多特性特厚高强钢板及其生产方法
【专利摘要】一种多特性特厚高强钢板及其生产方法，属于高强度中厚板钢【技术领域】。钢板化学成分按重量百分比为C：0.10-0.2％，Si：0.1-0.553％，Mn：1.0-1.5％，P≤0.010％，S≤0.006％，Al：0.02-0.05％，Nb：0.01-0.03％，Ti：0.01-0.02％，Ni:0.1-0.3％，Cr：0.5-0.9％，Mo：0.2-0.5％，B：0.001-0.002％，余量为Fe及不可避免的夹杂，CEV≤0.56。该钢只需少量添加Ni、Mo等贵金属元素，控制轧制控制冷却+调质处理方式，得到回火索氏体+回火贝氏体组织，成功并稳定地生产具有高强韧性、易焊接性、高耐磨性的特厚高强度钢板，适用于各类工程机械设备，包括混凝土泵车、挖掘机、旋挖钻机、叉车、破碎机、汽车起重机、随车起重机、履带起重机等大吨位起重机的臂架、车架、转台、支腿等部位。
【专利说明】多特性特厚局强钢板及其生严方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高强度中厚板钢【技术领域】，特别是涉及一种多特性特厚高强钢板及其 生产方法，该钢只需少量添加 Ni、Mo元素，采用控制轧制控制冷却+调质处理方式，得到回 火索氏体+回火贝氏体组织，即可成功并稳定地生产多特性特厚高强度、高韧性、易焊接、 良好耐磨性能的中厚钢板，厚度规格可达60-105mm。该生产方法适用于配备调质热处理设 备的宽厚板生产线。
【背景技术】
[0002] 低合金高强度钢板，由于其具有高强度、良好的强韧性、可焊接性和良好的抵抗磨 料磨损的能力以及较低的成本而被广泛应用于煤炭机械、建筑工程机械和重型机械行业。
[0003] 在本发明前，专利号CN103540865A，提供了一种调质高强度Q620D特厚钢板的生 产方法，采用在线淬火一离线淬火一回火，Nb+Ti彡0· 06，Cu+Ni彡I. 0，Cr = 0· 30?0· 60， Mo = 0· 30 ?0· 50，CEV 彡 0· 60，CEV 按 CEV = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 公式进行 计算。与本发明相比，其屈服强度不低于590Mpa，抗拉强度不低于700Mpa，强度级别偏低； CEV比本发明的0. 56高，焊接性能差；不要求-40°C及其以下级别低温冲击，不要求钢板表 面硬度，生产难度较低。
[0004] 专利号CN103556060A提供了一种调质高强度Q800E特厚钢板的生产方法，采用在 线淬火+离线淬火+回火工艺，Nb+V+Ti彡0· 10, Cu+Ni彡L 0, Cr = 0· 40?0· 75, Mo = 0· 50 ?0·75, B 彡 0·0025, CEV 彡 0·60, CEV 按 CEV = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 公式进行计算。不足之处在于：（1)其屈服强度不低于740Mpa，抗拉强度不低于800Mpa， A > 15%，-40°C冲击功> 27J，虽然其强度级别与本发明相当，但延伸率小于本发明的 18%，对低温韧性要求明显低于本发明的-46°C V型缺口夏比冲击功97-179J，且其对表面 硬度无要求；（2)其CEV < 0. 6即可，比本发明的0. 56高，焊接性能差。
[0005] 专利号CN103343285A提供了一种690级超高强度海洋工程用钢板及其生产方法， 其特征在于，其化学成分按重量百分比为：CO. 14?0. 18%、SiO. 20?0. 35%、Mn I. 1? 1. 25 %、NbO. 01 ?0. 03 %、P 彡 0. 02 %、S 彡 0. 005 %、Nb 0. 010 ?0. 03 %、V 0. 035 ? 0. 045%、Ti 0. 005?0. 015%、其中Nb+V+Ti彡0. 12%，并将TMCP轧制、缓冷以及热处理 方面参数进行优化。其力学性能为屈服强度值695?760MPa，抗拉强度780?920MPa，延 伸率15. 8-20. 4%，Z向断面收缩率平均值> 35%。其缺点是，该成分设计只能满足厚度小 于80mm钢板的强韧性要求。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种多特性特厚高强钢板及其生产方法，只需少量添加 Ni、Mo等贵金属元素，采用控制轧制控制冷却+调质处理方式，得到回火索氏体+回火贝 氏体组织，即可成功并稳定地生产多特性特厚高强钢板，具有高强韧性、易焊接性、高耐 磨性，厚度规格为60-105mm，屈服强度RpO. 2690-760Mpa，抗拉强度790-834Mpa，延伸率 A彡18%，-46°C V型缺口夏比冲击功97-179J，表面硬度为265-277HB。
[0007] 本发明钢板的化学成分（按重量百分比）为C :0· 10-0. 2%，Si :0· 1-0. 3%， Mn ： 1. 0-1. 5 %, P ^ 0. 010 % , S ^ 0. 006 %, Al ：0. 02-0. 05 %, Nb ：0. 01-0. 03 %, Ti ： 0.01-0.02 %,Ni:0. 1-0. 3 %,Cr：0. 5-0. 9 %,M〇：0. 2-0.5 %, B ：0. 001-0. 002 %, CEV < 0. 56,余量为Fe及不可避免的夹杂。
[0008] 钢板组织为回火索氏体+回火贝氏体。
[0009] 屈服强度690Mpa超厚耐磨高强钢板厚度规格为60mm-105mm。
[0010] 本发明中选择的成分设计中，各元素的作用如下：
[0011] C :选择为0.1-0. 2%。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。
[0012] 硅：选择为0. 1-0. 3%。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。
[0013] 锰：选择为1. 0-1. 5%。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。
[0014] 铝：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。
[0015] Nb :选择为0. 01-0. 3%。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。
[0016] Ti :选择为0.01-0.0%。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。
[0017] 磷和硫：选择为< 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。
[0018] Ni :选择为0. 1-0. 3%，可以扩大奥氏体相区，降低奥氏体向铁素体的转变温度， 利于细化细化马氏体/贝氏体晶粒尺寸，增加马氏体/铁素体位相差，同时提高调质钢板强 度和韧性，尤其是改善低温冲击韧性方面十分有益。
[0019] 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。
[0020] Mo :选择为0. 2-0. 5%，能够提高钢的强度和硬度，降低钢的临界冷却速度，提高 钢的淬透性，增加回火稳定性。
[0021] 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。
[0022] 本发明的采用的生产工艺如下：
[0023] (1)铸坯生产工艺：铸坯采用铁水脱硫扒渣一转炉冶炼一LF精炼一RH精炼一板 述连铸，严格控制板述成分。
[0024] (2)板坯加热工艺：加热温度设定为1180?1250°C，加热时间为3. 5-4. 5h，使铸 坯奥氏体化，保证微合金充分固溶，且温度不至于太高导致奥氏体晶粒粗大；
[0025] (3)轧制工艺：采用再结晶区和未再结晶区的两阶段轧制。
[0026] 第一阶段为再结晶区轧制，也是粗轧阶段，其开轧温度1000-1100°C。由于钢板厚 度达到60-105mm，其第二阶段的总压下量和道次压下率均受到制约，因此需要更加充分地 发挥第一阶段的轧制效果。本发明认为对于调质钢，淬火组织的晶粒尺寸与奥氏体晶粒尺 寸关系更大，因此，需要强调在再结晶区的轧制，能够充分发挥轧制能力，利用反复大压下 率的轧制，充分细化奥氏体晶粒，从而改善超厚调质钢的强度、第低温韧性、耐磨性能等。
[0027] 第二阶段为精轧阶段：乳件中间待温厚度按照成品厚度的1. 5倍?2倍控制；奥 氏体未再结晶区开轧温度830°C _868°C，终轧温度控制在800-830°C。
[0028] 1)控制冷却
[0029] 终冷温度控制在679-700°C，冷却速度控制在11. 79-16. 99°C /s。
[0030] 2)调质工艺
[0031] 采用淬火+回火的热处理工艺。
[0032] 淬火温度890-920°C，保温30-60min，保证淬火钢板表面钢板组织为马氏体，1/4 处组织为马氏体+少量贝氏体，心部为贝氏体；同时保证淬火表面硬度能达到430-450HB ;
[0033] 回火温度为620-650°C，回火时间为60min-100min，回火组织为回火马氏体+回火 贝氏体组织，保证屈服强度Rp〇. 2690-760Mpa，-46°C V型缺口夏比冲击功97-179J，表面硬 度为 269-277HB。
[0034] 本发明的优点在于：
[0035] 本发明采用少量Ni、Mo等贵重金属元素，合金成本低，节约社会资源，满足绿色环 保设计理念。
[0036] 本发明充分利用再结晶区轧制、未再结晶区轧制、控制冷却的轧制方式，获得奥氏 体晶粒尺寸适当的组织，通过适当发挥Nb、Ni、Cr、Mo、B等微合金元素的综合作用，缩短淬 火和回火时间，生产成本低,生产周期短。
[0037] 根据本发明提供的化学成分和生产方法，可以成功稳定地生产一种多特性特厚 高强钢板。该钢只需少量添加 Ni、Mo等贵金属元素，具有高强韧性、易焊接性、高耐磨 性的，厚度规格为60-105mm，屈服强度RpO. 2690-760Mpa，抗拉强度790-834Mpa，延伸率 A彡18%，-46°C V型缺口夏比冲击功97-179J，表面硬度为265-277HB，适用于各类工程机 械设备，包括混凝土泵车、挖掘机、旋挖钻机、叉车、破碎机、汽车起重机、随车起重机、履带 起重机等大吨位起重机的臂架、车架、转台、支腿等部位。
【专利附图】
【附图说明】
[0038] 图1为63. 2mm表层照片。
[0039] 图 2 为 63. 2mm_l/4 照片。
[0040] 图3为63. 2mm-心部照片。
[0041] 图4为88. 9mm_表层照片。
[0042] 图 5 为 88. Qmm-1 /4 照片。
[0043] 图6为88. 9mm-心部照片。
[0044] 图7为101. 2mm-表层照片。
[0045] 图 8 为 101. 2mm-l/4 照片。
[0046] 图9为101. 2mm-心部照片。
【具体实施方式】：
[0047] 本实施实例为规格63. 2mm、88. 9mm和102. 6mm的屈服强度690Mpa超厚耐磨钢 板的生产工艺，其成分重量百分比如表1，63. 2mm、88. 9mm和102. 6mm钢板的CEV分别为 0·496、0·516 和 0· 558。
[0048] 表1化学成分
[0049]
【权利要求】
1. 一种多特性特厚高强钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按重量百分比为：C:0. 10-0. 2%, Si ：0. l-o. 3%,Mn ：1. 〇-l. 5%,P ^ 0. 010%, S ^ 0. 006%, A1 ：0. 02-0. 05%, Nb ：0. 01-0. 03 %, Ti ：0. 01-0. 02 %, Ni : 0. l-〇. 3 %, Cr ：0. 5-0. 9 %, Mo ：0. 2-0. 5 %, B ： 0. 001-0. 002%，CEV < 0. 56,余量为Fe及不可避免的夹杂。
2. 如权利要求1所述的多特性特厚高强钢板，其特征在于：钢板组织为回火索氏体+ 回火贝氏体。
3. 如权利要求1所述的多特性特厚高强钢板，其特征在于：钢板厚度规格为 60mm-105mm〇
4. 一种生产如权利要求1所述的多特性特厚高强钢板的生产方法，工艺包括控轧控 冷、调质处理；其特征在于：工艺中控制的技术参数为： (1) 控制轧制：乳件中间待温厚度按照成品厚度的1. 5倍?2倍控制；奥氏体未再结晶 区开轧温度830°C _868°C，终轧温度控制在800-830°C ; (2) 控制冷却：终冷温度控制在679-700°C，冷却速度控制在11. 79-16. 99°C /s ; (4)调质工艺：淬火温度890-920°C，保温30-60min，回火温度为620-650°C，回火时间 为 60min-100min。
【文档编号】C22C38/54GK104328354SQ201410540075
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】刘春明, 张苏渊, 王振强, 顾林豪, 邹扬 申请人:首钢总公司