专利名称：屈服强度960MPa级焊接结构钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及低合金化钢，具体地指一种屈服强度达960MPa级别的超高强度焊接结构钢。
技术背景中国国内钢铁企业尚不能够生产屈服强度在卯OMPa以上的焊接结构用钢，目前武汉钢 铁集团公司发明了屈服强度为880MPa及以上的焊接结构用钢，具体牌号为HG980。该钢采 用调质工艺生产，最小屈服强度在880MPa以上，成份中含有较高的Nb、 V等微合金元素。 更高强度级别的钢板，主要牌号有瑞典奥克隆德钢厂的WELDOX钢板，该系列钢板的屈服 强度可达900 1300MPa。日本JFE公司也可以生产最小屈服强度960MPa级的焊接结构钢板， 具体牌号为S960。国外屈服强度在900MPa或960MPa级别的焊接结构钢也一般采用淬火+回火工艺生产， 由于对钢板的强度要求极高，容易在回火过程中由于回火温度较高或回火时间较长而出现软 化现象，从而不能够保证钢板的强度，因此，该强度级别的钢板化学成份中通常含有较多的 微合金元素V、 Nb等，以利用细小第二相粒子的析出强化和钉轧晶界的作用，提高钢的强度 和抗高温回火软化能力。从能够生产900MPa及以上级别焊接结构钢的钢铁企业官方网站中 查阅到的该级别钢种的供货技术条件中可看出，该级别钢板通常将V、 Nb、 Ni、 Mo等作为 必要的合金元素。本发明基于目前现状，提出了一种屈服强度超过960MPa、进一步优化为超 过lOOOMPa的超高强度焊接结构钢的化学成份设计思路，其特点是在化学成份中添加适量的 Mo来保证钢的高温回火稳定性和回火强度，取消了 V，极大减少了 Nb等微合金元素的添加。 本发明钢轧制及热处理工艺简单易行，轧制过程无需控冷，热处理工艺可控范围较宽。本发 明钢同时还具有十分优异的低温冲击韧性，以及很低的碳当量。 发明内容本发明的目的就是要提供一种屈服强度超过960MPa、进一步优化为超过lOOOMPa，同 时具有极优异低温冲击韧性和较低碳当量的屈服强度超过960MPa焊接结构钢。 实现上述目的的技术措施960Mpa级高强度焊接结构钢，其化学组分及重量百分比为C: 0.14 0.19、 Si: 0.15 0.40、 Mn: 1.40 <1.70、 Mo: 0.41 0.60、 B: 0扁5 0麓、 Cr: 0 0.50、 Ni: 0 0.40、 Nb: 0 0.03、 Ti: 0.010 0.050、 Als: 0.01 0.06、 P:《 0.020、 S:《0.010,其余为Fe及不可避免杂质；同时满足碳当量CEV(%)= C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/l5<0.65或Pcm(%)=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B) <0.35。 其在于Mo的重量百分比为0.45 0.57。为了保证钢的屈服强度能够达到960MPa、甚至1000MPa以上，在化学成份设计过程中 重点考虑如下因素钢的淬透性、淬火态组织的回火稳定性和回火强度。下面根据这三方面 的原因详述本发明中各元素的作用及限定量的理由-本发明C的重量百分比含量为0.14 0.19， C是保证淬透性的主要合金元素，为了在水 淬时得到完全的马氏体组织。从强度方面考虑，钢的淬火态组织为马氏体，而C是保证马氏 体强度的最主要合金元素，根据对合金元素总量小于5%、含有少量Ti、 Nb或Zr等的结构钢 回归分析表明，钢中马氏体组织的硬度HVM=127+949C+27Si+llMn+8Ni+16Cr+211gVM (VM 为马氏体临界冷速，各元素均为质量百分数)，从中可以看出，影响马氏体硬度的决定性成份 为C，合金元素的作用很小，为了保证淬火态组织的抗拉强度达到lOOOMPa以上，以保证本 发明钢所需达到的强度，C的上限值则考虑了防止钢的强度及碳当量过高，且C含量对钢的 抗高温回火能力有负作用，在保证必要的淬透性和强度的基础上，C量不宜过多，因此将C 的重量百分比含量上限定为0.19。本发明Mn的重量百分比含量为1.40 〈1.70。Mn是钢中重要的固溶强化元素，能够提 高淬透性，且能在强化钢的同时改善韧性，但当Mn含量过高时，则导致淬透性和韧性降低。
本发明B的重量百分比含量为0.0005 0.002。添加微量B是提高淬透性的极佳途径，B 增加淬透性的良好作用在于B易于偏聚于奥氏体晶粒的界面上，降低了奥氏体晶界的界面能， 减少了过冷奥氏体分解时的形核率，因而有效地推迟过冷奥氏体的分解转变，根据大量研究 结果，当以固溶形式存在于钢中时(即酸溶硼)，0.0005的B即可极大提高钢的淬透性，充 分发挥B的作用可有效减少其它合金元素的添加。对于不以固溶方式存在的B则没有提高淬 透性的作用，且B含量过高易形成B的碳化物和氮化物，并集聚在原奥氏体晶界，促使附近 地区位错密度增高，可以作为氢在局部地区的陷阱，因而促使此处发生晶界开裂。为保证必 要的酸溶硼含量，并避免过高含量的B对性能的不利影响，作出上述含量限定。本发明Mo的重量百分比含量为0.41~0.60， Mo能够抑制或减轻钢中杂质偏聚现象，改 善调质钢的高温回火脆性，避免钢在55(TC 58(TC回火时出现的脆化现象(第二类回火脆性)， 是调质钢中不可或缺的重要合金元素。Mo具有很高的抗回火能力，为了保证钢在550'C以 上的回火强度仍能超过卯OMPa， Mo含量低限控制在0.41， Mo含量超过0.6时则显著增加 焊接热影响区的再热裂纹敏感性，因此对Mo含量作出上述限定。本发明Cr的重量百分比含量为0 0.50。 Cr能够增加钢的淬透性，少量Cr还有改善韧 性的作用，但Cr对提高钢的抗高温回火能力的作用不大，且Cr过高会损害韧性和焊接性能。 本发明Ni的重量百分比含量为0~0.40。 Ni能够提高钢的抗高温回火软化能力和低温冲 击韧性，对于提高马氏体的强度作用不大，且Ni过高将极大增加钢的合金成本。本发明Nb的重量百分比含量为0 0.030。 Nb可与钢中C、 N结合形成微小的第二相粒 子，从而在回火时保持钢的强度，并可同时提高钢的韧性。本发明Ti的重量百分比含量为0.010 0.050。 Ti可与钢中N结合形成细小TiN粒子， 从而在加热过程中钉轧晶界并防止奥氏体晶粒过度长大，这对于得到细小的淬火组织，从而 提高钢的强度和韧性是有利的。本发明Si的重量百分比含量为0.15 0.40。 Si主要是以固溶强化形式提高钢的强度，同
时也是钢中的脱氧元素，但含量不可过高，以免降低钢的韧性和焊接性能。本发明Als的重量百分比含量控制在0.01 0.06。 Al是钢中的主要脱氧元素，Al含量过 高则导致Al的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性及耐候性能。此外，Al 的氮化物熔点较高，在生产中，A1N可以用来阻止晶粒长大。本发明的P的重量百分比含量《0.020、 S的重量百分比含量《0.010。较高的磷含量可以 大幅度提高钢的耐候性，但是磷在钢中具有容易造成偏析、恶化焊接性能、显著降低钢的低 温冲击韧性、提高脆性转变温度，所以，考虑到本发明钢强度较高，控制P《0.020。 S易与 Mn结合生成MnS夹杂，S还影响钢的低温冲击韧性。因此，本发明应采用洁净钢生产工艺， 尽量减少P、 S元素对钢性能的不利影响。 本发明的新型焊接结构钢具有如下优点(1) 本发明钢具有极高的强度和低温冲击韧性，屈服强度不低于960MPa、进一步优化 为不低于1000MPa，延伸率不低于10.0%、进一步优化为不低于11.0%、最优可超过14.0%， -20°C AKV (7.5X10X55mm试样)不低于50J、进一步优化为不低于60J、最优可达80J以 上，且能够得到具有韧窝特征的冲击断口，强韧性匹配十分优异。(2) 本发明钢化学成份以C-Mn-Mo-B成份为基础，并进行了 Cr、 Ni的单独或复合添加， 由于釆用了多元少量复合合金化方法，充分利用了各种元素对于钢的淬透性和强韧性影响的 协同作用，在极高的强度水平上使钢具有较低的碳当量，CEV(。/。)〈0.65或Pcm(。/。)〈0.35。(3) 本发明钢的冶炼、轧制过程无复杂控制环节，轧制过程不需控冷。
具体实施方式
采用50公斤真空感应炉冶炼本发明钢，以及一炉不含Mo的对比钢。 本发明实施的条件将冶炼的50公斤钢锭在电炉中加热至1200'C，保温时间大于60min， 然后在实验轧机上轧成10mm厚钢板。轧制过程采用高温大压下以充分细化奥氏体晶粒，道 次压下率》30%，开轧温度约1050'C,轧制道次间不控冷，终轧入口温度约1000 102(TC， 轧后钢板不进行喷水冷却，而采用空冷方式。轧制后将钢板切割成10X200X350mm的小块，进行淬火+回火热处理淬火温度为880 'C 920'C，保温10min后水淬淬火后进行回火处理，回火温度为550'C 600。C,保温时 间15min 25min，即板厚(mm) X (1.5 2.5) min/mm。将轧制后的本发明钢沿纵向加工拉伸、冲击试样，进行力学性能检测，冲击试验采用7.5 X10X55mm夏比试样。本发明实施例钢化学成份(wt%)实 施 例CSiMnPSAlsMoCrNiTiNbBCEVPCM10.1730.231.400.0050.0050.010.410.2600.039/0雄40.540.2920.1780.151.510細0.0070.0320.460.2200.0360.0240.00190.570.3030.1820.281.700.0150層0.0460.5500.3950.042/0.00200.600.3240.1890.351.600.0180.0050.0250.510.320.110.042/0扁20.630.3350.140.401.500.0150篇0.060.600.500.0230.050.030細50.610.29对 比 例0.1530.151.400.0050德0.01/0.20/0.0260.0190細50.430.24按本发明所述制备的钢板，钢屈服强度达960 1015MPa，抗拉强度达985 1035MPa， 屈强比大于0.90,延伸率10.0% 14.5%, -20。C AKV (7.5X 10X55mm试样)达52 87J, 且冲击断口具有韧窝形貌。钢板具有回火索氏体组织，基体中弥散分布着十分细小的碳化物 (或渗碳体)颗粒。在透射电镜下观察，钢板在淬火时形成的马氏体板条基本形貌仍被保留， 渗碳体呈不规则颗粒状、长条形棒状或片状，其中颗粒状渗碳体尺寸范围为35nm 120nm， 条形渗碳体长度尺寸范围为120nm 500mn，析出物尺寸十分细小，未出现显著的粗化现象， 说明钢板具有较好的回火稳定性。
权利要求
1、屈服强度960MPa级焊接结构钢，其化学组分及重量百分比为C0. 14～0.19、Si0.15～0.40、Mn1.40～<1.7、Mo0.41～0.60、B0.0005～0.002、Cr0～0.50、Ni0～0.40、Nb0～0.03、Ti0.010～0.050、Als0.01～0.06、P≤0.020、S≤0.010，其余为Fe及不可避免杂质；同时满足碳当量CEV(％)＝C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15<0.65或Pcm(％)＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B)<0.35。
2、 如权利要求1所述的屈服强度960MPa级焊接结构钢，其特征在于Mo的重量百分比为 0.45 0.57。
全文摘要
本发明涉及屈服强度达960MPa级别的超高强度焊接结构钢。其解决目前本领域存在的将V、Nb、Ni、Mo等作为必要的合金元素，其导致成本高、添加元素多等不足。措施屈服强度960MPa级焊接结构钢，其组分及重量百分比为C0.14～0.19、Si0.15～0.40、Mn1.40～＜1.7、Mo0.41～0.60、B0.0005～0.002、Cr0～0.50、Ni0～0.40、Nb0～0.03、Ti0.010～0.050、Als0.01～0.06、P≤0.020、S≤0.010，其余为Fe及不可避免杂质；同时满足碳当量CEV(％)＜0.65或Pcm(％)＜0.35。本发明钢轧制及热处理工艺简单，轧制过程无需控冷，热处理工艺可控范围较宽。本发明钢还具有十分优异的低温冲击韧性及很低的碳当量。
文档编号C22C38/58GK101397640SQ20081019758
公开日2009年4月1日 申请日期2008年11月11日 优先权日2008年11月11日
发明者刘志勇, 刘昌明, 勇 卜, 宋育来, 段东明, 敏 胡, 华 郑, 琳 郑, 陈吉清 申请人:武汉钢铁(集团)公司