢的焊接性产生不利影响；同时，还容易产生偏析。本发明Mn含量的选择范围为1.41.60%；Al：脱氧和固氮主要元素，还有细晶强化的作用。本发明Al含量的选择范围为0.02-0.04%。Nb：具有钉扎强化和析出强化作用，能够细化奥氏体晶粒，有利于强度和韧性的提高。本发明Nb含量的选择范围为0.01-0.03%。V：碳氮化物形成元素，以弥散强化的形式提高钢的强度和韧性，细化铁素体晶粒度，含量过高则会对焊接性产生不利影响。本发明V含量的选择范围为0.03-0.05%。Cr：中等碳化物形成元素，能够提高钢的淬透性和强度，弥补C含量较低导致强度和淬透性下降的不足。添加过量，则会对钢的低温冲击韧性和焊接性产生不利影响。本发明Cr含量的选择范围为0.3-0.5%。Ni：能够同时提高钢的强度和改善低温冲击韧性，改善材料的热裂倾向。Ni含量过高时，在连铸坯加热过程中会产生黏度较高的氧化铁皮，影响钢板表面质量。本发明Ni含量的选择范围为0.6-0.8%。Mo：能够显著提高钢的淬透性和强度，在调质处理时加入适量的Mo可以克服钢的回火脆性，从而提高钢的冲击韧性。本发明Mo含量的选择范围为0.2-0.4%。Ti：通过形成TiN起到析出强化的作用，能够细化晶粒。本发明Ti含量的选择范围为0.01-0.02%。B：提高淬透性的最显著的元素，过高则会对焊接性和低温韧性产生不利影响。本发明B含量的选择范围为0.001-0.002%。P、S：钢中的主要杂质元素，对钢板的低温冲击韧性和抗层状撕裂性能会产生不利影响，越低越好。根据现有生产条件，本发明P、S含量的选择范围为P≤0.015%，S≤0.003%。上述钢板的制造方法，包括如下步骤①冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF精炼、RH精炼和连铸，获得厚度在300-450mm的连铸坯，对连铸坯实施加罩缓冷，缓冷时间为120小时以上；②将连铸坯加热至1170-1250℃，保温160-180min，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；③进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧阶段：开轧温度在1130-1180℃，单道次平均压下率≥15%；第二阶段为精轧阶段：开轧温度为860-900℃，累计道次压下率≥40%；轧后热矫直；④热矫直后钢板进行下线加罩堆缓冷，堆缓冷时间≥72小时；⑤对缓冷后的钢板进行淬火+回火处理，淬火和回火均在连续炉中进行，淬火温度为890-910℃，在炉时间1.8-2.2min/mm；回火温度为630-680℃，在炉时间3.0-4.0min/mm，出炉后空冷，即可获得回火后的低碳贝氏体，不同于焊接性能差的高碳马氏体。本发发明的目的是获得在-60℃条件下使用的屈服强度550MPa级别易焊接高强高韧性钢板，使用低碳、低碳当量和低裂纹敏感系数成分设计、高纯净钢的冶炼技术、300-450mm特厚连铸板坯作为原料，采取控制轧制加调质处理的方法生产出70-120mm厚度550MPa级易焊接高强高韧性抗层状撕裂钢板。与发明专利公开号CN102191430A、CN101230444、CN101787489A相比，本发明采取了超低碳+少量Ni和Mo的成分设计，工艺上采用淬火+回火的调质处理工艺，在保证碳当量和冷裂纹敏感指数（易焊接）的情况下，获得更大厚度钢板和更好的低温冲击韧性。从该钢板的具体生产步骤为：KR铁水预处理-转炉-LF精炼-RH真空脱气-板坯连铸-缓冷-轧制-调质热处理-精检-性能检测-包装入库。与现有技术相比，本发明的优点在于：与发明专利公开号CN102191430A、CN101230444、CN101787489A的技术方案相比，本发明最大厚度达到120mm，-60℃条件下夏比冲击功≥100J，同时具有低碳、低碳当量和易焊接的特点。按照本发明生产的钢板，在具有良好的焊接性基础上，显著提高了钢板的生产厚度，最大厚度可达120mm，此外，钢板具有优良的高强高韧性，屈服强度≥550MPa，抗拉强度670-830MPa，延伸率≥19%，-60℃下钢板的1/4厚度和1/2厚度处夏比冲击功均≥100J，Z向断面收缩率≥35%，能够满足在-60℃的低温条件下使用。附图说明图1为本发明实施例1的70mm厚度钢板的显微组织图；图2为本发明实施例2的120mm厚度钢板的显微组织图。具体实施方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。本发明特厚易焊接钢板的制造方法，工艺流程：KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—轧制—矫直—钢板堆缓冷—淬火—回火等工艺，成品厚度为70mm和120mm的钢板。上述加热、轧制和缓冷阶段的具体工艺为：将370mm厚度连铸坯加热至1180-1200℃，保温180min（实施例1和2），连铸坯出炉后使用高压水除鳞；然后进行两阶段轧制：第一阶段开轧温度1100-1150℃（实施例1和2），中间坯厚度170mm（实例1）或200mm（实例2），单道次平均压下率16.5%（实例1）或15.5%（实例2）；第二阶段开轧温度为850℃，累计道次压下率58.8%（实施例1）或第二阶段开轧温度860℃，累计道次压下率40%（实施例2），最终钢板厚度为70mm（实施例1）和120mm（实施例2）。轧后热矫直；热矫直后钢板进行下线堆缓冷，堆缓冷时间72小时（实施例1）和84小时（实施例2）。缓冷完成后的钢板进入连续炉进行淬火处理。实施例1：加热温度890℃，在炉时间1.8min/mm，使用淬火机水淬。实施例2：加热温度910℃，在炉时间1.8min/mm，使用淬火机水淬。对完成淬火处理的钢板在连续炉中进行回火处理。实施例1:加热温度660℃，在炉时间3.0min/mm，实施例2：加热温度640℃，在炉时间4.0min/mm。实施例1和2对应钢板的化学成分见表1，钢板的力学性能见表2，钢板的显微组织分别如图1和图2所示。表1实施例1和2中易焊接高强高韧性抗层状撕裂钢板的化学成分（wt.%）实例CSiMnPSAlNbVTiCrNiMoBNCeqPcm10.070.251.480.0080.00090.0310.0160.0330.0160.380.680.260.00110.00360.500.2120.080.261.520.0080.00080.0320.0180.0360.0150.370.670.250.00120.00340.510.22Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B表2实施例1和2中易焊接高强高韧性抗层状撕裂钢板的力学性能当前第1页1 2 3