专利名称：一种800MPa经济型耐腐蚀高强度钢板的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料制造领域，涉及到一种SOOMPa经济型耐腐蚀高强度钢板。
背景技术：
随着人类对能源需求的不断增长，国内外加强了对煤炭资源的开发利用，煤炭开发技术不断提高，再加上现代工业技术的发展，与之密切相关的煤矿机械正朝着大型化、高参量化和长寿命的方向发展，对钢铁材料性能的要求越来越高，尤其是煤矿机械支架结构采用钢板的强度级别越来越高，屈服强度460MPa以上高强钢板已得到广泛应用，甚至屈服890MPa级别的钢板开始应用。为保证煤矿安全生产，必须保证煤矿机械具有足够的安全可靠性，对其原材料钢 板及其焊接接头要求较高，因此其应满足(I)高屈服和抗拉强度、高塑韧性、高均匀性和稳定性；(2)材料焊接性好，能够适应较大热输入焊接，与母材相比其HAZ (焊接热影响区)塑韧性不明显降低；(3)工艺焊接性好，低预热温度或者不需要预热焊接，焊后不产生焊接冷裂纹；(4)为适应井下潮湿作业环境，钢板要求具有高的耐腐蚀性能。由于煤机用高强度钢板市场需求量大、技术要求高，为满足不断发展的煤炭行业建设的需要，国内对高强度钢板强化机理、耐腐蚀机理以及焊接热影响区组织性能特征等方面进行了大量的研究与探索，并形成了一些耐候性高强度钢板制造工艺方法。如“一种屈服强度450MPa级高强耐候钢板及其生产方法”(申请号CN201010180589. X)、“一种600MPa级高强耐候钢及其制备方法”(申请号CN200710032112. 5)、“具有优良耐蚀性和抗疲劳性的超高强度钢及其制造方法”(申请号200610019667. 1)、“具有600MPa级的低温高韧性耐大气腐蚀钢及其生产方法”(申请号200510019116. 0)、“一种高强度耐候钢及其生产方法”(申请号200610125365. 2)、“一种低成本屈服强度700MPa级非调质处理高强耐候钢及其制造方法”(申请号CN201010246778. 2)。这些现有技术，主要存在如下问题
(I)强度级别低，具有耐腐蚀性能的高强钢板一般只适用于抗拉强度< 700MPa的高强度钢板(如申请号CN201010180589.X ;CN200710032112. 5)等)，虽然也有强度较高者(申请号200610019667. I ;CN201010246778. 2)，但其采用热连轧生产工艺，受工艺设备限制，钢板厚度难以满足煤机大型化对厚板的需求。(2)焊接性差，采用MAG焊时一般只适应焊接热输入在25kJ/cm以下的工艺条件焊接。另外有些钢板的Pcm及Ceq较高，如申请号200610019667. I所采用的成分，其Pcm ( 0. 30%、Ceq ( 0. 65%。(3)合金成本高，对于高强度耐腐蚀钢板,大多数采用Cu-Cr-Ni-Mo-Nb等耐腐蚀钢常规合金设计方式，这些元素均为贵重金属，合金成本较高，如申请号为200610125365. 2所涉及的技术，其含有较多的铬Cr、铌Nb、钥Mo等合金元素，另外如US20040118489公开的屈服度为800MPa合金钢也采用较多的铬Cr、铌Nb、钥Mo等合金元素，合金成本较高，在当前钢铁形势下难以实现批量生产。(4)添加硼B来保证钢的淬透性。抗拉强度600MPa以上级别高强度钢板基本上采用调质型生产技术，几乎都是通过添加B来保证钢的淬透性，这样会导致焊接后钢板热影响区的硬度会显著提高，损害焊接熔合线的韧性，再加上B元素容易在晶界偏聚，导致焊接接头韧性急剧下降，如申请号CN201010125410. O、CN200710045329. X等高强度钢板均添加B提高淬透性。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种SOOMPa耐腐蚀高强度钢板，解决煤机用高强度结构钢焊接性、耐腐蚀性差以及强韧性低的问题。该钢板通过减少成分中贵重金属含量，配合合适的冶炼方法、轧制以及热处理技术，降低生产成本及生产组织难度，得到的钢板具有良好的耐腐蚀性、焊接性，钢板抗拉强度在SOOMPa以上，并且组织、性能均勻，可以适应于较大的热输入焊接，该钢板可应用于煤矿机械结构件的制造，安全可靠。本发明是通过以下技术方案实现的 一种800MPa耐腐蚀高强度钢板，它的主要化学成分重量百分比为C 0. 12 0. 16%，Si :0. 20 0. 40%, Mn :1. 20 I. 50%, P ( 0. 015%, S ( 0. 005%, Al :0. 015 0. 060%,Ti :0. 015 0. 040%,Ni :0. 12 0. 30%,Cr :0. 40 0. 60%,Cu :0. 15 0. 40，其余为 Fe 及不可避免的杂质。上述钢的化学成分还满足碳当量和焊接裂纹敏感性系数要求
碳当量
Ceq=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu/+Ni) /15 ^ 0. 52%
焊接裂纹敏感性系数
Pcm = C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B ( 0. 28%。上述钢板的厚度为8 50mm。上述800MPa耐腐蚀高强度钢板制造方法的具体步骤为
a.KR铁水处理通过KR预脱硫使硫的质量分数彡0. 0020%;
b.转炉吹练在转炉区域通过顶吹或顶低复合吹练；
c.LF炉精炼LF精炼阶段进行成分微调，使Ceq ( 0. 52%和Pem ( 0. 28%;
d.RH精炼RH精炼阶段深度脱硫使硫的质量分数< 0. 005%,降低氧气、氢气、氮气的含量，使氧气含量< 0. 0030%、氢气含量< 0. 0002%、氮气含量< 0. 0040%,并对无法去除的夹杂物进行球化形态控制；
e:板坯连铸连铸阶段通过电磁搅拌以及弯曲段弱冷控制； f加热阶段钢坯加热至1180 1250°C，保温8-12min/mm ；
g粗轧、精轧阶段在奥氏体可发生再结晶区将钢坯轧制成中间坯，保证该阶段末道次压下率> 15%，细化奥氏体晶粒；在奥氏体未再结晶开始精轧，在奥氏体向贝氏体转变前轧制成钢板，精轧温度控制在900°C Ar3+80°C，累积变形量> 65%，使末道次前一道次变形率20 25% ；
h:淬火处理、回火处理阶段轧后钢板堆垛缓冷至室温，得到组织均匀细小的正火轧制组织；对轧制后的钢板进行淬火处理，保温温度Ac3+30 60°C，保温时间为2min/mm+0 IOmin ;对淬火后的钢板进行580°C 650°C高温回火，保温时间为I. 5 2. 5min/mm+0 IOmin0
为了保证本发明的目的，使钢板具有高强度的同时，具有良好的塑韧性、良好的焊接性能和高的耐腐蚀性能，就本发明中C、Mn、S、P、Si、Al、Ti、Ni、Cr、Cu各元素限量的理由详述如下
C对钢的强度、低温冲击韧性、焊接性能产生显著影响。基于其固溶强化机理或者提高淬透性的作用，C可以有效提高钢板强度，但是随着C含量的增高，低温冲击韧性、耐腐蚀性能、焊接性能会随之降低。尤其当C高于0. 16%后，焊接热影响区中出现多量的淬硬组织，使韧性得到恶化，而且高C时容易产生焊接裂纹，焊接性难以满足现场焊接要求。本发明C含量限制在0.012 0. 16%。本发明Mn的含量限制在I. 20 I. 50%。Mn主要起固溶强化作用，提高锰含量可以显著提高钢的抗拉强度，锰还可以推迟铁素体、珠光体的转变，并降低贝氏体的转变温度，有利于形成细晶粒组织，提高材料的耐腐蚀性；但是当Mn含量较高时，容易引起厚规格钢板的偏析。S作为杂质元素，极易与Mn结合生成MnS夹杂，显著降低钢板的低温韧性和塑性，因此本发明尽量降低S元素含量，同时兼顾冶炼经济性，将S含量限制在0. 005%以下。本发明P的含量为PS0. 015%, P显著恶化材料的塑韧性和焊接，但是P可以大幅度提高钢的耐腐蚀性。Si在冶炼时常作为脱氧元素添加，另外Si也可以通过固溶强化机理提高材料的强度，过高的Si会降低材料的韧性和焊接性，因此本发明限制Si含量在0. 20 0. 40%。Al也是是脱氧元素，同时在钢中形成的AlN可有效细化晶粒，含量0.020% 0. 060%较为合适。Ti化学活性很强，易与钢中的C、N、0、S形成化合物。加入微量Ti，使其与钢中的N形成TiN，可钉轧奥氏体晶界和促进贝氏体形核抑制钢板焊接过程中晶粒的长大，焊接热影响区的韧性。本发明Ni含量限制为0. 12 0. 30%。Ni能够提高淬透性，因此能够起到一定的强化作用，Ni也是唯一可以同时提高材料强度和韧性的合金元素。Ni还能有效阻止Cu的热脆引起的网裂。在加入量在0. 10%以上时，Ni能够显著提高钢的耐候性能，但是含量不宜过高，否则会引起钢坯氧化铁皮难以去除，降低钢板表面质量。Cr是提高淬透性的重要元素，一定量的Cr还可以使钢板获得良好的耐候性能。在Cu-Cr-Ni符合添加的情况下，Cr有助于提高淬透性以及耐候性能。考虑到本发明不添加Mo合金，为保证强度及耐候性本发明将Cr含量限制为0. 40 0. 60%。Cu本身可以通过时效强化机理提高材料的强度，同时可以提高材料的耐候性，但是含铜钢具有一定的热脆性，为此，参考Ni含量情况，为保证Ni/Cu=0. 8-1. 2，本发明将Cu含量限定在0. 15 0. 40%。通过上述分析，本发明是通过复合经济添加Cr-Ni-Cu，保证良好耐腐蚀性能的同时增加材料的淬透性，获得具有较高强度和良好耐腐蚀性的钢板。同时，通过成分设计上控制和Pran，提高了钢板的焊接性。本发明的有益效果突出表现在
I、合金成本低廉，不采用贵重的Mo、Nb等合金,仅采用保证耐腐蚀性能的Cr-Ni-Cu,按元素经济添加及种类尽量少的原则，合理调整各元素的配比量，保证钢板的各项功能指标，减少生产成本。
2、不添加B元素，避免了 B对焊接热影响区硬度及母材性能稳定性的影响，保证了钢板的大线能量焊接性能。3、焊接性优良，实现了钢板高耐腐蚀、高强度、高韧性及优良焊接性的有机统一，低P 、Ceq值可保证低温预热或者不预热焊接。
图I为实施例2中钢板金相组织；
图2为实施例3中钢板冲击断口形貌(SEM)。图3为实施例4焊接接头热影响区粗晶区组织(TEM)
具体实施方式
以下用实施例结合附图对本发明做更详细的描述。实施例中所有钢板均按照如下工艺流程生产
一种SOOMPa经济型耐腐蚀高强度钢板，它的主要化学成分重量百分比为C 0. 12 0. 16%, Si :0. 20 0. 40%, Mn :1. 20 I. 50%, P ( 0. 015%, S 彡 0. 005%, Al :0. 015 0. 060%, Ti :0. 015 0. 040%, Ni :0. 12 0. 30%，Cr :0. 40 0. 60%, Cu :0. 15 0. 40，其
余为Fe及不可避免的杂质。钢的化学成分还满足碳当量和焊接裂纹敏感性系数要求
碳当量
Ceq=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu/+Ni) /15 ^ 0. 52%
焊接裂纹敏感性系数
Pcm = C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B ( 0. 28%。钢板的厚度为8 50mm。具体步骤为
a.KR铁水处理通过KR预脱硫使硫的质量分数彡0. 002%;
b.转炉吹练在转炉区域通过顶吹或顶低复合吹练；
c.LF炉精炼LF精炼阶段进行成分微调，使Ceq ( 0. 52%和Pem ( 0. 28%;
d.RH精炼RH精炼阶段深度脱硫使硫的质量分数< 0. 005%,降低氧气、氢气、氮气的含量，使氧气含量< 0. 0030%、氢气含量< 0. 0002%、氮气含量< 0. 0040 %，并对无法去除的夹杂物进行球化形态控制；
e:板坯连铸连铸阶段通过电磁搅拌以及弯曲段弱冷控制； f加热阶段钢坯加热至1180 1250°C，保温8-12min/mm ；
g粗轧、精轧阶段在奥氏体可发生再结晶区将钢坯轧制成中间坯，保证该阶段末道次压下率> 15%，细化奥氏体晶粒；在奥氏体未再结晶开始精轧，在奥氏体向贝氏体转变前轧制成钢板，精轧温度控制在900°C Ar3+80°C，累积变形量> 65%，使末道次前一道次变形率20 25% ；
h:淬火处理、回火处理阶段轧后钢板堆垛缓冷至室温，得到组织均匀细小的正火轧制组织；对轧制后的钢板进行淬火处理，保温温度Ac3+30 60°C，保温时间为2min/mm+0 IOmin ;对淬火后的钢板进行580°C 650°C高温回火，保温时间为I. 5 2. 5min/mm+0 lOmin。实施例I :按照以上的工艺流程，在210t转炉进行了冶炼，并在250mm连铸机进行了浇铸，对连铸坯放置48小时后检查清理表面，加热炉加热4. 5小时，均热段温度为1220°C，在再结晶区将连铸坯轧制成中间坯，待温至950°C开始第二阶段轧制，终轧温度为860°C。钢板缓冷至常温后，进入淬火炉保温30min，均热温度为910°C，随后淬火至室温，回火处理温度为650°C，保温30min后出炉，缓冷至常温。实施例2 :实施方式同实例1，其中加热炉均热段温度为1200°C，第二阶段轧制开轧温度为950°C，终轧温度为880°C，淬火均热温度为908°C，回火处理温度为640°C。图I为该实施例钢板金相组织照片，可以看出钢板组织为典型的回火组织，组织细小均匀。实施例3 :实施方式同实例1，其中加热炉均热段温度为1190°C，第二阶段轧制开轧温度为920°C，终轧温度为900°C，淬火均热温度为915°C，回火处理温度为620°C，保温36min后出炉，缓冷至常温，图2该本实例钢板冲击断口扫描形貌。从SEM断口观察看，冲击试样断口为韧性断口，说明钢板的低温韧性良好。实施例4 :实施方式同实例1，其中加热炉均热段温度为1240°C，第二阶段轧制开轧温度为915°C，终轧温度为900°C，淬火均热温度为920°C，回火处理温度为620°C，保温40min后出炉，缓冷至常温。对该实施例进行了焊接工艺评定试验,采用15kJ/cm和25kJ/cm焊接线能量焊接后，按照JB4708-2000的要求加工试样和检验。拉伸、冲击、冷弯试验结果见表3，从表3来看，钢板在采用不同线能量焊接后，同母材相比机械性能指标没有明显下降。焊接热影响区粗晶区组织见图3，钢板热影响区粗晶区组织为板条贝氏体组织。实施例5 :实施方式同实例1，其中加热炉均热段温度为1230°C，第二阶段轧制开轧温度为910°C，终轧温度为900°C，淬火均热温度为900°C，回火处理温度为610°C，保温50min后出炉,缓冷至常温。试验,在钢板头部、中部、尾部,板宽的两个边部、两个1/4处及1/2处取样进行强度及低温韧性检验。检验结果见表4。试验结果表明发明钢板各部位性能均匀。实施例6 :实施方式同实例1，其中加热炉均热段温度为1210°C，第二阶段轧制开轧温度为910°C，终轧温度为900°C，淬火均热温度为912°C，回火处理温度为580°C，保温80min后出炉,缓冷至常温。实施例1-6的冶炼分析化成分及耐腐蚀指数见表I。实施例1-6的机械性能检测结果见表2。
权利要求
1.一种SOOMPa经济型耐腐蚀高强度钢板，其特征在于以重量百分比计其化学成分包含C 0. 12 0. 16%，Si :0. 20 0. 40%，Mn :1. 20 I. 50%，P 彡 0. 015%，S 彡 0. 005%,Al :0. 015 0. 060%,Ti :0. 015-0. 040%,Ni :0. 12 ~ 0. 30%,Cr :0. 40 0. 60%,Cu :0. 15 0.40%，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求I所述的一种SOOMPa经济型耐腐蚀高强度钢板，其特征在于钢的化学成分满足碳当量和焊接裂纹敏感性系数要求Ceq=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu/+Ni)/15 彡 0. 52%。
3.根据权利要求I或2所述的一种SOOMPa经济型耐腐蚀高强度钢板，其特征在于钢的化学成分满足焊接裂纹敏感性系数要求Pcm = C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B ( 0. 28%。
4.根据权利要求I或2所述的一种SOOMPa经济型耐腐蚀高强度钢板，其特征在于所述钢板厚度为8 50mm。
5.如权利要求I所述的一种SOOMPa经济型耐腐蚀高强度钢板的制造方法，其特征在于包括以下步骤 a.KR铁水处理通过KR预脱硫使硫的质量分数彡0. 002%; b.转炉吹练在转炉区域通过顶吹或顶低复合吹练； c.LF炉精炼LF精炼阶段进行成分微调，使Ceq ( 0. 52%和Pem ( 0. 28%; d.RH精炼RH精炼阶段深度脱硫使硫的质量分数< 0. 005%,降低氧气、氢气、氮气的含量，使氧气含量< 0. 0030%、氢气含量< 0. 0002%、氮气含量< 0. 0040 %，并对无法去除的夹杂物进行球化形态控制； e.板坯连铸连铸阶段通过电磁搅拌以及弯曲段弱冷控制； f.加热阶段钢坯加热至1180 1250°C，保温8-12min/mm； g.粗轧、精轧阶段在奥氏体可发生再结晶区将钢坯轧制成中间坯，保证该阶段末道次压下率> 15%，细化奥氏体晶粒；在奥氏体未再结晶开始精轧，在奥氏体向贝氏体转变前轧制成钢板，精轧温度控制在900°C Ar3+80°C，累积变形量> 65%，使末道次前一道次变形率20 25% ； h.淬火处理、回火处理阶段轧后钢板堆垛缓冷至室温，得到组织均匀细小的正火轧制组织；对轧制后的钢板进行淬火处理，保温温度Ac3+30 60°C，保温时间为2min/mm+0 IOmin ;对淬火后的钢板进行580°C 650°C高温回火，保温时间为I. 5 2. 5min/mm+0 IOmin0
全文摘要
本发明属于金属材料制造领域，涉及到一种800MPa经济型耐腐蚀高强度钢板，它的主要化学成分重量百分比为C0.12～0.16％，Si0.20～0.40％，Mn1.20～1.50％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al0.015～0.060%，Ti0.015～0.040%，Ni0.12～0.30％，Cr0.40～0.60%，Cu0.15～0.40，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明的有益效果是合金成本低廉，不采用贵重的Mo、Nb等合金，仅采用保证耐腐蚀性能的Cr-Ni-Cu，按元素经济添加及种类尽量少的原则，合理调整各元素的配比量，保证钢板的各项功能指标，减少生产成本；不添加B元素，保证了钢板的大线能量焊接性能；焊接性优良，实现了钢板高耐腐蚀、高强度、高韧性及优良焊接性的有机统一，低Pcm、Ceq值可保证低温预热或者不预热焊接。
文档编号C22C38/50GK102796967SQ20121031628
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者刘晓东, 侯东华, 胡淑娥, 孙卫华, 肖丰强, 栾彩霞, 侯登义 申请人:济钢集团有限公司