抗拉强度700MPa级易焊接低内应力结构钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及低合金高强度钢生产领域，具体的是指一种抗拉强度700MPa级易焊 接低内应力结构钢板及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 随着能源、化工、建筑等领域的迅速发展，低合金高强度结构钢市场需求日益增 大，而且为了满足上述行业中工程结构自重降低，装载能力提高的发展趋势，抗拉强度在 700MPa的钢板（牌号Q550)用量越来越多。该强度级别钢板早期以乳制后淬火+回火（调 质）的方式生产，该生产方式不仅因碳含量和碳当量高而导致焊接性能较差，而且生产周 期长，能耗高，逐渐被热机械乳制（TMCP)的生产方式所代替。TMCP技术主要包括两个部分： 控制乳制和控制冷却。控制乳制通常指两阶段乳制：在未再结晶温度之上的乳制变形和未 再结晶温度之下的乳制。控制冷却指的是经乳制后的钢板通过层流冷却或超快冷等加速冷 却装备，使得钢板的冷却速度增加，停冷温度降低，促进钢板在中温和低温时的组织转变， 从而实现钢板组织控制，最终达到目标性能要求。用户获得钢板后往往需要进行焊接和切 害J，因此用户对于钢板的焊接性能和切割后的板形都有要求。根据GB/T 1591-2008规定， 焊接裂纹敏感指数Pcm[Pcm = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]可以用来评估钢材的可 焊性，Pcm值越低，说明钢板的焊接性能越好，焊接后在焊接接头处不易出现冷裂纹，为降低 Pcm并保证钢板具有较高的强韧性，同时节约合金元素用量，往往在控制冷却过程中加大冷 却速度，即常说的"以水代金"，但是在急速冷却过程中钢板内部出现较大的内应力，用户在 后续使用过程中，特别是切割时，钢板容易出现变形，一方面钢板尺寸超差，影响使用；另一 方面变形的钢板会碰坏切割设备，产生事故。因此，需要开发抗拉强度在700MPa易焊接低 内应力结构钢板。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于根据现有抗拉强度700MPa级结构钢板因内应力较大影响后续 使用的不足，提供一种厚度在10~50mm，综合力学性能好、易于焊接、低内应力、经济型的 抗拉强度700MPa级易焊接低内应力结构钢板及其制造方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供的抗拉强度700MPa级易焊接低内应力结构钢板，其 特征在于：以质量百分比计，它的化学成分范围为：C :0.04-0. 09%，Si :0.20-0. 48%，Mn: 1. 40-1. 70%, Cr 0. 30%, Nb ：0. 020-0. 045%, Ti ：0. 012-0. 020%, V ：0. 005-0. 030%, Als :0· 020-0. 038%，B :0· 0012-0. 0028%，P <0· 015%，S <0· 006%，[N]彡 0· 0060%，其 余为Fe和不可避免的杂质；同时，其焊接裂纹敏感性指数Pcm彡.20%，且
[0005] Pcm = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
[0006] 作为一种优选方案，以质量百分比计，它的化学成分范围为：C :0. 060-0. 074%， Si ：0. 33-0. 36%,Mn ：1, 48-1. 53%,Cr ：^0, 21%,Nb ：0. 024-0. 029%,Ti ：0. 013-0. 014%, V ：0. 012-0. 021%, Als ：0. 034-0. 037%, B ：0. 0014-0. 0017%, P ^ 0. 013%, S ^ 0. 004%, [N] < 0.0060%，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0007] 作为又一种优选方案，以质量百分比计，它的化学成分范围为：C :0. 074%，Si : 0. 48%, Mn ：1, 53%, Mn ：1, 53%, Cr ：0. 21%, Nb ：0. 029%, Ti ：0. 013%, V ：0. 021%, Als ： 0· 034%，B :0· 0017%，P :0· 014%，S :0· 003%，[N]彡 0· 0060%，其余为 Fe 和不可避免的 杂质。
[0008] 本发明还提供一种抗拉强度700MPa级易焊接低内应力结构钢板的制备方法，它 包括如下步骤：
[0009] (1)冶炼工艺：进行铁水预处理，采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行 精炼处理，并进行微合金化，控制钢中夹杂含量在如下成分范围：C :0.04-0. 09%，Si : 0. 20-0. 48%, Mn ：1, 40-1. 70 %, Cr ： ^ 0. 30 %, Nb ：0. 020-0. 045%, Ti ：0. 012-0. 020%, V ：0. 005-0. 030 %, Als ：0. 020-0. 038 %, B ：0. 0012-0. 0028 %, P < 0. 015 %, S < 0.006%，[N] < 0.0060%，其余为Fe和不可避免的杂质；同时，其焊接裂纹敏感性指数 Pcm 彡 0· 20%，且
[0010] Pcm = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu) /15 ;连铸采用电磁搅拌，减少元素偏析；
[0011] (2)乳制工艺：铸坯加热温度为1150-1250°C ;采用两阶段控乳，第一阶段开乳温 度为1030-1150°C，终乳温度为960-1030°C ;第二阶段开乳温度为900-1000°C，终乳温度为 780-860°C，乳后通过层流或水幕冷却方式进行控制冷却，开冷温度为730-830°C，返红温度 为480-600°C，然后送往强力矫直机进行矫直，钢板下线后送热处理炉进行消除应力处理， 处理温度为400-700 °C。
[0012] 本发明的C含量选择在0.04-0. 09%。因为C是提高钢板强度的最有效且最廉价 的元素之一，为保证钢板的强度，C含量的下限为0. 04%。但是C含量过高时对钢板的焊接 性能和低温冲击韧性将产生不利的影响，因而C含量的上限为0. 09%。
[0013] 本发明的Si含量在0. 20-0. 48%，Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，同时也 是脱氧的必要元素。在本发明钢中，Si含量太高会降低钢的低温冲击韧性和焊接性能。
[0014] 本发明的Mn含量在1. 40-1. 70%，Mn是重要的强韧化元素和良好的脱氧剂、脱硫 剂，太低的Mn则不能保证钢的强度，但太高的Mn对钢坯中心偏析有不利影响，有损于钢板 的韧性，并且在焊接时容易产生裂纹。
[0015] 本发明的Cr含量不超过0. 30%，既发挥提高淬透性的作用，又提高耐蚀性。
[0016] 本发明的Nb含量为0. 020-0. 045%，Nb是强碳氮化合物形成元素，能提高钢的奥 氏体再结晶温度。奥氏体可以在更高的乳制温度下进行乳制。此外Nb在控制乳制连续冷却 过程中的析出强化作用，通过Nb的碳氮化物的应变诱导析出可以钉扎奥氏体晶粒，细化 奥氏体晶粒并提高强度及低温韧性。但过高的Nb也易与Fe、C等元素形成低熔点共晶物， 从而增加焊缝金属产生热裂纹的倾向。
[0017] 本发明的V含量为0. 005-0. 030%，V在钢中可起到固溶强化的作用，同时在消应 处理时能够起到析出强化的作用。
[0018] 本发明的Ti含量为0. 012-0. 020%，Ti是强氮化物形成元素，Ti的氮化物能有效 地钉扎奥氏体晶界，因此有助于控制奥氏体晶粒的长大。
[0019] 本发明的Als含量控制在0.020-0. 038%，A1是钢中的主要脱氧元素。Al含量过 高时将导致Al的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性。
[0020] 本发明的B含量控制在0. 0012-0. 0028%，微量B的加入与Mn、Nb等元素相互作 用，可以促进中温转变，提高钢板的强度。
[0021] P和S是钢中不可避免的有害元素，对钢的塑性和韧性不利，应尽量降低P和S含 量，提高钢的洁净度。但考虑到降低P、S含量对冶炼的难度和成本增大，本发明钢中P控制 < 0· 015%，S 控制<