一种经济型低屈强比中锰贝氏体钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料领域，特别涉及一种低屈强比中锰贝氏体钢板及其生产方 法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的快速发展，桥梁、建筑、海洋平台等基础设施的装备和技术水平不 断提高，因此，对结构用钢的安全和质量的要求也越来越高。屈强比是表征材料因过载而发 生整体均匀变形能力的力学参量，与材料的加工硬化指数密切相关，是关系钢结构安全性 的一个重要力学性能指标。在工程结构中，钢构件的变形能力和承载能力随屈强比的降低 而显著提高，同时，当屈强比降低时，焊接结构中容许裂纹的长度将增加，构件的安全性将 因脆性断裂倾向的降低而增加。因此，在安全系数要求较高的钢结构件中，宽厚板使用厂家 对钢板的强度和屈强比都有比较高的要求，尤其在建筑结构用钢中，我国抗震设计规范规 格了各级别钢的屈强比不大于0.85。
[0003] 目前国内已有不少关于低屈强比钢板的发明专利，但大多数采用TMCP+微合金化 成分设计，合金成本较高，生产效率低，乳后控冷进入贝氏体相变区易使钢板冷却不均匀， 造成较大的残余应力以及性能的不均匀。如专利CN101676427A采用TMCP乳制工艺获得屈强 比0.66~0.72的热乳钢板，强度较高，组织为贝氏体+马氏体，但其采用高Cr、V成分体系，经 TMCP控制冷却后性能易出现不均匀性，板型不易控制；专利CN103422025A采用高Si-Mn-Cr-Nb成分，通过TMCP+弛豫的乳制工艺，获得的钢板抗拉强度2 800MPa、屈强比< 0.83，但其生 产工艺复杂，弛豫温度以及时间更是不易控制；专利CN102011068A采用微合金成分设计以 及TMCP+T工艺，钢板抗拉强度2 800MPa、屈强比0.65~0.7，但其精乳温度较低（<850°C)，对 乳机负荷较大，且回火工艺增加了钢板生产成本、降低了生产效率低;专利103993243A采用 高Si-Mn-Ni成分体系，通过热乳+碳分配工艺处理，获得钢板屈强比〈0.6,但其组织为板条 贝氏体+残余奥氏体，而残余奥氏体为高温稳定相，长时间易发生马氏体相变，而产生相变 应力，其碳分配热处理工艺复杂，对生产设备要求高，电磁感应加热速度难以控制；专利 CN103882330A通过Cr-Mo-Ni-Cu成分体系，并严格控制Ti/N、Mn/C和Ni/Cu比，采用控制乳制 工艺，获得钢板屈强比为0.68~0.74，抗拉强度大于1200MPa，但延伸率〈15%，且成分设计 复杂，增加了熔炼工艺的难度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提出一种经济型低屈强比中锰贝氏体钢板及其生产方法，通过 低碳中锰成分设计，不添加 Ni、Mo、V等贵重合金元素，同时采用较为简单的工艺(控乳+空 冷)生产，在降低生产成本的同时，获得具有高强度和低屈强比的贝氏体+少量铁素体组织， 抗拉强度>740MPa，屈强比〈0.75。
[0005] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种经济型低屈强比中锰贝氏体钢板，化学成分以重量百分比计包括:C:0.04~ 0.06%、Si:0.18~0.22%、Mn:2.8~5.2%、P<0.020%、S<0.010%、Nb:0.018~0.032%、 Ti : 0.008~0.022%，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0007] 各化学元素的用量及冶金作用如下：
[0008] C:对强度贡献最有效的元素，通过固溶强化提高钢的强度，扩大奥氏体相区。低碳 含量可保证钢一定的韧性以及焊接性能，故本发明中含量控制在0.04~0.06%。
[0009] Si:炼钢脱氧的必要元素，同时也是固溶强化元素，增加材料的强度，含量过高时 损害材料的低温韧性和焊接性能，因此本发明含量控制在〇. 18~0.22%。
[0010] Μη:有效的固溶强化元素，在低碳条件下对提高强度起着显著地作用。扩大奥氏体 相区，增加奥氏体冷却时的过冷度，提高淬透性，当含量超过一定值后，使得钢乳后空冷即 可得到贝氏体组织。本发明通过提高Μη元素含量，代替高强结构钢中常用Mo、Ni、V等常用贵 重合金元素，故含量选择在2.8~5.2 %。
[0011] Nb:提高奥氏体未再结晶温度，扩大奥氏体未再结晶区的温度范围，在钢中形成碳 氮化物抑制奥氏体晶粒长大，具有强烈细化晶粒的作用，是钢控制乳制中阻止奥氏体再结 晶的重要元素，故含量控制在0.018~0.032 %。
[0012] Ti:有效的固氮和脱氧元素，对钢中0、N元素的控制有着重要作用，同时和Nb复合 加入可进一步提高奥氏体再结晶温度，故含量控制在0.008~0.022%。
[0013] P、S:钢中的有害元素，对钢的低温冲击和焊接性具有较大的损害作用，考虑到炼 钢可操作性和炼钢成本，控制P <0.020 %，S<0.010%。
[0014] 所述的低屈强比中锰贝氏体钢板的生产方法，包括冶炼、铸造和乳制工序，所述的 乳制采用粗乳+精乳两阶段控制，板坯乳制加热温度为1160~1210°C，粗乳温度控制在1010 ~940°C之间，中间坯厚度为成品厚度1.8倍，精乳温度控制在Tnr以下60~90°C之间，乳后 钢板空冷至室温。
[0015] 进一步，所述的生产方法制得的钢板抗拉强度>740MPa，屈强比〈0.75,组织为贝氏 体+少量铁素体。
[0016] 与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
[0017] 1、采用低碳中锰成分设计，利用Μη提高淬透性和固溶强化机制，代替Mo、Ni、V等常 用贵重合金元素，制得的钢板组织为贝氏体+少量铁素体，抗拉强度>740MPa，屈强比〈0.75， 断后延伸率>15%。
[0018] 2、通过控制乳制工艺获得细小晶粒的贝氏体组织，利用控制乳制后空冷的自回火 消除乳制后的残余应力，获得组织、性能均匀的钢板。
【附图说明】
[0019] 图1为实施例1中钢板纵截面1/4厚度处的显微组织照片；
[0020]图2为实施例2中钢板纵截面1/4厚度处的显微组织照片。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图及具体实施例说明本发明的技术方案。
[0022] 实施例1
[0023] 钢板的化学成分组成按重量百分比计为：C:0.04%、Si:0.21%、Mn:3.0%、P: 0.0059%、S:0.0061%、Nb:0.025%、Ti:0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0024]根据钢板的化学成分范围及制造方法，经冶炼、铸造和乳制工序，制造钢板。在热 乳工序中，板坯加热温度1180°C，粗乳温度1010~940°C，精乳温度860~830°C，乳制钢板厚 度50mm，乳后空冷至室温，获得贝氏体+少量铁素体组织。钢板的力学性能见表1，钢板纵截 面1/4厚度处的显微组织照片见图1。
[0025] 实施例2
[0026] 钢板的化学成分组成按重量百分比计为：C:0.05%、Si:0.19%、Mn:5.0%、P: 0.0061%、S:0.0089%、Nb:0.022%、Ti:0.013%，其余为Fe和不可避免的杂质。9
[0027]根据钢板的化学成分范围及制造方法，经冶炼、铸造和乳制工序，制造钢板。在热 乳工序中，板坯加热温度1180°C，粗乳温度1010~940°C，精乳温度860~830°C，乳制钢板厚 度50mm，乳后空冷至室温，获得贝氏体+少量铁素体组织。钢板的力学性能见表1，钢板纵截 面1/4厚度处的显微组织照片见图2。
[0028]表1本发明实施例1和2的力学性能
[0029]
[0030] 注：拉伸试样采用标距为Φ 8 X 40mm的圆棒试样；夏比冲击试样尺寸为10 X 10 X 55mm〇
[0031]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在 形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种经济型低屈强比中锰贝氏体钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分以重量百 分比计包括：C:0.04~0.06%、Si:0.18~0.22%、Μη:2·8~5.2%、P< 0.020%、S< 0.010%、Nb:0.018~0.032%、Ti:0.008~0.022%，其余为Fe和不可避免的杂质。2. -种经济型低屈强比中锰贝氏体钢板的生产方法，包括冶炼、浇铸和乳制工序，其特 征在于，所述钢板采用粗乳+精乳两阶段控制乳制，板坯乳制加热温度为1160~1210°C，粗 乳温度控制在1010~940°C之间，中间坯厚度为成品厚度1.8倍，精乳温度控制在Tnr以下60 ~90°C之间，乳后钢板空冷至室温。3. 根据权利要求2所述的经济型低屈强比中锰贝氏体钢板的生产方法，其特征在于，所 述的生产方法制得的钢板抗拉强度>740MPa，屈强比〈0.75,组织为贝氏体+少量铁素体。
【专利摘要】本发明涉及一种经济型低屈强比中锰贝氏体钢板及其生产方法，钢板的化学成分组成以重量百分比计包括：C：0.04～0.06％、Si：0.18～0.22％、Mn：2.8～5.2％、P≤0.020％、S≤0.010％、Nb：0.018～0.032％、Ti：0.008～0.022％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过以Mn替代其他贵重合金元素，采用低成本合金化设计和简单的轧制工艺，获得的钢板抗拉强度>740MPa，屈强比<0.75，组织为贝氏体+少量铁素体，具有高强度、低屈强比的特性。
【IPC分类】C22C38/02, B21B37/74, C22C33/04, C22C38/12, C22C38/04, B21B37/16, C22C38/14
【公开号】CN105483529
【申请号】CN201510823029
【发明人】张宽, 镇凡, 曲锦波
【申请人】江苏省沙钢钢铁研究院有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月24日