屈服強度460MPa級高止裂韌性鋼板及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及屈服強度460MPa級高止裂韌性鋼板及其生 產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著造船、海洋工程、橋梁等結(jié)構(gòu)件的日益大型化，要求在建造過程中使用高強度 厚板以保證結(jié)構(gòu)的強度和剛度，但同時高強度厚板較低的抗開裂性能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的低應(yīng)力 脆性斷裂傾向增大，降低了結(jié)構(gòu)的安全性。為此要求高強度厚鋼板在滿足強度和剛度指標(biāo) 的同時還應(yīng)具有良好的止裂能力，即一旦啟裂鋼板應(yīng)具有將快速擴展裂紋止住的能力。
[0003] 近年來，屈服強度460MPa級高強度厚鋼板的應(yīng)用越來越多，但是鋼的止裂性能與 鋼的強度、厚度有各項相反的傾向。因此，如何在提高鋼的強度和厚度的同時提高鋼的止裂 性能，是工程技術(shù)人員極其關(guān)心的問題。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出屈服強度460MPa級高止裂韌性鋼板及其生產(chǎn)方法。該鋼 板使用控制乳制和控制冷卻（TMCP)工藝生產(chǎn)，采用了超低C、超低S、Nb+V+Ti微合金化、復(fù) 合添加Cr、Cu、Ni的成分設(shè)計，煉鋼時采用了低C、超低S、夾雜物形態(tài)控制等潔凈鋼冶煉技 術(shù)，以保證鋼板中心的低溫韌性和止裂韌性。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] 屈服強度460MPa級高止裂韌性鋼板，化學(xué)成分以重量百分比計為：C 0. 04~ 0.08，Si 0.10 ~0.25，Mn 0.8 ~1.6，Nb 0.01 ~0.05，Ti 0.008 ~0.02，Cu 0.10 ~0.35， Cr 0? 10 ~0? 35，Ni 0? 15 ~1. 0，A1 0? 02 ~0? 05，V 0? 01 ~0? 02，P 彡 0? 010，S 彡 0? 005， N < 0. 01，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。
[0008] 進(jìn)一步，所述的高止裂韌性鋼板的碳當(dāng)量指數(shù)Ceq<0? 42%，Ceq=C+Mn/6+(Cr+ Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)，焊接冷裂紋敏感性指數(shù)Pcm<0? 18%，Pcm=C+Si/30+Mn/20+C u/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B(% ) 〇
[0009] 更進(jìn)一步，所述的高止裂韌性鋼板屈服強度彡460MPa，抗拉強度590~720MPa，延 伸率彡22%，-40°C橫向夏氏沖擊功彡230J，-10°C下的止裂韌性Kca彡6900N/mm3/2,鋼板 最大厚度為85mm。
[0010] 對本發(fā)明鋼所包含化學(xué)成分作進(jìn)一步說明如下：
[0011] C :碳是較強的固溶強化元素，是影響高強鋼力學(xué)性能的主要元素之一，當(dāng)碳含量 低于0. 04%時強度低，但含量過高會惡化鋼板的塑性、低溫韌性和焊接性，本發(fā)明碳上限值 為 0.08%〇
[0012] Si :硅在煉鋼過程中可作為脫氧劑和還原劑，具有一定的固溶強化作用。但含量過 高對鋼板的低溫韌性和焊接性不利，本發(fā)明硅含量控制在〇. 1~〇. 25%。
[0013] Mn:錳元素對提高鋼的強度、改善低溫韌性、降低鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度有重要作用， 且成本低廉。但過高的錳易造成鑄坯的偏析，使乳后鋼板產(chǎn)生不易消除的帶狀組織，降低鋼 板的橫向性能和抗層狀撕裂性能，本發(fā)明錳含量控制在〇. 8~1. 6%
[0014] Nb :鈮是細(xì)晶強化的關(guān)鍵元素之一，其通過兩種途徑來細(xì)化晶粒，一是鈮對奧氏體 再結(jié)晶有明顯的延遲作用，提高再結(jié)晶溫度，防止再結(jié)晶奧氏體晶粒長大；二是隨著乳制 溫度的降低，鈮的碳、氮化物可以在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變前彌散析出，成為鐵素體的形核質(zhì) 點，使鐵素體在較小的過冷度下形成，不易長大，從而細(xì)化鐵素體晶粒。作為非再結(jié)晶溫度 區(qū)間擴大的鈮元素，通過細(xì)化晶粒來提高大角度晶界面積和分?jǐn)?shù)，進(jìn)而改善鋼板的止裂韌 性，本發(fā)明鈮含量控制在0. 01~0. 05%。
[0015] V:釩是鋼的強化元素，由于VC、V(CN)的沉淀強化，可使鋼的強度明顯提高，但過 高的釩會惡化鋼的韌性和可焊性，本發(fā)明釩含量控制在0. 01~0. 02%
[0016] Ti:微量鈦與鋼中的C、N結(jié)合，形成細(xì)小穩(wěn)定的C、N化物顆粒，在板坯加熱過程中 可有效阻止奧氏體晶粒的粗化，鈦的氮化物在焊接時可以抑制焊接熱影響區(qū)的晶粒粗化， 從而改善基體金屬和焊接熱影響區(qū)的低溫韌性，本發(fā)明鈦含量控制在0. 008~0. 02%。
[0017] Ni:鎳能有效改善鋼的低溫韌性和耐腐蝕性能，但隨著鎳含量的增多，生成成本會 顯著增加，本發(fā)明鎳含量控制在0. 15~1.0%。
[0018] Cu:銅是奧氏體穩(wěn)定化元素，適量的銅可以提高鋼板的強度和耐腐蝕性能，但加入 過多易造成鋼的熱脆，破壞鋼板表面質(zhì)量，本發(fā)明銅含量控制在〇. 10~〇. 35%。
[0019] Cr:鉻能顯著提高鋼的強度，但同時降低鋼的塑性和韌性。鉻還可提高鋼的抗氧化 和耐腐蝕性能，本發(fā)明鉻含量控制在〇. 10~〇. 35%。
[0020] A1 :鋁是重要的脫氧元素，微量的鋁可有效減少鋼中的夾雜物含量，并細(xì)化晶粒， 但過多的鋁會增加鑄坯表面產(chǎn)生裂紋的傾向，本發(fā)明鋁含量控制在〇. 02~0. 05%。
[0021] 所述的屈服強度460MPa級高止裂韌性鋼板的生產(chǎn)方法，包括以下工序：鐵水脫硫 預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐煉鋼、LF精煉、RH真空脫氣、板坯連鑄、板坯再加熱、高壓水除磷、控制乳制、控 制冷卻、熱矯直、冷床緩冷、探傷、切定尺、噴印標(biāo)識、入庫；其中所述板坯再加熱中，加熱溫 度為1150~1200°C，保溫時間不低于2小時；控制乳制工序分為再結(jié)晶區(qū)乳制和未再結(jié)晶 區(qū)乳制，再結(jié)晶區(qū)乳制開乳溫度為1000~ll〇〇°C，再結(jié)晶區(qū)壓縮比不低于35%，未再結(jié)晶 區(qū)開乳溫度為800~850°C，未再結(jié)晶區(qū)壓縮比不低于50%;控制冷卻過程中冷卻速率不低 于5°C /s，終冷溫度不高于500°C。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0023] (1)本發(fā)明采用了超低C、Nb+V+Ti微合金化、復(fù)合添加Cr、Cu、Ni的成分設(shè)計， 并對鋼中的有害元素P、S進(jìn)行上限控制，以提高鋼的純凈度，改善鋼的韌性；充分利用了 細(xì)晶強化、固溶強化和沉淀強化機理，通過兩階段乳制控制并充分利用乳后加速冷卻能力， 以進(jìn)一步細(xì)化鋼板的晶粒和組織，尤其是鋼板心部的晶粒和組織，保證了鋼板具有高強韌、 優(yōu)良的止裂韌性和可焊接性等綜合性能。鋼板的止裂韌性高，鋼板-10°c下的止裂韌性 K ca 彡 6900N/mm3/2〇
[0024] (2)通過在未再結(jié)晶區(qū)使用大變形乳制，促進(jìn)了奧氏體晶粒中鐵素體形核質(zhì)點的 大量產(chǎn)生，使其相變后組織以細(xì)晶粒鐵素體為主要組成，這種細(xì)化的鐵素體晶粒所具有的 大角度晶界能增加裂紋啟裂及擴展的阻力，從而實現(xiàn)鋼板的高止裂韌性。
[0025] (3)采用TMCP工藝生產(chǎn)，乳制工藝窗口寬，乳后無需熱處理，工藝流程短，節(jié)約了 生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0026] 圖1實施例1中制得的460MPa級高止裂韌性鋼板中心厚度處沿橫斷面的金相組 織照片；
[0027] 圖2實施例1中制得的460MPa級高止裂韌性鋼板1/4厚度處沿橫斷面的金相組 織照片；
[0028] 圖3實施例2中制得的460MPa級高止裂韌性鋼板中心厚度處沿橫斷面的金相組 織照片；
[0029] 圖4實施例2中制得的460MPa級高止裂韌性鋼板1/4厚度處沿橫斷面的金相組 織照片。
[0030] 圖5實施例3中制得的460MPa級高止裂韌性鋼板中心厚度處沿橫斷面的金相組 織照片；
[0031] 圖6實施例3中制得的460MPa級高止裂韌性鋼板1/4厚度處沿橫斷面的金相組 織照片。
[0032] 圖7實施例4中制得的460MPa級高止裂韌性鋼板中心厚度處沿橫斷面的金相組 織照片；
[0033] 圖8實施例4中制得的460MPa級高止裂韌性鋼板1/4厚度處沿橫斷面的金相組 織照片。
【具體實施方式】
[0034] 以下結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。
[0035] 實施例1
[0036] 本實施例涉及的屈服強度460MPa級高止裂韌性鋼板厚度為30mm，其包含的組分 及其重量百分比為：C 0.05%、Si 0.15%、Mn 1.51%、Nb 0.05%、Ti 0.014%、V 0.013%、 Cu 0.25%、Ni 0.43%、Cr 0? 19%、A1 0.038%、P 0.008%、S 0.002%、N 0.003% 以及余 量的Fe及不可避免的雜質(zhì)元素，鋼的碳當(dāng)量指數(shù)Ceq= 0. 39,焊接冷裂紋敏感性指數(shù)Pcm = 0. 16〇
[0037] 本實施例涉及的屈服強度460MPa級高止裂韌性鋼板生產(chǎn)方法如下：
[0038]來自工業(yè)生產(chǎn)的鋼板經(jīng)過鐵水預(yù)脫S處理、180t轉(zhuǎn)爐煉鋼、鋼包精煉（LF)、RH法 真空脫氣等工業(yè)生產(chǎn)過程，連鑄成與上述成分一致的320mm厚板坯。煉鋼時使用Ca處理以 控制夾雜物形狀，連鑄時使用輕壓下以降低鑄坯的中心偏析程度。
[0039] 將鋼坯加熱到1200 °C，保溫2h;鋼板的控制乳制和控制冷卻（TMCP)是在配備 5000mm四輥可逆乳機和多功能加速冷卻系統(tǒng)（MULPIC)的工業(yè)生產(chǎn)線進(jìn)行的。
[0040] 熱乳時再結(jié)晶區(qū)乳制的開乳溫度為1020°C，總壓縮比為62. 5% ;未再結(jié)晶區(qū)的開 乳溫度為835°C，總壓縮比為75%，乳后鋼板厚度為30mm。
[0041] 終乳鋼板進(jìn)入MULPIC層流冷卻經(jīng)快速冷卻至約480°C，冷卻速率約為14°C /s后 空冷至室溫，制得成品鋼板。
[0042] 經(jīng)檢測，所制得鋼板強度和韌性見表1;通過落錘試驗（NDTT)實驗測得鋼板止裂 韌性如表2?？梢?，鋼板-60°C夏氏沖擊功均超過290J，無塑性轉(zhuǎn)變溫度為-85°C，止裂性能 優(yōu)異，并具有良好的強韌性匹配。
[0043]本實施例所制得鋼板的顯微組織如圖1 (鋼板厚度中心）和圖2 (鋼板1/4厚度）， 其組織以細(xì)密的針狀鐵素體為主，平均晶粒度達(dá)到11級。
[0044] 表1實施例1中所制得鋼板強度和韌性
[0045]
[0046] 注：YS-一屈服強度；TS-一抗拉強度；E. -一延伸率。
[0047] 表2實施例1中所制得鋼板落錘試驗結(jié)果
[0048]
[0049] 注：〇--未斷裂；X--斷裂
[0050] 實施例2
[0051] 本實施例涉及的屈服強度460MPa級高止裂韌性鋼板厚度為60mm，其包含的組分 及其重量百分比為：C 0.06%、Si 0.16%、Mn 1.52%、Nb 0.05%、Ti 0.014%、V 0.012%、 Cu 0.27%、Ni 0.47%、Cr 0? 19%、A1 0.036%、P 0.008%、S 0.002%、N 0.003% 以及余 量的Fe及不可避免的雜質(zhì)元素，鋼的碳當(dāng)量指數(shù)Ceq = 0. 40,焊接冷裂紋敏感性指數(shù)Pcm =0? 17〇
[0052]