一种高均匀塑性变形的高强度中厚钢板及其生产方法
【专利摘要】一种高均匀塑性变形的高强度中厚钢板及其生产方法，属于金属材料【技术领域】。钢板化学成分采用简单的Cr、Nb、B的微合金化设计，按重量百分比为C：0.03-0.10％，Si：0.1-0.5％，Mn：1.5-2.0％，P≤0.008％，S≤0.006％，Al：0.02-0.05％，Cr：0.3-0.8％，Nb：0.08-0.12％，Ti：0.01-0.02％，余量为Fe及不可避免的夹杂。采用电炉冶炼，铸坯经加热后进行控制轧制和控制冷却，获得晶粒细小的贝氏体组织，轧制态钢板的屈服强度≥690Mpa，抗拉强度＞770Mpa，延伸率14.5-17.5％，-20℃冲击功≥72J，Rp0.2/Rm≤0.9，具有高强度，高韧性，低屈强比，高均匀塑性变形能力，良好抗震性，可以普通应用于各种机械、桥梁、建筑、管线和海洋平台等基础设施或装备。
【专利说明】一种高均匀塑性变形的高强度中厚钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料【技术领域】，具体涉及一种高均匀塑性变形的低成本高强度中 厚钢板及其生产方法，该生产方法适用于钢质洁净度高、能实现大压下轧制和高冷速冷却 的宽厚板生产线。
【背景技术】
[0002] 传统技术中，生产屈服强度超过550Mpa的中厚钢板成分设计方面普遍综合添加 Nb、V、Ni、Cr、Mo、Cu等贵重金属，生产工艺上采用控制轧制控制冷却+回火或者调质等其他 热处理手段，工序成本高，且其屈强比为0. 92-0. 98。屈强比是表征材料因过载而发生整体 均匀塑性变形能力的力学参量，其与材料的加工硬化能力密切相关。随着各种机械、桥梁、 建筑、管线和海洋平台等基础设施或装备用钢的需求量越来越大，质量性能要求越来越高， 钢板不仅要求具有较高的强度，同时需要良好的低温韧性、高均匀塑性变形能力、抗疲劳性 能和抗断裂特性等。因此开发具有低屈强比、高均匀塑性变形能力、高强韧性、良好抗震性 的经济型高强度中厚钢板具有重要的意义。
[0003] 在本发明前，专利号为CN103725973A的低成分低Pcm值800MPa级高强钢及其生 产方法，合理设计低Pcm值高强度钢成分体系，在不添加 Ni、Mo、Cu等合金的前提下，采用 低C、适当的Mn及Cr,合理添加微合金元素 Nb、V及微量元素 B，通过严格的两阶段控制轧 制、轧制后使用"UFC+ACC"联合冷却及后续回火处理，综合利用合金元素 Mn、Cr、Nb及V在 钢板轧制、冷却及回火过程中的各种强化作用所生产的低焊接裂纹敏感性抗拉强度SOOMPa 级高强度钢。与本发明相比，该专利生产钢板经过回火处理，生产成本高，自然资源消耗更 多。
[0004] 专利号为CN103952643A的一种屈服强度690MPa级低屈强比钢板及其制备方法， 与本专利比，该发明（1)采用Ni、Mo微合金元素，合金成本高；（2)0彡20ppm、H彡2ppm，要 求炼钢连铸设备配置高，工艺控制极其严格，工艺控制成本高。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种高均匀塑性变形的低成本高强度中厚钢板及其生产 方法。
[0006] 本发明化学成分采用简单的Cr、Nb、B的微合金化设计，按重量百分比为C : 0. 03-0. 10%,Si ：0. 1-0. 5%,Mn ：1. 7-2. 0%,P ^ 0. 008%,S ^ 0. 006%,Al ：0. 02-0. 05%, Cr :0. 3-0. 8%，Nb :0. 08-0. 12%，Ti :0. 01-0. 02%，余量为 Fe 及不可避免的夹杂。
[0007] 各元素作用如下：
[0008] C :选择为0. 03-0. 1 %。碳含量对钢材的强度、韧性和焊接性能都有影响。必要的 碳含量起到固溶强化的作用，与加入的Nb、Ti元素作用，析出微合金碳化物，起到抑制再结 晶和析出强化的作用。
[0009] Si :选择为0. 1-0.5%。Si是炼钢脱氧的必要元素，且以固溶强化形式提高钢的强 度；含量太低脱氧效果不佳，含量太高会降低韧性，可焊性较差。
[0010] Mn :选择为1. 5-2. 0%。Mn是固溶强化和提高钢板抗拉强度的最重要元素，在调质 钢中还能降低奥氏体向铁素体转变温度，扩大奥氏体相区，有利于控轧过程中对晶粒尺寸 的控制，获得细小组织，利于低温韧性的改善，且其成本低廉，应用经济，因此本发明中把Mn 左右主要合金元素。
[0011] Al :选择为Al :0.02-0. 05 %。Al为脱氧元素，形成AlN有效硅细化晶粒，与Si相 似，含量不足，脱氧效果很差，太高则影响韧性。
[0012] Nb :选择为0. 08-0. 12%。Nb能够有效地抑制奥氏体再结晶，提高再结晶温度，扩 大未再结晶区范围，为精轧阶段控制轧制加大压下量来细化最终组织提供保证。其中，固溶 铌的细小碳氮化物对奥氏体晶界及亚结晶起到钉扎拖曳作用，在冷却过程中，部分固溶铌 可以在贝氏体中析出碳氮化物，起到析出强化的作用。
[0013] Ti :选择为0.01-0. 02%。钛除了固定氮元素，还可以阻止加热、乳制和焊接过程 中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。
[0014] S和P :选择为彡0.010%和0.006%。P、S均为有害元素，严格控制P、S含量有利 于提高钢板的低温韧性。
[0015] Cr :选择为0. 5-0. 9%，增加钢板淬透性，提高钢板强度，增加马氏体/铁素体板条 间位相差，改善低温韧性；能与C和P反应，在表面一层很薄的硬层，改善钢板硬度和耐磨性 能。
[0016] B :选择为0.001-0. 002%，显著增加钢板的淬透性，价格低廉，经济实惠，加入过 多对钢板韧性和焊接性能不利。
[0017] 本发明的采用的生产工艺如下：
[0018] (1)电炉冶炼方坯，加热温度1250°C，保温时间I. 5-2h，使0· 08-0. 12% Nb、Cr等 元素能够充分固溶，奥氏体化充分；
[0019] ⑵采用小轧机的大压下控制轧制和高冷速的控制冷却，奥氏体未再结晶区段开 轧温度850°C _860°C，单道次压下量20-35%，终轧温度800°C -8KTC，钢板温度均匀；控制 冷却开冷温度790-800°C，终止冷却温度400-450°C，冷却速率达到30-35°C /s，随后空冷至 室温，获得细小的贝氏体组织。
[0020] 本发明钢板化学成分设计简单，只采用Nb+Cr+B微合金方式，合金成本较低，节省 自然资源。
[0021] 本发明涉及钢板只需进行控制轧制控制冷却工艺，无需进行回火、调质等热处理 工艺，缩短用户使用周期，降低用户生产成本，节约社会资源和能源，满足绿色环保设计理 念。
[0022] 采用本发明化学成分、工艺路线，可以成功稳定生产轧制态高强钢板，屈服强度 彡 690Mpa，抗拉强度> 770Mpa，延伸率 14. 5-17. 5%，-20°C冲击功彡 72J，RpO. 2/Rm 彡 0· 9， 具有高强度，高韧性，低屈强比，高均匀塑性变形能力，良好抗震性，可以普通应用于各种机 械、桥梁、建筑、管线和海洋平台等基础设施或装备。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为1 #实例的贝氏体照片。
[0024] 图2为2#实例的贝氏体照片。
【具体实施方式】：
[0025] 实施实例：
[0026] 本实施实例为采用电炉冶炼，小乳机轧制的20mm厚具有高强韧性、高均匀塑性变 形能力的钢板，其成分重量百分比如表1，工艺参数控制见表2,力学性能见表3,图1至图2 为1#和2#实例的贝氏体照片。
[0027] 表1化学成分，余量为Fe及不可避免的夹杂
[0028]
【权利要求】
1. 一种高均匀塑性变形的高强度中厚钢板，其特征在于，化学成分按重量百分比 为：C :0· 03-0. 1 %，Si :0· 1-0. 5 %，Μη :1· 5-2. 0 %，P 彡 0· 008 %，S 彡 0· 006 %，A1 : 0· 02-0. 05%，Cr :0· 3-0. 8%，Nb :0· 08-0. 12%，Ti :0· 01-0. 02%，余量为 Fe 及不可避免的 夹杂。
2. -种权利要求1所述的高均匀塑性变形的高强度中厚钢板的生产方法，其特征在 于，工艺步骤及在工艺中控制的技术参数为： (1) 电炉冶炼方坯，加热温度1250°C，保温时间1. 5-2h，使0. 08-0. 12% Nb、Cr元素能 够充分固溶，奥氏体化充分； (2) 采用小轧机的大压下控制轧制和高冷速的控制冷却，奥氏体未再结晶区段开轧温 度850°C _860°C，单道次压下量20-35%，终轧温度800°C -810°C，钢板温度均匀；控制冷却 开冷温度790-800°C，终止冷却温度400-450°C，冷却速率30-35°C /s，随后空冷至室温，获 得细小的贝氏体组织。
【文档编号】C22C38/38GK104294165SQ201410539481
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】张苏渊, 朱振华, 王海宝, 邹扬, 顾林豪, 刘春明 申请人:首钢总公司