屈服强度1150MPa以上级别钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强钢板及其生产方法，尤其是一种屈服强度1150MPa以上级别调质高强钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002]随着工程机械向大型化、轻量化发展，对钢板的强度提出了更高要求;特别对屈服强度1150MPa以上级别调质高强钢需求量日益增长。目前，对于此类钢板主要依靠进口。在现有技术条件下，此类钢板强韧性匹配难度极大，对硬度均匀性要求极高，尤其钢板的低温冲击性能难以保证。如何解决上述难题，生产出强韧性优良，低温冲击性能良好，硬度均匀较好的屈服强度1150MPa以上级别调质高强钢是本领域亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种强韧性优良、低温冲击韧性良好、硬度均匀的屈服强度1150MPa以上级别钢板及其生产方法。
[0004]为解决上述技术问题，本发明屈服强度1150MPa以上级别钢板由以下重量百分含量的组分组成:0.21% < C < 0.26%，0.20% < Si < 0.50%，1.15% < Mn < 1.55%,P < 0.012%，S <0.005%，0.50% < Cr < 0.80%, 0.30% < Mo < 0.50%, 0.30% < Ni < 0.50%, 0.040% <V< 0.060%,0.02% < Nb < 0.03%，0.020% < Ti < 0.030%,0.020%<Al< 0.050%,0.0016%<B< 0.004%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0005]本发明所述钢板厚度为20?50mm。
[0006]本发明中，各合金元素的作用:
碳:C能够明显提高钢板淬透性，从而有效提高钢板强度、硬度。但现代高强钢的发展是逐步降低碳含量的过程，碳含量的降低，一方面有利于提高钢的韧性，另一方面可显著地改善钢的焊接性能。作为需要更高韧性和焊接性能的受力复杂的大型调质钢结构件，本发明采用0.21%?0.26%的碳含量设计。
[0007]硅:Si是非碳化物形成元素，可以适当提高钢的强度及硬度，同时降低钢的临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。Si还推迟钢中碳化物向渗碳体的转变和渗碳体在晶粒边界的粗化，使发生低温回火脆性的温度范围升高，提高钢的抗回火性能。但同时Si也在一定程度上降低钢的初性和塑性。因此，本发明中Si含量设计在0.20%?0.50%之间。
[0008]锰:Mn是好的脱氧剂和脱硫剂，显著提高钢的淬透性。Mn的增加不但降低了共析温度，还降低了共析点的含碳量。因此在相同的含碳量及冷却速度下，随着钢中含Mn量的增加，显微组织中珠光体不但细化，而且数量增加，从而导致钢板的强度和硬度升高。但Mn也能增加钢得回火脆性，因此其含量不宜太高，本发明控制在1.15%?1.55%之间。
[0009]铬:Cr的主要作用是强化铁素体，能够提高钢的硬度、韧性和淬透性;促进碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，是钢中的重要合金元素。但也使钢板韧性有所降低，并增加回火脆性。因此可以根据强韧性要求，本发明Cr含量在0.50%?0.80% ο
[0010]镍:Ni能提高钢板淬透性，可以改善钢板在低温下的韧性，使脆性转变温度下降。Ni在钢中只形成固溶体，而且固溶强化不明显，主要在塑性变形过程提高材料的韧性。Ni的价格较高，所以含量不宜太高，根据要求的韧性不同加入量也不同，本发明中Ni含量设计在0.30 ?0.50% 之间。
[0011]钼:Mo在含有Nb、V等微合金元素钢中，提高其在奥氏体中固溶度积，使得在低温转变的铁素体中弥散析出，利于成点强化;Mo在钢中增加碳化物的形核位置，使得形成的碳化物更加细小，从而提高钢的强度。Mo与Cr、Mn等配合使用使，可降低或抑制第二类回火脆性，在相变过程中能减缓马氏体板状基体结晶周围碳化物的析出，从而改善钢的冲击韧性，提高综合性能。但Mo的价格在市场上也较高，本发明加入量0.30?0.50%。
[0012]铌:Nb在钢中的主要作用是细化晶粒，提高晶粒粗化温度。铌以固溶态存在时，提高钢的淬透性和淬火后的回火稳定性；以碳化物存在时则降低淬透性。钢中加入铌能提高其屈服强度和冲击韧性，降低其脆性转变温度。
[0013]钛:Ti为活泼性金属元素。在钢中加入微量的钛，可以明显细化晶粒，减少枝晶偏析，提高钢的强度和韧性。Ti还能脱氧除气，在钢中能形成非常稳定的TiC，降低时效敏感性和冷脆性。Ti不易溶解，在钢加热到1000°C以上才能缓慢地溶解，这就保证了钢在热处理过程中能获得细晶粒组织。钛是强烈的固N元素，细小的TiN粒子可有效地阻碍钢在加热时的奥氏体晶粒长大，并且能显著地改善钢的焊接性能。同时Ti固定钢中N以后，可以提高钢中有效B含量。但Ti的加入不宜过量，如果含量过大时，就会有多余的钛固溶于铁素体中，引起铁素体的脆化，抵消细化晶粒的作用，恶化钢的性能。本发明Ti成分设计在0.020%?0.030%ο
[0014]钒:V和C、N有极强的亲和力，与之形成极为稳定的化合物，弥散分布的化合物可以细化晶粒，提高奥氏体再结晶温度，降低钢的过热敏感性和回火脆性，提高钢的强度、韧性等。
[0015]硼:钢中加入微量的B，即可显著提高钢的淬透性。另外，B是表面活性元素，极易偏聚到晶界，有效地抑制先共析铁素体的形核及长大，强烈抑制铁素体相变，提高材料强度，B与N的交互作用还能明显提高材料的低温韧性。由于B是极活泼的元素之一，能够与0、N形成结合形成有害的B化物，而失去有益作用，当硼的含量大于0.007%时，将会导致钢的热脆现象。本发明将B含量设计在0.0016%?0.004%之间。
[0016]铝:Al在炼钢时用作脱氧定氮剂，可细化晶粒，改善钢在低温时的韧性;特别是降低了钢的脆性转变温度，提高钢的抗氧化性能。当Al和Cr配合共同使用时，其抗氧化性能有更大的提尚。缺点是脱氧时如用招量过多，将促进钢的石墨化倾向，且当含招$父尚时材料的高温强度和韧性变差。综合考虑，本发明将Al含量设计在0.020%?0.050%之间。
[0017]磷、硫:S是造成钢材热脆的主要杂质元素，并易产生偏析造成带状组织，硫化物夹杂有损害材料塑韧性的作用。P会造成钢材的冷淬，即降低材料的低温韧性，且容易产生偏析。因此将P、S的含量分别控制在不大于0.012%,0.005%。
[0018]本发明方法包括冶炼连铸工序、加热乳制工序和热处理工序;所述冶炼连铸工序所得连铸坯由上述重量百分含量的组分组成;所述加热乳制工序采用二阶段控乳工艺。
[0019]本发明方法所述加热乳制工序:第一阶段控制道次压下量在15%及以上，第二阶段保证累计压下率在70%及以上，乳后进行在线冷却。
[0020]本发明方法所述热处理工序采用淬火+低温回火工艺。所述热处理工序中，淬火介质为水、淬火温度为900±10°(3;回火温度为200±10°(3，保温时间为(4.4?4.6)\七分钟，t为钢板毫米厚度。
[0021]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明的屈服强度1150MPa以上级别超高强度调质钢满足了国内外大型机械行业对于低温作业、高强韧性的需求，可广泛用于大型履带式起重机臂架、拉板等关键部位等;钢板的力学性能均匀，板型良好。
[0022]本发明方法采用二阶段控乳工艺即II型控乳，解决了晶粒粗大不均、冲击韧性较低的问题;本发明方法的乳制工艺简单，易于操作，适合于有淬火机、常化炉、回火炉的普通钢铁厂生产。本发明方法实现了较低的碳当量化学成分设计，同时得到了具有均匀细小的组织结构和优良的综合力学性能，生产的钢板各项力学性能指标均符合技术条件要求，且生产成本显著降低。经检测，本发明方法所得钢板的力学性能达到下述要求:质量等级E、Rp0.2 > 1150MPa^Rm> 1350MPa、A5() 2 8%、_40°C时横向Akv 2 15J、表面硬度388?477HB。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0024]实施例1:本屈服强度1150MPa以上级别调质高强钢板的具体生产方法如下所述。
[0025]本调质高强钢板的厚度为40mm，由以下重量百分含量的组分组成:C0.22%, Si0.35%,Mn 1.23%,P 0.010%，S 0.002%,Cr 0.63%,Mo 0.38%,Ni 0.38%,V 0.045%,Nb0.020%,Ti 0.028%,Al 0.045%,B 0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0026]本调质高强钢板的生产方法包含冶炼连铸工序、加热乳制工序、热处理工序，各工序步骤如下:
(I)冶炼连铸工序:采用电弧炉或转炉方式冶炼，然后送入LF精炼炉内进行精炼并经过真空处理;之后经过连铸操作铸出坯料，得到厚度为300mm的连铸坯。
[0027](2)加热乳制工序:所述连铸坯放入连续炉内加热乳制，加热、保温均匀化;采用二阶段控乳工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制道次压下量在15%;第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，晾钢厚度为90mm，开乳温度为900°C，终乳温度为850°C，累计压下率70%;乳后进行在线冷却，保证钢板得到细化的组织。
[0028](3)热处理工序:钢板经过淬火和低温回火处理，制得所述的调质高强钢板;其中，淬火温度为900°C，淬火介质为水；回火温度为200°C，保温时间为180min，加速冷却介质为水;保温后空冷，即可得到所述的调质高强钢板。
[0029]本调质高强钢板的力学性能为:RpQ.2 1320MPa、Rm 1480MPa、A5Q 11.5%、_40°C时横向Akv 40J、表面硬度454HB。
[0030]实施例2:本调质高强钢板的具体生产方法如下所述。
[0031]本调质高强钢板的厚度为50mm，由以下重量百分含量的组分组成:C0.21%,Si0.32%,Mn 1.41%,P 0.012%，S 0.004%,Cr 0.74%,Mo 0.50%,Ni 0.46%,V 0.043%,Nb0.025%,Ti 0.024%,Al 0.037%,B 0.004%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0032]本调质高强钢板的生产方法包含冶炼连铸工序、加热乳制工序、热处理工序，各工序步骤如下:
(I)冶炼连铸工序:采用电弧炉或转炉方式冶炼，然后送入LF精炼炉内进行精炼并经过真空处理;之后经过连铸操作铸出坯料，得到厚度为300mm的连铸坯。
[0033](2)加热乳制工序:所述连铸坯放入连续炉内加热乳制，加热、保温均匀化;采用二阶段控乳工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制道次压下量在15%?18%;第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，累计压下率72%;乳后进行在线冷却，