專利名稱：：一種屈服強(qiáng)度500MPa級低裂紋敏感性鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋼鐵冶金領(lǐng)域，具體地說，涉及一種屈服強(qiáng)度500MPa級的低裂紋敏感性鋼板。
背景技術(shù)：
：為了便于焊接和簡化焊接工藝，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)和工程建設(shè)所使用的高強(qiáng)度鋼，要求鋼的焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm盡可能低，以達(dá)到焊前無需預(yù)熱的目的，這種鋼被稱為低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)鋼，也稱CF鋼。它是一類具有優(yōu)良焊接性能和低溫韌性的低合金高強(qiáng)度鋼，其優(yōu)點(diǎn)在于焊前不預(yù)熱或稍加預(yù)熱而不產(chǎn)生裂紋，主要是解決了大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接施工問題；對于屈服強(qiáng)度500MPa級鋼板，一般要求鋼的Pcm《0.20。/0。降低Pcm的唯一手段就是減少碳和合金元素的加入量，而對于采用淬火+回火工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)鋼來說，減少碳和合金元素的加入量將不可避免地帶來鋼強(qiáng)度的降低，然而，若采用熱機(jī)械控制軋制與控制冷卻技術(shù)(TMCP)，則可以彌補(bǔ)這種缺陷。此外，相對于調(diào)質(zhì)(淬火+回火)工藝，熱機(jī)械控制軋制與控制冷卻技術(shù)(TMCP)還具有細(xì)化晶粒從而提高鋼的低溫韌性的好處。專利號CN139629和CN1932063涉及的鋼種的合金元素設(shè)計(jì)成分的對比如表1所示。由于Cr、Cu、Mo、和Ni均為貴重合金元素，尤其Mo和Ni價格更高，因此從添加的合金元素的種類來分析，這兩種鋼種冶煉成本較高，且分別要求對鋼板進(jìn)行淬火+回火和離線回火處理，制造工序復(fù)雜。表l相關(guān)專利鋼的成分對比(wt%)元^CSiMnPSAlNBNbVTiNiCuCrMoZrREPcm0.000.000.000.00CN13962940.020.10.6《《0.010《2058《《《《《《《0.130.61.80.020.010.0060.00200.0400.100.0250.550.650.50.040.020,333<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是通過提供一種屈服強(qiáng)度500MPa級低裂紋敏感性鋼板及其制造方法，從而獲得一種焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm《0.17%，具備良好的低溫韌性和焊接性的高強(qiáng)度鋼板。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種屈服強(qiáng)度500MPa級低裂紋敏感性鋼板，包括如下重量百分配比的化學(xué)元素C:0.0100.09%、Si:0.100.65%、Mn:1.102.00%、P《0.010%、S《0.006%、Nb:0.0200.090%、Al:0.020.06%、Ti:0.0040.030%、B:0.00050.0025%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。下面，對本發(fā)明的屈服強(qiáng)度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的化學(xué)成分作用作詳細(xì)敘述。C:在鋼中的作用是固溶強(qiáng)化，是對鋼的強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大的元素，但是C對焊接性能和韌性不利。C含量越高，焊接性能越差，對于采用TMCP工藝生產(chǎn)的貝氏體鋼來說，C含量越低則韌性越好，較低的碳含量可以生產(chǎn)更大厚度的高韌性鋼板，因此本發(fā)明C含量控制為0.0100.09%。Si:在鋼中的作用主要是固溶強(qiáng)化，加入Si可顯著提高鋼的強(qiáng)度，且對鋼的焊接性能沒有明顯的負(fù)面影響；但過多的加入會使鋼的韌性降低，本發(fā)明Si含量控制為0.100.65%。Mn:在鋼中的作用主要是提高鋼的屈服強(qiáng)度，另外可以降低鋼的奧氏體向鐵素體相變的轉(zhuǎn)變溫度，通過控制軋制，獲得較細(xì)的晶粒尺寸，最終增加鋼的強(qiáng)度和低溫韌性。Nb:本發(fā)明通過加入較多的Nb，一方面以達(dá)到細(xì)化晶粒和增加鋼板厚度的目的，另一方面是提高鋼的未再結(jié)晶溫度，便于在軋制過程中采用相對較高的終軋溫度，從而加快軋制速度，提高生產(chǎn)效率。此外，由于強(qiáng)化了晶粒細(xì)化作用，使得可生產(chǎn)鋼板的厚度增大，采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的化學(xué)成分，能夠生產(chǎn)鋼板的最大厚度為60mm。B:能夠顯著增加鋼的淬透性，本發(fā)明加入0.00050.0025。/。的B，可以使鋼在一定冷卻條件下，比較容易地獲得高強(qiáng)度貝氏體組織。焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm是反映鋼的焊接冷裂紋傾向的判定指標(biāo)，Pern越低，焊接性越好，反之，則焊接性越差。焊接性好是指焊接時不易產(chǎn)生焊接裂紋，而焊接性差的鋼容易產(chǎn)生裂紋，為了避免裂紋的產(chǎn)生，必須在焊接前對鋼進(jìn)行預(yù)熱，焊接性越好，則所需的預(yù)熱溫度越低，反之則需要較高的預(yù)熱溫度。一般認(rèn)為，當(dāng)Pcm《0.25X時，60公斤級(屈服強(qiáng)度500MPa)鋼可以實(shí)現(xiàn)不預(yù)熱焊接。本發(fā)明鋼的焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm《0.17。/。。低裂紋敏感性鋼板的焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm可按下式確定Pcm=C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B一種屈服強(qiáng)度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，包含如下步驟(1)冶煉，并澆鑄成鑄坯或鋼錠按如下化學(xué)元素的重量百分配比冶煉C:0.0100.09%、Si:0.100.65%、Mn:1.102.00%、P《0.010%、S《0.006%、Nb:0.0200.090%、Al:0.020.06%、Ti:0.0040.030%、B:0.00050.0025%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。(2)加熱加熱溫度為10801180°C。(3)軋制第一次軋制中初軋溫度為10501150°C，第二次軋制，初軋溫度為78084(TC，終軋溫度為74085(TC;對于含Nb鋼來說，其未再結(jié)晶溫度約為950105(TC，將軋制鋼坯溫度降至78084(TC，目的是為了保證其在未再結(jié)晶區(qū)有足夠的變形量，增加奧氏體晶粒中的滑移帶和位錯密度，增大有效晶界面積，為鐵素體相變形核創(chuàng)造有利條件。較大的變形也有利于Nb的碳氮化合物的析出，由于變形誘導(dǎo)析出的作用，較大的道次變形率將有利于析出物的形成并且使其更加細(xì)小和彌散，同時，細(xì)小和彌散的析出物及其釘扎作用為鐵素體提供高密度的形核地點(diǎn)并且阻止其長大和粗化，這對于鋼的強(qiáng)度與韌性都起到有利的作用。將終軋溫度控制在未再結(jié)晶區(qū)的低溫段，同時該溫度區(qū)接近相變點(diǎn)Ar3，即終軋溫度為740850°C，在這個溫度范圍內(nèi)終軋，既為相變提供更高的能量累積，也不至于給軋機(jī)帶來過高的負(fù)荷，比較適合于厚板生產(chǎn)。(4)冷卻鋼板進(jìn)入加速冷卻裝置，冷卻至45056(TC，出水后空冷。由于鋼板在軋制過程中積累了密度很高的位錯和極高的應(yīng)變能，高密度的位錯將與Nb的析出物Nb(CN)粒子相互作用，在軋制完成至加速冷卻的空冷(馳豫)過程中，這種相互作用促使在奧氏體晶粒內(nèi)部形成大量細(xì)小的多邊5形位錯胞結(jié)構(gòu)，Nb原子在位錯墻上的偏聚以及大量微細(xì)Nb(CN)在位錯胞壁上的析出，穩(wěn)定了這種具有一定取向差的多邊形胞狀結(jié)構(gòu)。同時，一個道次的較大變形具有誘導(dǎo)鐵素體相變的作用，在這種誘導(dǎo)作用下，Ar3點(diǎn)有所提高，即出現(xiàn)所謂"應(yīng)變誘導(dǎo)相變"現(xiàn)象，在未再結(jié)晶溫度區(qū)較大的變形量，將有利于針狀鐵素體的晶內(nèi)形核，同時會使貝氏體基體上的馬氏體島分布更加均勻彌散。優(yōu)選地，所述步驟(2)中，保溫時間為120180分鐘。優(yōu)選地，所述步驟(3)中，初軋后，軋件厚度為成品鋼板厚度的23倍。優(yōu)選地，所述步驟(4)中，冷卻速度為515°C/S，采用較快的冷速是為了為貝氏體轉(zhuǎn)變提供更高的過冷度，增加相變驅(qū)動力，獲得更高密度的形核率，從而得到以細(xì)化的貝氏體為主的基體組織，使本發(fā)明鋼板具有較高的強(qiáng)度和良好的韌性。優(yōu)選地，所述步驟(4)中，空冷的方式采用堆垛或冷床冷卻。本發(fā)明的有益效果為-1.本發(fā)明通過合理設(shè)計(jì)化學(xué)成分，無需添加Mo、Ni、Cu等貴重元素，充分利用加速冷卻工序中水的作用，來彌補(bǔ)合金元素缺失帶來的強(qiáng)度和韌性降低。因此原料成本大大降低，且焊接裂紋敏感性較小，焊前無需預(yù)熱。2.本發(fā)明鋼板采用熱機(jī)械控制軋制與控制冷卻技術(shù)(TMCP)，不需進(jìn)行任何額外的熱處理，從而簡化了制造工序，節(jié)約能源，降低了鋼的制造成本。3.由于成分和工藝設(shè)計(jì)合理，從實(shí)施效果來看，工藝制度比較寬松，可以在中、厚鋼板產(chǎn)線上穩(wěn)定生產(chǎn)。4.本發(fā)明的低裂紋敏感性鋼板屈服強(qiáng)度大于500MPa、抗拉強(qiáng)度大于610MPa、夏氏沖擊功Akv(—20。C)>100J、板厚可達(dá)80腿板，且鋼板截面硬度比較均勻；焊接性能優(yōu)良。以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。圖1為本發(fā)明實(shí)施例4鋼板的截面硬度測量值分布示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的焊接熱影響區(qū)最高硬度測量結(jié)果示意圖。具體實(shí)施例方式表2為本發(fā)明實(shí)施例1-6的低裂紋敏感性鋼板的化學(xué)成分(wt%)及其焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm的數(shù)值。表2實(shí)施例CSiMnNbAlTiBFePcm10.010.652.000.0900.0500.0300.0025余量0.1420.020.601.800細(xì)0細(xì)0.0250.0020余量0.1430.040.501.650.0600.0550.0200細(xì)5余量0.1540.060.401.550扁0.0400.0150週0余量0.160.070.301.400.0300.0350細(xì)0細(xì)8力，曰象里0.1560.090.101.300.0200.0200.0040細(xì)7余量0.16Pcm:焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm=C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B實(shí)施例l本發(fā)明鋼的化學(xué)元素百分配比為C:0.01%、Si:0.65%、Mn:2.00%、P《0.010%、S《0.006%、Nb:0.090%、Al:0.050%、Ti:0.030%、B:0.0025%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法如下加熱溫度為108(TC，保溫120分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為106(TC，軋件厚度為90mm;第二階段軋制的開軋溫度為78(TC，終軋溫度為74(TC，成品鋼板厚度為30mm;鋼板冷卻速度為15°C/S，終止溫度為450°C。實(shí)施例2本發(fā)明鋼的化學(xué)元素百分配比為C:0.02%、Si:0.60%、Mn:1.80%、P《0.010%、S《0.006%、Nb:0,080%、Al:0.060%、Ti:0.025%、B:0.0020%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。7制造方法如下加熱溫度為110(TC，保溫160分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1090°C，軋件厚度為100mm;第二階段軋制的開軋溫度為780°C，終軋溫度為770'C，成品鋼板厚度為40mm;鋼板冷卻速度為5°C/S，終止溫度為560°C。實(shí)施例3本發(fā)明鋼的化學(xué)元素百分配比為C:0.04%、Si:0.50%、Mm1.65%、P《0.010%、S《0,006%、Nb:0.060%、Al:0.055%、Ti:0.020%、B:0.0015%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法如下加熱溫度為112(TC，保溫150分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為IIO(TC，軋件厚度為150mm;第二階段軋制的開軋溫度為800°C，終軋溫度為79(TC，成品鋼板厚度為60mm;鋼板冷卻速度為12°C/S，終止溫度為500°C。實(shí)施例4本發(fā)明鋼的化學(xué)元素百分配比為C:0.06%、Si:0.40%、Mn:L55%、P《0.010%、S《0.006%、Nb:0.040%、Al:0.040%、Ti:0.015%、B:0.0010%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法如下其中加熱溫度為1140°C，保溫150分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1100°C，軋件厚度為150mm;第二階段軋制的開軋溫度為820°C，終軋溫度為85(TC，成品鋼板厚度為80iran;鋼板冷卻速度為15°C/S，終止溫度為520°C。實(shí)施例5本發(fā)明鋼的化學(xué)元素百分配比為C:0.07%、Si:0.30%、Mn:1.40%、P《0.010%、S《0.006%、Nb:0.030%、Al:0.035%、Ti:0.008%、B:0.0008%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法如下加熱溫度為116(TC，保溫180分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為110(TC，軋件厚度為90mm;第二階段軋制的開軋溫度為840°C，終軋溫度為82(TC，成品鋼板厚度為30mm;鋼板冷卻速度為8°C/S，終止溫度為510°C。實(shí)施例6本發(fā)明鋼的化學(xué)元素百分配比為C:0.09%、Si:0.10%、Mn:1.30%、P8《0.010%、S《0.006%、Nb:0.020%、Al:0.020%、Ti:0.004%、B:0.0007%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法如下加熱溫度為1180。C，保溫160分鐘；第一階段軋制的開軋溫度為1150°C，軋件厚度為120mm;第二階段軋制的開軋溫度為840°C，終軋溫度為84(TC，成品鋼板厚度為40mm;鋼板冷卻速度為10°C/S，終止溫度為490°C。試驗(yàn)例l對本發(fā)明實(shí)施例1-6的低裂紋敏感性鋼板進(jìn)行力學(xué)性能測試，測試結(jié)果見表3。表3本發(fā)明實(shí)施例1-4的低裂紋敏感性鋼板的力學(xué)性能實(shí)施例屈服強(qiáng)度(MPa)抗拉強(qiáng)度(MPa)延伸率(%)一2(TC縱向沖擊功/韌性斷口比例(J/%)1580,560700，69021.0，22.5325/100，318/100，339/1002565,580680,69523.0,22.0295/100,275/100,268/1003600，600740,74021.0，22.5201/100,198/100，178/1004535,540710,72021.5,22.0185/100，156/100,151/100315/100，5570,705,21.0，328/100,56569021.5319/1009<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從表2和表3可以看出，本發(fā)明低裂紋敏感性鋼板的Pcm《0.17%，屈服強(qiáng)度均大于500MPa，抗拉強(qiáng)度大于610MPa，夏氏沖擊功Akv(—20。C)>100J，板厚可達(dá)80mm，具有良好的低溫韌性和焊接性。試驗(yàn)例2按標(biāo)準(zhǔn)GB/T4340-1999對本發(fā)明實(shí)施例4的低裂紋敏感性鋼板的截面硬度進(jìn)行測量，測量值見圖l。從圖l可以看出，除表面激冷層外，本發(fā)明鋼板的厚度截面硬度比較均勻。試驗(yàn)例3參照GB/T4675.5-1984《焊接性試驗(yàn)焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)方法》對本實(shí)施例1進(jìn)行了焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)。該試驗(yàn)適用手工電弧焊，焊接試板尺寸取200x75x30mm。焊接參數(shù)為焊接電流170A，焊接電壓24V，焊接速度150mm/min。焊接材料為大西洋J707RH。環(huán)境溫度18°C，濕度55%。硬度測量結(jié)果如圖2所示。由試驗(yàn)結(jié)果可見，HAZ最高硬度位于距熔合線底部切點(diǎn)lmm處，最高硬度為301。按照最高硬度試驗(yàn)的評定標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)試驗(yàn)鋼的HAZ最高硬度<350時，一般無需考慮焊接預(yù)熱或后熱。試驗(yàn)例4對實(shí)施例5的低焊接裂紋敏感性鋼板進(jìn)行了小鐵研試驗(yàn)，來評價該鋼種的抗冷裂紋性能。小鐵研試驗(yàn)參照GB/T4675.1-1984《焊接性試驗(yàn)斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法》進(jìn)行。該試驗(yàn)適用手工電弧焊。焊接參數(shù)為焊接電流170A，焊接電壓24V，焯接速度150mm/min。焊接材料為大西洋J707RH。將試板組對，焊好拘束焊縫，測量坡口間隙在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。然后進(jìn)行試驗(yàn)焊縫的焊接，焊后自然冷卻至室溫，放置48小時以上再觀察裂紋情況。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。在試驗(yàn)條件下，沒有發(fā)現(xiàn)焊接冷裂紋。表4小鐵研試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1.一種屈服強(qiáng)度500MPa級低裂紋敏感性鋼板，其特征在于包括如下重量百分配比的化學(xué)元素C0.010～0.09％、Si0.10～0.65％、Mn1.10～2.00％、P≤0.010％、S≤0.006％、Nb0.020～0.090％、Al0.02～0.06％、Ti0.004～0.030％、B0.0005～0.0025％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2.—種屈服強(qiáng)度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于包含如下步驟(1)冶煉，澆鑄成鑄坯或鋼錠按如下化學(xué)元素的重量百分配比冶煉C:0.0100.09c/q、Si:0.100.65。/q、Mn:1.102.00%、P《0,010%、s《0.006%、Nb:0.0200.090%、Al:0,020.06%、Ti:0.0040.030%、B:0.00050.0025%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；(2)加熱加熱溫度為10801180。C;(3)軋制第一階段的初軋溫度為10501150°C，第二階段的初軋溫度為780840°C，終軋溫度為740850°C;(4)冷卻鋼板進(jìn)入加速冷卻裝置，冷卻至45056(TC，出水后空冷。3.如權(quán)利要求2所述的屈服強(qiáng)度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于所述步驟(2)中，保溫時間為120180分鐘。4.如權(quán)利要求2所述的屈服強(qiáng)度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于所述步驟(3)中，初軋后，軋件厚度為成品鋼板厚度的23倍。5.如權(quán)利要求2所述的屈服強(qiáng)度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于所述步驟(4)中，冷卻速度為515°C/S。6.如權(quán)利要求2所述的屈服強(qiáng)度500MPa級低裂紋敏感性鋼板的制造方法，其特征在于所述步驟(4)中，空冷的方式采用堆垛或冷床冷卻。全文摘要本發(fā)明公開了一種屈服強(qiáng)度500MPa級低裂紋敏感性鋼板，其特征在于包括如下重量百分配比的化學(xué)元素C0.010～0.09％、Si0.10～0.65％、Mn1.10～2.00％、P≤0.010％、S≤0.006％、Nb0.020～0.090％、Al0.02～0.06％、Ti0.004～0.030％、B0.0005～0.0025％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其制造方法如下1)冶煉并澆鑄成鑄坯或鋼錠；2)加熱；3)軋制；4)進(jìn)入加速冷卻裝置，冷卻至450～560℃，出水后空冷。本發(fā)明焊接裂紋敏感性小，屈服強(qiáng)度大于500MPa焊接性能良好。文檔編號C22C38/14GK101481774SQ20081003233公開日2009年7月15日申請日期2008年1月7日優(yōu)先權(quán)日2008年1月7日發(fā)明者趙小婷申請人:寶山鋼鐵股份有限公司