超低成本800MPa级高韧性、优良焊接性的钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种超低成本SOOMPa级高初性、优良焊接性的钢板及其制造方法，其 抗拉强度^80MPa、屈服强度> 690MPa、延伸率Ss M8%、一40°C夏比横向冲击功(单个值） > 100J、优良的焊接性及焊接接头塑初性，焊接热影响区化AZ)的一40°C的化arpy冲击功 (单个值）> 47J，焊接接头拉伸延伸率> 15 %。
【背景技术】
[0002] 众所周知，低碳(高强度)低合金钢是最重要工程结构材料之一，广泛应用于石油 天然气管线、海洋平台、造船、桥梁结构、锅炉容器、建筑结构、汽车工业、铁路运输及机械制 造之中。低碳(高强度)低合金钢性能取决于其化学成分、制造过程的工艺制度，其中强度、 初性和焊接性是低碳(高强度)低合金钢最重要的性能，它最终决定于成品钢材的显微组织 状态。随着冶金科技不断地向前发展，人们对高强钢的强初性、强塑性匹配提出更高的要 求，即在维持较低的制造成本的同时大幅度地提高钢板的综合机械性能和使用性能，W减 少钢材的用量节约成本，减轻钢结构的自身重量、稳定性和安全性，更为重要的是为进一步 提高钢结构安全稳定性和冷热加工性。目前日韩欧盟范围内掀起了发展新一代高性能钢铁 材料的研究高潮，力图通过合金组合设优化计和革新制造工艺技术获得更好的组织匹配， 使高强钢获得更优良的强初性、强塑性匹配。
[0003] 传统的抗拉强度> 780MPa、钢板的高强钢板主要通过离线调质工艺(Q巧)生产;为 了获得良好的强初性、强塑性匹配，钢板化学成分设计时，除了C含量较高外(C含0.10%)， 钢板必要具有足够高的泽透性，即泽透性指数DI含2X成品钢板厚度【DI = 0.311C1/2(1 + 0.64Si)X(l+4.10Mn)X(l+0.27Cu)X(1+0.52Ni)X(1+2.33Cr)X(1+3.14Mo)X25.4 (mm)】，W确保钢板具有足够高的强度、优良的低溫初性及沿板厚方向显微组织与性能的均 匀，因而不可避免地向钢中加入大量化、Mo、化、化等合金元素，尤其需要加入大量的贵重合 金元素 Ni与Mo,导致钢板制造成本居高不下（如日本专利昭59-129724、平1-219121及新 日铁制钢研究第314号-1984、日本钢管技报No. 107-1985、新日铁技报第348号-1993、川崎 制铁技报Vol.4(No.3 )-1972、川崎制铁技报Vol.7(No.2 )-1975、美国专利US Patent4855106、US Patent5183198、US Patent4137104、US Patent4790885、US 化tent4988393、欧洲专利EP 0867520A2)。
[0004] 此外，加入大量合金元素的钢板导致钢板延伸率尤其均匀延伸率大幅度地降低， 较低的均匀延伸率不仅不利于钢板冷加工性能，而且对钢板的抗疲劳断裂特性、抗应力集 中敏感性及结构稳定性影响较大，在水电工程中的压力水管/满壳与钢岔管、火电汽轮发电 机结构、海洋采油平台及海上船用浮吊等巨型钢结构上使用时，存在安全较大的隐患，尤其 在地震、海啸等自然灾害发生时，钢结构存在破坏甚至跨塌的危险；因此大型疲劳重载钢结 构采用高强钢时，一般希望80公斤级高强钢具有优良的强初性、强塑性匹配，抗拉延伸率Ss 在18% W上，尤其均匀延伸率达到10% W上。
[0005] 现有大量专利文献只是说明如何实现母材钢板的强度和低溫初性，就改善钢板焊 接能性，获得优良焊接热影响区HAZ低溫初性说明较少，更没有设及如何在提高钢板抗拉强 度的同时，提高钢板的抗拉延伸率及厚度方向力学性能均匀性，尤其焊接热影响区具有优 良塑初性。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种超低成本SOOMPa级高初性、优良焊接性的钢板及其制 造方法，通过钢板合金元素的组合设计与特殊制造工艺(CR+DQ巧)相结合，在不含铜、儀元 素的条件下，获得优良SOOMPa级调质钢板的强度、低溫初性、强初性与强塑性匹配的同时， 钢板的焊接性也同样优异，成功地解决了无儀含量调质钢板的焊接性，焊接HAZ呈现出高强 度、高初性及优良的塑性（即高的断裂延伸率与均匀延伸率）；运是本开发钢种最大的难点 之一，也是关键核屯、技术;钢板抗拉强度> 780MPa、抗拉强度> 690MPa、延伸率Ss > 18%、一 4(TC夏比横向冲击功（单个值）M00J、优良的焊接性及焊接接头塑初性，焊接热影响区 (HAZ)的一40°C的化a巧y冲击功(单个值）> 47J，焊接接头拉伸延伸率> 15%。
[0007] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[000引本发明采用超低C-超低Si-高Mn-高Als-(低Mo+高Cr)合金化一(Ti+师+V+B) 微合金化的成分体系作为基础，适当提高钢中酸溶Als含量、Ca处理，Ca/S比在0.80~3.00 之间，（％Ca)(%S产l8<2.5X10-3、控制0.60<[(%C) + (%Mn)/6+(%Si)/24+(%Ni)/40+ (%Cr)/5+(%Mo)/4+(%V)/14+7.3(%B)]XV僻励j/( T 讯旬酿-T停旬酿）Xt^.OO 之间等冶金 技术控制手段(其中t为成品钢板厚度），优化特殊控社+在线调质工艺(DQ+T)，使成品钢板 的显微组织为下贝氏体+板条马氏体，平均晶团尺寸在20wiiW下，获得优良800M化级调质钢 板的强度、低溫初性、强初性与强塑性匹配的同时，钢板的焊接性也同样优异，并成功地解 决了无儀含量调质钢板的焊接性，焊接HAZ呈现出高强度、高初性及优良的塑性（即高的断 裂延伸率与均匀延伸率），特别适用于水电压力水管/满壳/钢岔管、海洋平台、大型海工机 械等大型钢结构及设备，并且能够实现超低成本稳定批量工业化生产。
[0009] 具体的，本发明的超低成本SOOMPa级高初性、优良焊接性的钢板，其成分重量百分 比为：
[0010] C:0.030%~0.070%
[0011] Mn:1.60% ~1.90%
[0012] P； <0.015%
[0013] S: < 0.0030%
[0014] Cr:0.80% ~1.20%
[0015] Mo:0.10% ~0.30%
[0016] 佩:0.010%~0.030%
[0017] V:0.030%~0.060%
[001 引 Ti:0.004% ~0.010%
[0019] 8:0.0008%~0.0016%
[0020] Als:0.040% ~0.070%
[0021] Ca :0.001 % ~0.004%
[0022] 其余为化和不可避免的夹杂，且上述元素含量必须同时满足如下关系：
[0023] 0.60 < [ ( %C) + ( %Mn)/6+( %Si )/24+( %Ni )/40+( %Cr)/5+( %Mo)/4+( %V)/14+ 7.3 ( % B) ] X V衔随t/(T讯旬酿-T停旬酿）X t。. 00，t为成品钢板厚度，单位，mm; V衔P盤单位，°C / S; T巧旬酿、T停旬酿单位！ °C ;
[0024] 保证钢本身的泽硬倾向即上述成分组合与冷却速度、开冷溫度、停冷溫度及钢板 厚度之间的匹配，确保：
[0025] 1)保证钢板冷却过程中相变显微组织类型为下贝氏体(BL)+板条马氏体(M)的两 相组织，最大程度地细化贝氏体/马氏体晶团尺寸，实现不含儀元素的调质钢板强初性、强 塑性匹配优良的同时，钢板初脆转变溫度低于-40°C ;
[00%] 2)钢板焊接性、焊接工艺性优良，可W承受较大热输入焊接(4化J/cm)，钢板焊接 接头(即焊接热影响区）的强初性、塑初性优良；
[0027] Ca/S在0.80~3.00之间，且，5 X 1 〇-4 < (Ca) (S产 18。. 5 X 1 〇-3。W保证钢板内部 质量的纯净性、健全性及均质性（即钢板UT探伤质量优良），改善调质钢板的低溫初性、抗层 状撕裂性、焊接性及焊接接头(即HAZ)的低溫塑初性。
[002引进一步，本发明钢成分中还包括0<Si<0.10%、0<N<0.0050%中一种W上。
[0029] 在本发明钢板的成分体系设计中：
[0030] C对800M化级调质钢的强度、低溫初性、延伸率及焊接性影响很大；从改善SOOMPa 级调质钢板低溫初性和焊接性角度，希望钢中C含量控制得越低越好，但是从调质钢的泽透 性、强初性与强塑性匹配、制造过程中显微组织控制及制造成本角度，C含量不宜控制得过 低，尤其对800M化级调质钢板而言，C含量低于0.03%会造成严重的原奥氏体晶界弱化，大 幅度降低钢板及焊接接头的塑初性;当钢中C含量高于0.07 %时，高铭含量钢板焊接接头的 塑初性严重劣化，为保证超低成本制造在线调质800M化级高强度钢板，C含量合理范围为 0.030%~0.070%。
[0031] Mn作为最重要的合金元素在钢中除提高800M化级调质钢板的强度外，还具有扩大 奥氏体相区、降低An点溫度、细化调质钢板晶团而改善钢板低溫初性的作用、促进低溫相 变组织形成而提高调质钢板强度的作用；但是Mn在钢水凝固过程中容易发生偏析，尤其Mn 含量过高时，不仅会造成诱铸操作困难，而且容易与(：、？、5、1