一种低裂纹敏感性低屈强比特厚钢板及其制备方法与流程

本发明涉及钢板锻造技术领域，具体涉及一种适于-60℃低温环境下使用的低裂纹敏感性、低屈强比特厚钢板及其制造方法。

背景技术：
随着工业技术和经济的不断发展，高强度结构钢越来越多的应用在造船、海工装备、建筑结构、铁路运输、桥梁建设、大型钢结构等领域中，强度的升高可以大大减少钢材的总使用量，在减少资源投入的同时，使总体建造装备轻量化。然而，随着钢板强度的升高，与普通低合金结构钢相比，也带来了一些负面性能。其中，屈强比升高、焊接性能下降、低温韧性下降是主要负面影响，严重制约了高强钢的推广和发展。低屈强比、高低温韧性和良好的焊接性已经成为第三代高性能结构钢的主要发展方向。目前，低碳设计的低裂纹敏感性低屈强比的可在-60℃下使用的40-70mm厚度的高强高韧性钢板在国内还未见有报道。专利公告号为CN102433507A的发明专利公开了一种低屈强比易焊接高强钢板及其制备工艺，采用低碳、Nb、Cr微合金化成分设计，屈服强度为460-560MPa，抗拉强度为700-790MPa，屈强比＜0.7。但是，该专利产品在成分设计上与本发明完全不同，同时，仅满足-20℃条件下使用，不满足-60℃条件下使用；厚度规格上，仅做到30mm厚度，对于更大厚度的钢板则无法保证性能。专利公告号为CN103114186A的发明专利公开了一种易焊接高性能钢板的控制冷却方法的技术方案，采用低碳、Nb、V、Cr、B、Ti等微合金元素设计以及控轧控冷工艺，可获得Pcm≤0.21的12-60mm厚度-40℃条件下使用的低屈强比钢板，屈服强度＞530MPa，抗拉强度＞700MPa，屈强比＜0.8，-40℃冲击功＞120J。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种可在-60℃条件下使用的40-70mm厚度，碳当量≤0.43、冷裂纹敏感系数（Pcm）≤0.20、屈强比≤0.80的高强钢板及其制造方法。本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种易焊接低温抗层状撕裂性能优异的钢板，该钢板的化学成分质量百分含量为C0.05-0.09；Si0.2-0.4；Mn1.3-1.6；Al0.02-0.04；Nb0.03-0.08；V0.03-0.08；Cr0.1-0.5；Ni0.1-0.5；Mo0.1-0.3；Cu0.2-0.5；Ti0.01-0.02；P≤0.015；S≤0.003；N≤0.007，余量为Fe及不可避免的杂质，碳当量≤0.43，冷裂纹敏感系数Pcm≤0.20。钢板的冶炼流程为：KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—板坯连铸—缓冷—控制轧制—控制冷却—精检—性能检测—包装入库。本申请钢板的厚度为40～70mm，屈服强度≥460MPa，抗拉强度570～760MPa，屈强比≤0.80，延伸率≥17%，-60℃下钢板的1/4厚度和1/2厚度处夏比冲击功均≥150J，Z向断面收缩率≥35%，可满足在-60℃超低温环境下服役。本发明中所含有所有组分的作用及其含量选择理由具体说明如下：C：影响强度、低温韧性和焊接性的主要元素，以固溶强化形式提高钢的强度，碳含量过低时（低于0.03%），则不能保证强度，碳含量过高（高于0.10%）会对钢的韧性及焊接性产生不利影响。本发明C含量选择范围为0.05-0.09%，在保证钢板强度的基础上，保证具有良好的低温韧性和焊接性。Si：脱氧元素，起固溶强化作用，Si含量过高会对表面质量、韧性及焊接性能产生不利影响，本发明Si含量选择范围为0.2-0.4%。Mn：影响强度、低温韧性和焊接性的主要合金元素，典型的奥氏体稳定化元素，起固溶强化作用，Mn含量在低于0.8%时则无法起到固溶强化的作用，过高会提高钢的碳当量和裂纹敏感系数，对钢的焊接性产生不利影响；同时，Mn容易在钢板心部产生偏析，对钢板心部的低温冲击韧性产生不利影响。本发明Mn含量的选择范围为1.3-1.6%；Al：脱氧元素，起脱氧和固氮的作用，形成AlN起到细化晶粒的作用。本发明Al含量的选择范围为0.02-0.04%。Nb：主要细化晶粒元素，在轧制过程中通过钉扎作用和沉淀强化作用显著细化奥氏体晶粒，提高奥氏体再结晶温度，有利于强度和韧性的提高。本发明Nb含量的选择范围为0.03-0.08%V：碳氮化物形成元素，以弥散强化的形式，通过形成V（C，N）提高钢的强度和韧性，细化铁素体晶粒度，含量过高则会对焊接性产生不利影响。本发明V含量的选择范围为0.03-0.08%。Cr：中等碳化物形成元素，能够显著提高钢的淬透性和强度。添加过量，则会对钢的低温冲击韧性和焊接性产生不利影响。本发明Cr含量的选择范围为0.1-0.5%。Ni：能够同时提高钢的强度和改善低温冲击韧性。Ni含量过高时，会粘度较高的氧化铁皮，影响钢板表面质量。同时，太高的Ni提高钢板的碳当量和裂纹敏感系数，影响钢板的焊接性。本发明Ni含量的选择范围为0.1-0.5%。Mo：能够显著推迟珠光体相变，在较低冷速下保证得到贝氏体组织，在特厚低屈强比钢中，能够保证在整个厚度断面上均得到铁素体贝氏体双相组织。本发明中Mo含量的选择范围为0.1-0.3%Cu：主要起到固溶强化和沉淀强化的作用，同时能够提高钢的耐大气腐蚀性能，降低钢板的氢致裂纹敏感性；过高会对钢板的焊接性产生不利影响。本发明Cu含量的选择范围为0.2-0.5%。Ti：强氮化物形成元素，通过形成TiN起到析出强化的作用，有效细化晶粒，提高低温韧性，Nb和Ti复合加入可进一步提高奥氏体的再结晶温度，含量过高则会对韧性产生不利影响。本发明Ti含量的选择范围为0.01-0.02%。P、S：作为钢中的主要杂质元素，对钢板尤其是钢板心部的低温冲击韧性会产生不利影响，控制越低越好。根据现有实际生产条件，本发明P、S含量的选择范围为P≤0.015%，S≤0.003%。上述低裂纹敏感性低屈强比钢板的制备方法包含如下工艺步骤：（1）在炼钢工序中，采用KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气处理生产出高纯净钢水，然后通过特厚连铸板坯生产工艺生产出150-450mm厚度连铸板坯，将连铸坯加罩堆垛缓冷扩氢处理，堆垛缓冷时间≥120小时；（2）将连铸坯加热至1130-1250℃，保温150-180min，使钢中的合金元素充分固溶以保证性能的均匀性，连铸坯出炉后高压水除鳞；（3）将连铸坯进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧，开轧温度在1050-1150℃，单道次平均压下率≥15%；第二阶段为精轧，开轧温度为840-900℃，累计道次压下率≥60%；（4）轧后进行控制冷却，控制冷却分为两个阶段，第一阶段为空冷阶段，开冷温度800-860℃，终冷温度600-750℃；第二阶段为加速冷却阶段，冷却速度为13-17℃/s，终冷温度300-450℃。（5）控制控冷之后，进行热矫直，最后空冷到室温即得钢板成品。本发明针对在-60℃条件下使用的低裂纹敏感性低屈强比特厚高强钢板，成分上采用低碳、低碳当量和低裂纹敏感系数的成分设计，工艺上，采用高纯净钢的冶炼、以150-450mm厚度连铸板坯作为原料，采取控制轧制加控制冷却的方法生产出40-70mm厚度、可在-60℃条件下使用的低裂纹敏感性低屈强比特厚高强钢板。与现有技术相比，本发明的优点在于：（1）本发明采用低碳、低碳当量和低裂纹敏感性成分设计，C0.05-0.09%，碳当量≤0.43，裂纹敏感系数Pcm≤0.20，确保钢板的易焊接性。（2）按照本发明生产的40-70mm厚度特厚钢板，在具备良好的焊接性基础上，还具有低屈强比高低温韧性的优异性能，屈服强度≥460MPa，抗拉强度在570-760MPa之间，屈强比≤0.80，延伸率≥17%，-60℃下钢板的1/4厚度和1/2厚度处夏比冲击功均≥150J，Z向断面收缩率≥35%，能够满足在-60℃的低温条件下使用。附图说明图1为本发明实施例70mm厚度钢板1/4厚度位置的显微组织图；图2为本发明实施例70mm厚度钢板1/2厚度位置的显微组织图。具体实施方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1-2：两实施例所涉及钢板制造方法：KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—控制轧制—控制冷却—热矫直—空冷，制造两组厚度70mm的低温使用的低裂纹敏感性低屈强比高强钢板。当然也完全适用于70mm以下厚度钢板的制造。上述加热、轧制和缓冷阶段的具体工艺为：将370mm厚度连铸坯加热至1180℃，保温180min（实施例1）或加热至1220℃，保温150min（实施例2），连铸坯出炉后使用高压水除鳞；然后进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧，开轧温度1060℃（实施例1）或1100℃（实施例2），中间坯厚度240mm，单道次平均压下率16%；第二阶段开轧温度为860℃，累计道次压下率65%（实施例1）或第二阶段开轧温度840℃，累计道次压下率65%（实施例2），最终钢板厚度为70mm（实施例1）和70mm（实施例2）；轧后钢板空冷到680℃（实施例1）和650℃（实施例2）；然后进行加速冷却，冷速13-17℃/s，终冷温度为400℃（实施例1）和430℃（实施例2），最后空冷到室温。实施例1和2制得的钢板化学成分见表1，钢板的力学性能见表2，钢板1/4和1/2厚度处的显微组织如图1和图2所示。表1实施例1和2的低裂纹敏感性低屈强比特厚钢板的化学成分（wt.%）实例CSiMnPSAlNbVTiCrNiMoCuNCeqPcm10.060.281.550.0120.0020.0260.0360.0410.0140.160.270.120.230.00280.420.1920.070.231.540.0110.0020.0300.0340.0360.0150.160.270.110.230.00270.420.19Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B表2实施例1和2低裂纹敏感性低屈强比特厚钢板的力学性能本发明通过的超低碳、低碳当量和低裂纹敏感性成分设计，通过控轧控冷工艺成功制造了40-70mm厚度-60℃条件下使用的低裂纹敏感性低屈强比钢板，填补了国内空白。