屈服强度460MPa级高止裂韧性钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金技术领域，具体涉及屈服强度460MPa级高止裂韧性钢板及其生 产方法。
【背景技术】
[0002] 随着造船、海洋工程、桥梁等结构件的日益大型化，要求在建造过程中使用高强度 厚板以保证结构的强度和刚度，但同时高强度厚板较低的抗开裂性能会导致结构的低应力 脆性断裂倾向增大，降低了结构的安全性。为此要求高强度厚钢板在满足强度和刚度指标 的同时还应具有良好的止裂能力，即一旦启裂钢板应具有将快速扩展裂纹止住的能力。
[0003] 近年来，屈服强度460MPa级高强度厚钢板的应用越来越多，但是钢的止裂性能与 钢的强度、厚度有各项相反的倾向。因此，如何在提高钢的强度和厚度的同时提高钢的止裂 性能，是工程技术人员极其关心的问题。
[0004]
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提出屈服强度460MPa级高止裂韧性钢板及其生产方法。该钢 板使用控制乳制和控制冷却（TMCP)工艺生产，采用了超低C、超低S、Nb+V+Ti微合金化、复 合添加Cr、Cu、Ni的成分设计，炼钢时采用了低C、超低S、夹杂物形态控制等洁净钢冶炼技 术，以保证钢板中心的低温韧性和止裂韧性。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0007] 屈服强度460MPa级高止裂韧性钢板，化学成分以重量百分比计为：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，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
[0008] 进一步，所述的高止裂韧性钢板的碳当量指数Ceq<0? 42%，Ceq=C+Mn/6+(Cr+ Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)，焊接冷裂纹敏感性指数Pcm<0? 18%，Pcm=C+Si/30+Mn/20+C u/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B(% ) 〇
[0009] 更进一步，所述的高止裂韧性钢板屈服强度彡460MPa，抗拉强度590~720MPa，延 伸率彡22%，-40°C横向夏氏冲击功彡230J，-10°C下的止裂韧性Kca彡6900N/mm3/2,钢板 最大厚度为85mm。
[0010] 对本发明钢所包含化学成分作进一步说明如下：
[0011] C :碳是较强的固溶强化元素，是影响高强钢力学性能的主要元素之一，当碳含量 低于0. 04%时强度低，但含量过高会恶化钢板的塑性、低温韧性和焊接性，本发明碳上限值 为 0.08%〇
[0012] Si :硅在炼钢过程中可作为脱氧剂和还原剂，具有一定的固溶强化作用。但含量过 高对钢板的低温韧性和焊接性不利，本发明硅含量控制在〇. 1~〇. 25%。
[0013] Mn:锰元素对提高钢的强度、改善低温韧性、降低钢的韧脆转变温度有重要作用， 且成本低廉。但过高的锰易造成铸坯的偏析，使乳后钢板产生不易消除的带状组织，降低钢 板的横向性能和抗层状撕裂性能，本发明锰含量控制在〇. 8~1. 6%
[0014] Nb :铌是细晶强化的关键元素之一，其通过两种途径来细化晶粒，一是铌对奥氏体 再结晶有明显的延迟作用，提高再结晶温度，防止再结晶奥氏体晶粒长大；二是随着乳制 温度的降低，铌的碳、氮化物可以在奥氏体向铁素体转变前弥散析出，成为铁素体的形核质 点，使铁素体在较小的过冷度下形成，不易长大，从而细化铁素体晶粒。作为非再结晶温度 区间扩大的铌元素，通过细化晶粒来提高大角度晶界面积和分数，进而改善钢板的止裂韧 性，本发明铌含量控制在0. 01~0. 05%。
[0015] V:钒是钢的强化元素，由于VC、V(CN)的沉淀强化，可使钢的强度明显提高，但过 高的钒会恶化钢的韧性和可焊性，本发明钒含量控制在0. 01~0. 02%
[0016] Ti:微量钛与钢中的C、N结合，形成细小稳定的C、N化物颗粒，在板坯加热过程中 可有效阻止奥氏体晶粒的粗化，钛的氮化物在焊接时可以抑制焊接热影响区的晶粒粗化， 从而改善基体金属和焊接热影响区的低温韧性，本发明钛含量控制在0. 008~0. 02%。
[0017] Ni:镍能有效改善钢的低温韧性和耐腐蚀性能，但随着镍含量的增多，生成成本会 显著增加，本发明镍含量控制在0. 15~1.0%。
[0018] Cu:铜是奥氏体稳定化元素，适量的铜可以提高钢板的强度和耐腐蚀性能，但加入 过多易造成钢的热脆，破坏钢板表面质量，本发明铜含量控制在〇. 10~〇. 35%。
[0019] Cr:铬能显著提高钢的强度，但同时降低钢的塑性和韧性。铬还可提高钢的抗氧化 和耐腐蚀性能，本发明铬含量控制在〇. 10~〇. 35%。
[0020] A1 :铝是重要的脱氧元素，微量的铝可有效减少钢中的夹杂物含量，并细化晶粒， 但过多的铝会增加铸坯表面产生裂纹的倾向，本发明铝含量控制在〇. 02~0. 05%。
[0021] 所述的屈服强度460MPa级高止裂韧性钢板的生产方法，包括以下工序：铁水脱硫 预处理、转炉炼钢、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸、板坯再加热、高压水除磷、控制乳制、控 制冷却、热矫直、冷床缓冷、探伤、切定尺、喷印标识、入库；其中所述板坯再加热中，加热温 度为1150~1200°C，保温时间不低于2小时；控制乳制工序分为再结晶区乳制和未再结晶 区乳制，再结晶区乳制开乳温度为1000~ll〇〇°C，再结晶区压缩比不低于35%，未再结晶 区开乳温度为800~850°C，未再结晶区压缩比不低于50%;控制冷却过程中冷却速率不低 于5°C /s，终冷温度不高于500°C。
[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0023] (1)本发明采用了超低C、Nb+V+Ti微合金化、复合添加Cr、Cu、Ni的成分设计， 并对钢中的有害元素P、S进行上限控制，以提高钢的纯净度，改善钢的韧性；充分利用了 细晶强化、固溶强化和沉淀强化机理，通过两阶段乳制控制并充分利用乳后加速冷却能力， 以进一步细化钢板的晶粒和组织，尤其是钢板心部的晶粒和组织，保证了钢板具有高强韧、 优良的止裂韧性和可焊接性等综合性能。钢板的止裂韧性高，钢板-10°c下的止裂韧性 K ca 彡 6900N/mm3/2〇
[0024] (2)通过在未再结晶区使用大变形乳制，促进了奥氏体晶粒中铁素体形核质点的 大量产生，使其相变后组织以细晶粒铁素体为主要组成，这种细化的铁素体晶粒所具有的 大角度晶界能增加裂纹启裂及扩展的阻力，从而实现钢板的高止裂韧性。
[0025] (3)采用TMCP工艺生产，乳制工艺窗口宽，乳后无需热处理，工艺流程短，节约了 生产成本。
【附图说明】
[0026] 图1实施例1中制得的460MPa级高止裂韧性钢板中心厚度处沿横断面的金相组 织照片；
[0027] 图2实施例1中制得的460MPa级高止裂韧性钢板1/4厚度处沿横断面的金相组 织照片；
[0028] 图3实施例2中制得的460MPa级高止裂韧性钢板中心厚度处沿横断面的金相组 织照片；
[0029] 图4实施例2中制得的460MPa级高止裂韧性钢板1/4厚度处沿横断面的金相组 织照片。
[0030] 图5实施例3中制得的460MPa级高止裂韧性钢板中心厚度处沿横断面的金相组 织照片；
[0031] 图6实施例3中制得的460MPa级高止裂韧性钢板1/4厚度处沿横断面的金相组 织照片。
[0032] 图7实施例4中制得的460MPa级高止裂韧性钢板中心厚度处沿横断面的金相组 织照片；
[0033] 图8实施例4中制得的460MPa级高止裂韧性钢板1/4厚度处沿横断面的金相组 织照片。
【具体实施方式】
[0034] 以下结合附图及具体实施例对本发明的内容作进一步说明。
[0035] 实施例1
[0036] 本实施例涉及的屈服强度460MPa级高止裂韧性钢板厚度为30mm，其包含的组分 及其重量百分比为：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及不可避免的杂质元素，钢的碳当量指数Ceq= 0. 39,焊接冷裂纹敏感性指数Pcm = 0. 16〇
[0037] 本实施例涉及的屈服强度460MPa级高止裂韧性钢板生产方法如下：
[0038]来自工业生产的钢板经过铁水预脱S处理、180t转炉炼钢、钢包精炼（LF)、RH法 真空脱气等工业生产过程，连铸成与上述成分一致的320mm厚板坯。炼钢时使用Ca处理以 控制夹杂物形状，连铸时使用轻压下以降低铸坯的中心偏析程度。
[0039] 将钢坯加热到1200 °C，保温2h;钢板的控制乳制和控制冷却（TMCP)是在配备 5000mm四辊可逆乳机和多功能加速冷却系统（MULPIC)的工业生产线进行的。
[0040] 热乳时再结晶区乳制的开乳温度为1020°C，总压缩比为62. 5% ;未再结晶区的开 乳温度为835°C，总压缩比为75%，乳后钢板厚度为30mm。
[0041] 终乳钢板进入MULPIC层流冷却经快速冷却至约480°C，冷却速率约为14°C /s后 空冷至室温，制得成品钢板。
[0042] 经检测，所制得钢板强度和韧性见表1;通过落锤试验（NDTT)实验测得钢板止裂 韧性如表2。可见，钢板-60°C夏氏冲击功均超过290J，无塑性转变温度为-85°C，止裂性能 优异，并具有良好的强韧性匹配。
[0043]本实施例所制得钢板的显微组织如图1 (钢板厚度中心）和图2 (钢板1/4厚度）， 其组织以细密的针状铁素体为主，平均晶粒度达到11级。
[0044] 表1实施例1中所制得钢板强度和韧性
[0045]
[0046] 注：YS-一屈服强度；TS-一抗拉强度；E. -一延伸率。
[0047] 表2实施例1中所制得钢板落锤试验结果
[0048]
[0049] 注：〇--未断裂；X--断裂
[0050] 实施例2
[0051] 本实施例涉及的屈服强度460MPa级高止裂韧性钢板厚度为60mm，其包含的组分 及其重量百分比为：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及不可避免的杂质元素，钢的碳当量指数Ceq = 0. 40,焊接冷裂纹敏感性指数Pcm =0? 17〇
[0052]