一种850MPa级高延伸率调质钢板及其生产方法 |
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| 申请号 | CN202210921328.1 | 申请日 | 2022-08-02 | 公开(公告)号 | CN117535583A | 公开(公告)日 | 2024-02-09 |
| 申请人 | 宝山钢铁股份有限公司; | 发明人 | 唐骜; 刘刚; 王巍; 杨阿娜; 宋凤明; | ||||
| 摘要 | 一种850MPa级高延伸率调质 钢 板及其生产方法。成分重量百分比为：C：0.10～0.2％，Si：0.05～0.3％，Mn：0.80～1.60％，Cr：0.30～0.70％，Mo：0.2～0.5％，B：0.0005～0.003％，Al：0.02～0.06％，Ca：0.001～0.004％，N≤0.005％，P≤0.020％，S≤0.005％，O≤0.004％，且含有Nb、Ti、V各≤0.015％的一种以上，其余为Fe及不可避免杂质；在 热轧 成 基板 后，加热到Ac3+(80～130)℃，保温5～40min，以≥100℃/s的冷却至室温；然后加热到500～600℃，保温5～15min，最后空冷至室温。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种850MPa级调质钢板，其特征在于，化学成分重量百分比为：C：0.10～0.2％，Si： |
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| 说明书全文 | 一种850MPa级高延伸率调质钢板及其生产方法技术领域背景技术[0002] 工程机械是设备工业的重要组成部分。随着工程机械行业大型化、高端化和轻量化的发展，其用钢的强度级别不断提高，已普遍从原来的500～600MPa上升至800MPa、900MPa。同时，由于工程机械用高强钢的服役环境苛刻，在高强度之外，对钢板的强度、折弯、焊接等性能和板形特性有严格要求。 [0003] 当前，800～900MPa级调质高强钢在工程机械行业已得到广泛应用，但由于其强度较高，延展性和成型性普遍较差，难以用于生产形状复杂的构件。从成分来看，此类钢种中往往含有Nb、V、Ti等细化晶粒的微合金元素，同时其生产过程中采用交底的淬火加热温度，以抑制晶粒长大，提高钢种的强度。中国发明专利CN110195193A公开了一种800MPa级调质钢板的生产方法，通过加入Nb：0.010％～0.035％，V：0.025％～0.055％，Ti：0.007％～0.014％等微合金元素，得到均匀细小的下贝氏体+板条马氏体组织，平均晶团尺寸在20μm以下，但延伸率只有15％程度。当前亟待开发一种同时兼具高强度和高延伸率的调质钢板。 发明内容[0004] 本公开的目的在于提供一种850MPa级高延伸率调质钢板及其生产方法，通过将Nb、Ti和V等细化晶粒的元素的含量控制在较低水平，并适当提高淬火加热温度，使组织粗化，提高马氏体的塑性变形能力，获得延伸率≥20％的屈服强度850MPa级高强度调质钢板。 [0005] 为了达到上述目的，本公开采用如下技术方案： [0006] 一种850MPa级调质钢板，钢板的化学成分重量百分比(除非特别声明，本说明书中涉及的成分含量均指重量百分比)为：C：0.10～0.2％，Si：0.05～0.3％，Mn：0.80～1.60％，Cr：0.30～0.70％，Mo：0.2～0.50％，B：0.0005～0.003％，Al：0.02～0.06％，Ca：0.001～0.004％，N≤0.005％，P≤0.020％，S≤0.005％，O≤0.004％，且含有Nb≤0.015％，Ti≤ 0.015％，V≤0.015％中的一种或一种以上，其余为Fe及不可避免杂质。 [0008] 在本公开的850MPa级调质钢板的一个实施方式中，钢板的化学成分中含有Nb≤0.015％，Ti≤0.015％，V≤0.015％中的一种或两种，优选为一种。 [0009] 本公开的850MPa级调质钢板的成分设计原理如下： [0010] C：0.1％的C能保证淬火态钢板的强度；然而，C含量较高会导致整体C当量的提高，焊接时容易产生裂纹。因此，本公开的C含量范围为0.10～0.2％。 [0012] Mn：Mn元素在0.8％以上可以提高钢的淬透性；然而，Mn含量超过1.6％容易产生偏析和MnS等夹杂物，恶化马氏体高强钢的韧性。因此，本公开的Mn含量范围为0.80～1.60％。 [0013] Cr：Cr元素在0.2％以上可以提高钢的淬透性，有利于在淬火时形成全马氏体组织，Cr在回火过程中形成Cr的碳化物，具有抗回火软化的作用；然而，Cr含量超过0.70％在焊接时会出现较大的火花，影响焊接质量。因此，本公开的Cr含量范围为0.30～0.70％。 [0014] Mo：0.2％以上的Mo元素可以提高钢的淬透性，有利于在淬火时形成全马氏体组织；Mo在高温回火时与C反应形成碳化物颗粒，具有抗高温回火软化和焊接接头软化的作用；然而，Mo含量太高会导致碳当量提高，恶化焊接性能，同时Mo属于贵金属，会提高成本。因此，本公开的Mo含量范围为0.2～0.5％。 [0015] Nb、Ti和V：这三种元素可优先与N元素反应生起到固N的作用，从而发挥保护B元素的作用。然而，过多的Nb、Ti和V元素会与钢中的C反应形成纳米级碳化物，阻碍淬火加热过程中的晶粒长大。因此，本公开中含有Nb≤0.015％、Ti≤0.015％、V≤0.015％中的一种以上。同时，根据Nb、Ti和V分别与N反应的化学配比，要求3Nb+4Ti+2V≤12N，以确保这三种元素与N优先发生反应后没有或只有少量剩余，从而避免它们与C反应形成过多阻碍晶粒长大的碳化物。 [0016] B：微量的B可以提高钢的淬透性，提高钢的强度；然而，超过0.0030％的B容易产生偏析，形成碳硼化合物，严重恶化钢的韧性。因此，本公开的硼含量范围为0.0005～0.0030％。 [0018] Ca：超过0.001％的Ca元素可以在钢冶炼过程中的起到净化剂作用，改善钢的韧性；然而，Ca含量超过0.004％容易形成尺寸较大的Ca的化合物，反而会恶化韧性。因此，本公开Ca含量范围为0.001～0.004％。 [0019] N：本公开要求严格控制N元素的范围，N含量超过0.005％容易导致形成粗大的析出物颗粒，恶化韧性。因此，本公开N含量≤0.005％。 [0020] P、S和O：P、S和O作为杂质元素影响钢的塑、韧性，本公开对其控制范围分别为P≤0.020％，S≤0.0050％，O≤0.0040％。 [0021] 本公开的一些实施方式中，本公开所涉及的850MPa级调质钢板由上述元素、Fe和不可避免的杂质构成。本公开的另外的实施方式中，本公开所涉及的850MPa级调质钢板含有上述元素、Fe和不可避免的杂质。 [0022] 在本公开的850MPa级调质钢板的一个实施方式中，钢板的屈服强度≥850MPa，抗拉强度≥900MPa。屈服强度和抗拉强度可采用本领域通用的测定方法测定，例如可根据国标GB/T228.1‑2010《金属材料拉伸试验标准》测定。 [0023] 在本公开的850MPa级调质钢板的一个实施方式中，钢板的延伸率为18％以上，优选为20％以上，更优选为21％以上。延伸率可采用本领域通用的测定方法测定，例如可根据国标GB/T228.1‑2010《金属材料拉伸试验标准》测定。 [0024] 在本公开的850MPa级调质钢板的一个实施方式中，钢板的显微组织为高温回火马氏体。其中，原始奥氏体晶粒尺寸30～60μm，马氏体板条长度15～60μm，马氏体板条宽度0.5～5μm。 [0025] 本公开一个实施方式涉及一种850MPa级调质钢板的生产方法，包括如下步骤： [0026] 1)冶炼、铸造 [0027] 典型地，采用转炉或电炉炼钢、精炼，铸造形成铸坯； [0028] 2)加热 [0029] 典型地，将铸坯于1150～1270℃的炉中加热，待铸坯心部到炉温后开始保温，保温时间>1.5h。 [0031] 典型地，采用单机架往复轧制或多机架热连轧将步骤2)中获得的铸坯轧至目标厚度，轧制最后一道次压下率>15％；终轧温度为820～920℃。 [0032] 4)冷却 [0033] 典型地，将步骤3)中获得的轧板，以≥60℃/s的冷速冷至480～620℃温度范围内卷取，然后空冷至室温。 [0035] 典型地，将步骤4)中获得的轧板加热至(Ac3+80～130)℃、钢板心部到达炉温后保温5～40min，以≥100℃/s的冷速快速冷却至室温。 [0036] 6)回火热处理 [0037] 典型地，回火温度为500～600℃，钢板心部达到炉温后保温5～15min。 [0038] 在本公开的生产方法中： [0039] 步骤(1)冶炼铸造中，典型地，钢的化学成分重量百分为：C：0.10～0.2％，Si：0.05～0.3％，Mn：0.80～1.60％，Cr：0.30～0.70％，Mo：0.2～0.50％，B：0.0005～0.003％，Al：0.02～0.06％，Ca：0.001～0.004％，N≤0.005％，P≤0.020％，S≤0.005％，O≤0.004％，进一步，还含有Nb≤0.015％，Ti≤0.015％，V≤0.015％中的一种或一种以上，其余为Fe及不可避免杂质。进一步地，优选化学成分的重量百分比中，4Nb+3Ti+2V≤12N。 [0040] 步骤(2)铸坯加热工艺中，控制加热温度大于1150℃、心部保温时间>1.5h可以保证合金元素充分固溶；加热温度超过1270℃时奥氏体晶粒过度长大，引起晶间结合力减弱，在轧制时容易产生裂纹；另外加热温度超过1270℃容易引起钢坯表面脱碳，对成品力学性能造成影响。 [0041] 步骤(3)轧制中，通过设置轧制最后一道次压下率>15％、终轧温度为820～920℃，可以细化钢板金相组织的奥氏体晶粒。 [0042] 步骤(4)冷却工艺中，热轧后以≥60℃/s的冷速冷至480～620℃卷取是为了得到贝氏体组织，使碳化物程弥散分布，缩短后续淬火加热过程中碳化物的溶解时间。 [0043] 步骤(5)淬火热处理工艺中，典型地，淬火温度为Ac3+(80～130)℃，其中Ac3为奥氏体转变结束温度，按照经验公式可为Ac3＝955‑350C‑25Mn+51Si+106Nb+100Ti+68Al‑11Cr‑33Ni‑16Cu+67Mo。淬火热处理中，通过采用较高的加热温度进行淬火，可使晶粒充分长大。 [0044] 典型地，淬火热处理工艺中，钢板均热时间为钢板心部到达加热温度后5～20min；均热后以≥100℃/s的冷速快速冷却至室温，得到全马氏体组织。 [0045] 在淬火热处理工艺中，加热温度低于Ac3+80℃、均热时间低于5min合金元素及碳化物溶解不充分，且奥氏体晶粒长大驱动力小，长大不明显，无法起到提高马氏体塑性变形能力的作用；加热温度大于Ac3+130℃、均热时间大于40min处理成本较高。因此，本公开中通过控制淬火加热温度和淬火均热时间在一定的范围内，可以保证得到较为粗大的奥氏体晶粒，从而粗化淬火后的马氏体组织，改善钢的延伸率。 [0046] 步骤(6)回火热处理工艺：该成分体系的钢回火温度超过500℃且钢板心部达到炉温后保温5min以上，可以有效去除钢板内应力，同时使马氏体内部位错发生回复提高钢的塑性，并且合金Mo和Cr在该温度下会与C反应形成细小的合金碳化物，提高钢的屈服强度；回火温度超过600℃或保温时间过长，合金碳化物发生粗化，会恶化钢的韧性并降低钢的强度；通过调整回火温度和时间可以实现强塑性的最佳匹配。 [0047] 另外，步骤(5)和步骤(6)中通过控制热处理时间和冷却速度，可实现快速热处理，节约经济和时间成本。 [0048] 综上所述，本公开的有益效果至少包括： [0049] (1)本公开严格限制Nb、Ti和V元素的含量，适当提高淬火加热温度，使组织粗化以提升钢的塑性变形能力；(2)合理控制淬火和回火的热履历进一步提高延伸率，同时保证高强度，得到一种屈服强度≥850MPa，延伸率≥20％的高强度钢。附图说明 [0050] 图1本公开实施例4热处理后的金相组织图像。 [0051] 图2本公开实施例6热处理后的金相组织图像。 具体实施方式[0052] 下面结合实施例对本公开做进一步说明。 [0053] 本公开的超高强钢的生产工艺流程为：转炉或电炉炼钢→炉外精炼→连铸→加热→轧制→冷却→快速热处理。 [0054] 具体地，本公开实施例1～8的850MPa级高延伸率调质钢的制造方法，包括如下步骤： [0056] 2)加热：将铸坯放入电炉中加热。加热温度1150～1270℃，待铸坯心部到炉温后开始保温，保温时间>1.5h。 [0057] 3)轧制：采用多道次将铸坯轧制成目标厚度8mm的钢板，终轧温度为820～920℃，末道次压下率设定17％。 [0058] 4)冷却：对轧制后的轧件，在线进行层流冷却，以≥60℃/s的冷速冷至480～620℃，得到下贝氏体组织。 [0059] 5)淬火热处理工艺：将热轧基板加热到Ac3+(80～130)℃、钢板心部到温后保温5～40min，以≥100℃/s的冷速快速冷却至室温。 [0060] 6)回火热处理工艺：将淬火后的钢板加热到500～600℃，保温5～15mim。具体工艺参数如表2所示。 [0061] 此外，对比例1～4具体工艺参数如表2所示，其中对比例1和3未采用淬火热处理。对比例1中涉及2015年公开的CN104513937A“一种屈服强度800MPa级别高强钢及其生产”； 对比例2涉及2015年公开的CN104532158A“一种屈服强度800MPa级调质高强钢及其生产方法”；对比例3涉及2019年公开CN110195193A的“低成本、高韧性及优良焊接性800MPa级调质钢板及其制造方法”；对比例4涉及2015年公开的CN104532157A“一种屈服强度900～ 1000MPa级调质高强钢及其生产方法”。 [0062] 根据国标GB/T228.1‑2010《金属材料拉伸试验标准》对实施例进行了力学性能测试，将各实施例和比较例中的调质处理后的钢板进行纵向拉伸和纵向冲击试验，各实施例样板对应的性能如表3所示。 [0063] 图1和图2分别给出了实施例4和6的光学显微镜组织照片，从照片上可以看出，成品钢板的金相组织为均一的等轴状回火马氏体，且组织较为粗大，采用截点法测得的原始奥氏体晶粒尺寸30～60μm，马氏体板条长度15～60μm，宽度0.5～5μm。 [0064] 从表1的对比看，本公开涉及钢种的在成分与对比专利有显著的差异。在成分上，对比例1‑4都添加了相对较多的Nb、Ti和V元素，而本专利只添加其中的一种或两种，且添加量较低。 [0065] 获得了各项力学性能指标，见表3。从力学性能的对比上看，本公开钢具有优良的塑性，延伸率在20％以上，显著高于同强度级别的对比钢1‑4。这是由于本公开减少了细晶元素Nb、Ti和V的含量，并且采用较高的淬火温度使得晶粒粗化，从而提高了回火马氏体的变形能力。 [0066] [0067] 表2 [0068] [0069] 表3 [0070] [0071] 上述结果显示相对于涉及现有技术的对比例，本公开的实施例具有特定元素组成，特别是具有特定Nb、Ti和V元素的含量，进行特定淬火和回火程序，由此获得的钢板在确保高强度的同时，延伸率提高至20％以上。 [0072] 本公开的850MPa级调质钢板可用于各种要求使用高强度钢的领域，特别是同时要求高强度、高延伸率性能的工程机械用钢板的用途。 |
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