专利名称：一种高铌高强度厚钢板钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种钢板用低碳低合金贝氏体钢，尤其是一种高铌高强度厚钢板钢。
背景技术：
1967年迈克.埃威利(McEvily)等人发表了超低碳贝氏体钢的第一份研究报告，研制出成分为0.03％C、0.7％Mn、3％Mo、3％Ni、0.05％Nb的超低碳贝氏体钢，经热机械处理(TMCP)后，该钢的屈服强度达到770MPa，并具有良好的低温韧性，而且该钢焊接性能优良，但是，由于含有昂贵的合金元素，成本较高，因而这种钢而难于在商业上开发利用。1992年帝.奥多(DeArdo)等人开发出ULCB-100型超低碳贝氏体中厚板用钢，其化学成分为0.02～0.03C、1.0Mn、3.0Ni、1.5～3.0Mo、0.50Cr、0.055Nb、0.020Ti、0.008N、0.001B，该钢在850-775℃范围精轧的累积变形量达80％，轧后空冷条件下σs高达700MPa以上，但这些钢种含有较多的贵金属Ni、Mo，且需要很低的精轧温度，对设备要求极其严格。
由国家知识产权局公开的一项武汉钢铁公司申请的申请号为97109312.1，名为“铜硼系低碳及超低碳贝氏体高强钢”的专利，该专利提供了一种具有极优综合机械性能、冷热加工性和焊接性能的钢种，其不足之处在于强度级别仅能达到60kg级，且仅利用ε-Cu的时效强化，在获得高强度的同时易存在热脆性。
由国家知识产权局公开的一项鞍山钢铁公司申请的申请号为03110973.X，名为“一种超低碳贝氏体钢及其生产方法”的专利申请，该专利申请公开了一种冷弯成型性能优良，工艺简单、成本低，强度系列化的钢种，其不足之处在于碳的范围为0.01-0.05％，需采用循环脱气真空处理方法(RH)进一步脱碳处理，对炼钢装备要求极严，而且其钢板的厚度仅能生产在10mm以内，这些都是现有技术所存在的不足之处。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种高铌高强度厚钢板钢的技术方案，该方案是在低碳低合金钢的基础上通过适当添加合金元素，再配以合理的工艺手段使钢的抗拉强度达到70kg级水平，并具有成本低廉、易于大批量生产、焊接性能优良的特点。
本方案是通过如下技术措施来实现的包括有铁(Fe)和其它化学成分及不可避免的杂质，本方案的特点是，其它化学成分含量，按重量的百分比为碳(C)0.05～0.08％，硅(Si)0.2～0.55％，锰(Mn)0.9～1.8％，磷(P)0.0≤0.015％、硫(S)0.0≤0.008％，铌(Nb)0.04～0.10％，钛(Ti)0.008～0.035％，铝(Al)0.02～0.08％，硼(B)0.000％～0.003％，钼(Mo)0.0～0.35％，铜(Cu)0.2～0.6％，镍(Ni)0.1～0.5％。本发明的具体特点还有，所述的化学成分中铌(Nb)更优化的范围为0.06-0.09％。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知。在保证经济纯净度的情况下，需要降低钢中的碳含量，但由于在生产中冶炼后合金的加入会使钢水增碳，0.04％以下的碳含量较难控制，因此钢中碳含量要求至0.05％～0.08％左右，能在保证具有较高强度的前提下，具有良好的韧性和焊接性能。从钢种高强度出发，组织应为各类贝氏体组织为宜，加入一定量的合金元素进行固溶强化及改变钢种的相变温度。另外考虑到成本因素，应尽量减少合金元素的加入量，充分利用各种微合金元素复合加入技术来达到强化的目的，采用铌、钛、硼元素的复合加入，通过降低碳含量同时提高铌含量的合金设计，使钢在控制轧制过程中，利用固溶铌提高奥氏体的再结晶温度，使控制轧制可以在更高的温度进行，从而降低了轧机的负荷，尤其适合轧机压下力不足的轧机生产高强度钢；同时由于固溶铌对相变的影响，还有利于促进针状铁素体或低碳贝氏体组织的形成，从而可以替代或部分替代价格昂贵的钼，达到提高强韧性、焊接性和抗硫化氢应力腐蚀性能的目标。另外利用铌、钛、钼、铜等微合金元素的应变诱导析出以及时效强化效果，进一步提高强度。基于上述原因本发明的化学成分设计为C 0.05～0.08％，Si≤0.55％，Mn 0.9～1.8％，P≤0.015％，S≤0.008％，Nb 0.04～0.10％，Ti 0.008～0.035％，Al≥0.020％，B 0.0005～0.003％，Mo 0.0～0.35％，Cu 0.2～0.6％，Ni 0.1～0.5％，其余为Fe及不可避免的杂质。
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0.05～0.08％。
硅(Si)本发明中硅含量控制在0.2～0.5％，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0.9～1.8％，锰的成本低廉，并且锰含量在0.9～1.8％时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匀性。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0.0005～0.003％。
铜(Cu)在钢中加入铜，可以提高钢的耐蚀性、强度，改善焊接性、成型性与机加工性能等。面心立方ε-Cu从α-Fe中析出可使钢材强化，随着铜含量的升高，钢的强度均增加。在普通的低合金钢中加入铜可以改善熔合线和热影响区的韧性。铜还可以改善成型性和机加工性，在钢中加入铜还可提高钢的疲劳抗力，其上限控制在0.6％。
镍(Ni)为避免热脆性，可以采用镍、铜共同加入的方法，其比例保证Ni/Cu≥0.5。精确地控制成分，使铜均匀固溶。含铜钢中同时存在镍可以增大铜在铁中的溶解度，形成的富铜、富镍相(约30％Cu，30％Ni)，熔点至少可提高200℃，从而可以避免热脆性。
钼(Mo)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。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，降低钢的可焊性且成本较高。
铌(Nb)和钛(Ti)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、铜、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，其含量控制在0.10％以下。
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，其加入量以不超过0.02％较为合适。
以上述成分配比的钢，在轧制过程中形成细小的胞状亚结构，Nb/Ti等微量元素的变形诱导析出、相变，使得板条组织更细更短，获得超细化的特殊组织，是本发明能获得优良性能的核心。
本发明与现有技术相比，有如下优点和特点1.0.05-0.08％的碳含量范围易于实现，不需采用循环脱气真空处理方法(RH)、钢包脱气真空处理方法(VD)和电磁搅拌等装备；且无需进行任何热处理，生产工艺简单。使多数具备一定装备水平的普通钢厂就可以实现大批量生产。
2.由于采取低碳、高铌合金设计，解决了一般含铌钢易出裂纹的问题，便于铸坯热态下直接热装炉，具有可大批量生产、节约能源和场地的显著优点；节省了贵重合金元素钼的用量，炼钢生产成本大幅度降低；提高钢材韧性、改善焊接性、减少了偏析，提高了控轧温度，减少了轧机的负荷；工艺参数的适应性强，与普通的Q345C/D级钢的生产节奏相当，提高生产效率的效果非常明显。
3.所生产的高强板材厚度可达50mm，且无明显的厚度效应、质量稳定，采用此成分设计特别适合于70kg级非调质高强度厚钢板的生产，且不需焊前预热和焊后热处理，明显改善现场施工环境。
由此可见，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
具体实施例方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过几个具体实施方式
，对本方案进行阐述。
具体实施例方式
是按照本方案所述的化学成分，通过120吨转炉—LF精炼—270mm铸坯—双机架两阶段控轧—精轧机累积变形率64％，终轧温度900～800℃，冷速5～30℃/S，轧后无须热处理轧制的钢板。
具体实施例方式
一钢板的化学成分为C0.06％，Si0.41％，Mn1.33％，P0.009％、S0.005％，Mo0.15％，Al0.03％，B0.002％，Nb0.08％，Ti0.026％，Ni0.25％，Cu0.42％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分轧制钢板的机械性能(1)规格16mm；屈服强度(MPa)585；抗拉强度(MPa)720；δ5％20；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)164、207、206；V型纵向冲击功(-20℃)201、214、286。
(2)规格16mm；屈服强度(MPa)615；抗拉强度(MPa)715；δ5％19；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)192、180、195；V型纵向冲击功(-20℃)185、179、191。
具体实施例方式
二钢板的化学成分为C0.05％，Si0.37％，Mn1.37％，P0.006％、S0.004％，Mo0.18％，Al0.042％，B0.002％，其中Nb0.083％，Ti0.019％，Ni0.21％，Cu0.45％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分轧制钢板的机械性能(1)规格20mm；屈服强度(MPa)595；抗拉强度(MPa)730；δ5％19；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)207、241、216；V型纵向冲击功(-20℃)157、157、137。
(2)规格20mm；屈服强度(MPa)560；抗拉强度(MPa)690；δ5％21；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)176、162、166；V型纵向冲击功(-20℃)182、140、140。
具体实施例方式
三钢板的化学成分为C0.06％，Si0.36％，Mn1.35％，P0.005％、S0.004％，Mo0.16％，Al0.046％，B0.002％，Nb0.072％，Ti0.036％，Ni0.28％，Cu0.4％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分轧制钢板的机械性能(1)规格25mm；屈服强度(MPa)610；抗拉强度(MPa)715；δ5％18；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)214、209、196；V型纵向冲击功(-20℃)140、145、147。
(2)规格25mm；屈服强度(MPa)590；抗拉强度(MPa)725；δ5％18；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)205、168、202；V型纵向冲击功(-20℃)188、181、185。
具体实施例方式
四钢板的化学成分为C0.06％，Si0.32％，Mn1.34％，P0.007％、S0.004％，Mo0.15％，Al0.032％，B0.002％，Nb0.081％，Ti0.022％，Ni0.26％，Cu0.39％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分轧制钢板的机械性能(1)规格30mm；屈服强度(MPa)575；抗拉强度(MPa)705；δ5％19；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)204、222、161；V型纵向冲击功(-20℃)237、233、228。
(2)规格30mm；屈服强度(MPa)635；抗拉强度(MPa)715；δ5％21；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)251、267、240；V型纵向冲击功(-20℃)252、144、239。
具体实施例方式
五钢板的化学成分为C0.05％，Si0.37％，Mn1.37％，P0.006％、S0.003％，Mo0.18％，Al0.042％，B0.002％，Nb0.076％，Ti0.025％，Ni0.3％，Cu0.43％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分轧制钢板的机械性能
(1)规格40mm；屈服强度(MPa)595；抗拉强度(MPa)710；δ5％19；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)288、275、300；V型纵向冲击功(-20℃)223、223、210。
(2)规格40mm；屈服强度(MPa)615；抗拉强度(MPa)755；δ5％18；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)215、175、198；V型纵向冲击功(-20℃)189、202、219。
具体实施例方式
六钢板的化学成分为C0.05％，Si0.36％，Mn1.34％，P0.005％、S0.003％，Mo0.16％，Al0.036％，B0.002％，Nb0.082％，Ti0.02％，Ni0.27％，Cu0.42％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分轧制钢板的机械性能(1)规格40mm；屈服强度(MPa)605；抗拉强度(MPa)715；δ5％20；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)236、225、225；V型纵向冲击功(-20℃)221、224、249。
(2)规格40mm；屈服强度(MPa)630；抗拉强度(MPa)725；δ5％19；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)188、189、189；V型纵向冲击功(-20℃)189、175、252。
具体实施例方式
七钢板的化学成分为C0.06％，Si0.38％，Mn1.37％，P0.005％、S0.002％，Mo0.16％，Al0.029％，B0.002％，Nb0.09％，Ti0.018％，Ni0.26％，Cu0.41％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分轧制钢板的机械性能(1)规格50mm；屈服强度(MPa)605；抗拉强度(MPa)725；δ5％18；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)277、240、214；V型纵向冲击功(-20℃)265、255、262。
(2)规格50mm；屈服强度(MPa)630；抗拉强度(MPa)710；δ5％22；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)190、225、192；V型纵向冲击功(-20℃)113、207、263。
权利要求
1.一种高铌高强度厚钢板钢，包括有铁(Fe)和其它化学成分及不可避免的杂质，其特征是其化学成分含量按重量的百分比为碳(C)0.05～0.08％，硅(Si)0.2～0.55％，锰(Mn)0.9～1.8％，磷(P)0.0≤0.015％、硫(S)0.0≤0.008％，铌(Nb)0.04～0.10％，钛(Ti)0.008～0.035％，铝(Al)0.02～0.08％，硼(B)0.000％～0.003％，钼(Mo)0.0～0.35％，铜(Cu)0.2～0.6％，镍(Ni)0.1～0.5％。
2.根据权利要求1所述的高铌高强度厚钢板钢，其特征是所述的化学成分中铌(Nb)更优化的范围为0.06-0.09％。
全文摘要
本发明提供了一种高铌高强度厚钢板钢技术方案，该方案包括有铁(Fe)和其它化学成分及不可避免的杂质，本方案其它化学成分含量，按重量的百分比为碳(C)0.05～0.08％，硅(Si)0.2～0.55％，锰(Mn)0.9～1.8％，磷(P)0.0≤0.015％、硫(S)0.0≤0.008％，铌(Nb)0.04～0.10％，钛(Ti)0.008～0.035％，铝(Al)0.02～0.08％，硼(B)0.000％～0.003％，钼(Mo)0.0～0.35％，铜(Cu)0.2～0.6％，镍(Ni)0.1～0.5％。本方案的特点还有，所述的化学成分中Nb更优化的范围为0.06－0.09％。
文档编号C22C38/14GK1948537SQ20061006955
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月31日 优先权日2006年10月31日
发明者孙卫华, 贺信莱, 胡淑娥, 孙浩, 周兰聚, 杨善武, 冯勇, 唐立冬, 尚成嘉, 刘熙章, 樊晓雷 申请人:济南钢铁股份有限公司, 北京科技大学