低成本高强度高韧性钢板及其生产工艺转让专利
申请号 : CN201210113826.X
文献号 : CN102605253B
文献日 : 2013-12-25
发明人 : 镇凡 , 张宽 , 赵鹂鸣 , 曲锦波
申请人 : 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司
摘要 :
本发明涉及一种低成本高强度高韧性钢板及其生产工艺，包括以下重量百分比含量的化学成分组成：C：0.13～0.17％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.4～1.8％、P≤0.025％、S≤0.010％、Nb：0.02～0.04％、Ti：0.01～0.02％、B：0.001～0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过对合金成分合理设计，采用控轧控冷+回火工艺，制得的钢板成品厚度≥15mm，组织为回火马氏体，屈服强度＞800MPa，抗拉强度＞840MPa，断后伸长率＞11％，-60℃冲击功＞80J。本发明合金含量少，生产工艺简单，周期短，成本低，钢板焊接性能、冷弯性能和板型良好，可广泛用于工程机械、煤矿机械等领域。
权利要求 :
1.一种低成本高强度高韧性钢板，其特征在于，所述钢板以重量百分比计的化学成分组成如下：C：0.13～0.17％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.4～1.8％、P≤0.025％、S≤0.010％、Nb：0.02～0.04％、Ti：0.01～0.02％、B：0.001～0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
该钢板按照以下生产工艺制备的：
(1)在冶炼、浇铸工序中，按照上述的化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；
(2)在加热工序中，板坯加热温度为1180～1220℃，保温1.5～2.5h；
(3)在轧制工序中，粗轧开轧温度≤1020℃，粗轧终轧温度≥970℃，道次变形率为
10～30％；精轧开轧温度860～880℃，精轧终轧温度为790～830℃，道次变形率为10～
30％，总压缩比≥5；
(4)在冷却工序中，采用水冷却系统，冷速≥40℃/s，终冷温度250～350℃，之后空冷至室温；
(5)回火，回火温度为450～650℃，保温时间为1～2h，之后空冷至室温；
所制得钢板的组织为回火马氏体，
该钢板的屈服强度＞800MPa，抗拉强度＞840MPa，断后伸长率＞11％，-60℃冲击功＞
80J。
说明书 :
低成本高强度高韧性钢板及其生产工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高强钢板，特别涉及一种低成本高强度高韧性钢板及其生产工艺。
背景技术
[0002] 高强钢是重要的工程结构材料之一，应用于工程机械、煤矿机械、港口码头机械等领域，如挖掘机、装载机、起重机、大型自卸车等。工程机械的主要结构件承受的是复杂多变
的周期载荷，要求其构件材料具有高的屈服强度和良好的冲击韧性，冷成型性和优良的可
焊接性能。随着工程机械向大型化，轻型化发展，对上述性能的要求更为突出，高强度钢板
的性能水平对于提高工程机械的能力和效率、延长使用寿命、减轻设备自重、降低能耗、提
高整机的档次有着重要作用。随着社会和经济的发展，钢铁工业面临着资源价格高涨、成本
高利润低、需求增速趋缓等问题。因此，减少钢材的合金添加量，减少生产工序，缩短生产周
期，提高效率，开发出具有低成本、优良的综合机械性能和使用性能的产品，已成为钢铁材
料研究的重要方向。
的周期载荷，要求其构件材料具有高的屈服强度和良好的冲击韧性，冷成型性和优良的可
焊接性能。随着工程机械向大型化，轻型化发展，对上述性能的要求更为突出，高强度钢板
的性能水平对于提高工程机械的能力和效率、延长使用寿命、减轻设备自重、降低能耗、提
高整机的档次有着重要作用。随着社会和经济的发展，钢铁工业面临着资源价格高涨、成本
高利润低、需求增速趋缓等问题。因此，减少钢材的合金添加量，减少生产工序，缩短生产周
期，提高效率，开发出具有低成本、优良的综合机械性能和使用性能的产品，已成为钢铁材
料研究的重要方向。
[0003] 屈服强度800MPa以上的高强钢的生产工艺分为调质和非调质两种。调质工艺稳定性较好，比较适合于大厚度钢板，但是，调质工艺需要进行两次热处理，工序复杂，生产周
期长，成本较高；非调质工艺是以热机械控制轧制为基础，采用适当的冷却工艺，综合利用
各种强化手段，可以大幅度降低钢中合金元素添加量，改善焊接性能。由于不需要进行复杂
的热处理，因此生产周期大为缩短，制造成本也得以降低。
期长，成本较高；非调质工艺是以热机械控制轧制为基础，采用适当的冷却工艺，综合利用
各种强化手段，可以大幅度降低钢中合金元素添加量，改善焊接性能。由于不需要进行复杂
的热处理，因此生产周期大为缩短，制造成本也得以降低。
[0004] 目前已有不少高强度高韧性钢板的制造专利，从成分来看，CN101451212A，CN101397641A，CN101906594A等专利，合金元素添加较多，大多采用的是Ni、Cr、Mo成分体
系，加入了贵金属如Ni、Mo等，增加了钢的生产成本；
系，加入了贵金属如Ni、Mo等，增加了钢的生产成本；
[0005] 从生产工艺来看，大部分专利中都是采用控制轧制+离线热处理的方法，如CN101899630A，CN101948987A等专利采用淬火+回火热处理工艺，多出的淬火工艺使得生
产周期较长，成本增加，生产效率低。
产周期较长，成本增加，生产效率低。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提出一种低成本高强度高韧性钢板及其生产工艺。通过合理添加合金元素，采用控轧控冷+回火工艺，使其钢板组织为回火马氏体，屈服强度＞800MPa，
抗拉强度＞840MPa，断后伸长率＞11％，-60℃冲击功＞80J。
抗拉强度＞840MPa，断后伸长率＞11％，-60℃冲击功＞80J。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] 所述钢板以重量百分比计的化学成分组成如下：C：0.13～0.17％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.4～1.8％、P≤0.025％、S≤0.010％、Nb：0.02～0.04％、Ti：0.01～
0.02％、B：0.001～0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
0.02％、B：0.001～0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0009] 以下对本发明的低成本高强度高韧性钢板中所含组分的作用及其用量的选择具体分析说明：
[0010] C：C是主要的强化元素，也是提高淬透性的元素，在钢中起固溶强化作用，因此C的含量不宜过低，但是含量过高，则焊接性能和低温韧性较难控制。本发明中，碳含量选择
在0.13～0.17％。
在0.13～0.17％。
[0011] Si：Si是炼钢脱氧的必要元素，可以增加材料的强度，但损害材料的低温韧性及焊接性能，因此Si的含量控制在0.15～0.35％。
[0012] Mn：Mn是奥氏体稳定化元素，能够提高钢的淬透性，并起到固溶强化作用，因此当生产强度较高的钢时，Mn的含量不宜过低，且Mn的价格相对低廉，但过量的Mn使得连铸过
程较难控制，易与P、S等元素形成偏析，严重恶化材料的冲击性能及焊接性能。因此Mn的
含量控制在1.40～1.80％。
程较难控制，易与P、S等元素形成偏析，严重恶化材料的冲击性能及焊接性能。因此Mn的
含量控制在1.40～1.80％。
[0013] Nb：Nb是控轧控冷钢中的重要元素，Nb的加入能够阻止奥氏体变形后的再结晶，提高奥氏体未再结晶温度。Nb可显著抑制铁素体转变，随着冷速的增加，Nb的抑制作用增
强，铁素体晶粒尺寸细化。因此Nb的含量控制在0.02～0.04％。
强，铁素体晶粒尺寸细化。因此Nb的含量控制在0.02～0.04％。
[0014] Ti：Ti的主要作用是固氮和完全脱氧，Ti的含量过高，固氮效果达到饱和，过剩的Ti会使材料的韧性下降，因此Ti含量控制在0.01～0.02％。
[0015] B：B能提高钢板的淬透性，但是过量的B易引起晶界偏聚，损害钢板的冲击韧性和焊接性，因此B的含量控制在0.001～0.002％。
[0016] P、S：P、S作为钢中的有害元素，对钢的低温冲击和焊接性具有较大的损害作用，理论上要求越低越好，但是考虑到炼钢可操作性和炼钢成本，控制P≤0.025％，
S≤0.010％。
S≤0.010％。
[0017] 一种低成本高强度高韧性钢板的生产工艺，其包括如下步骤：
[0018] (1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；
[0019] (2)对上述板坯加热，加热温度为1180～1220℃，保温时间1.5～2.5h；
[0020] (3)控制轧制，粗轧开轧温度≤1020℃，粗轧终轧温度≥970℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度860～880℃，精轧终轧温度为790～830℃，道次变形率为10～
30％，总压缩比≥5；
30％，总压缩比≥5；
[0021] (4)控制冷却，采用水冷却系统，冷速≥40℃/s，终冷温度为250～350℃；
[0022] (5)回火，回火温度为450～650℃，保温时间为1～2h，之后空冷至室温。
[0023] 本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：
[0024] 1、设计化学成分不含Ni、Mo、V等昂贵金属元素，生产成本低，生产工艺采用控轧控冷+回火，无需重新加热淬火处理，生产工艺简单，周期短，效率高。
[0025] 2、通过合理设计成分和轧制工艺，制得的钢板组织为回火马氏体，屈服强度＞800MPa，抗拉强度＞840MPa，断后伸长率＞11％，-60℃冲击功＞80J。
附图说明
[0026] 图1为实施例2中钢板纵截面的显微组织照片；
[0027] 图2为实施例4中钢板纵截面的显微组织照片；
[0028] 图3为实施例6中钢板纵截面的显微组织照片；
具体实施方式
[0029] 以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但不限于此。
[0030] 实施例1
[0031] 该钢由以下组分组成(wt％)：C：0.15％，Si：0.27％，Mn：1.63％，P：0.0077％，S：0.0059％，Nb：0.03％，Ti：0.015％，B：0.0013％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0032] (1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；
[0033] (2)对上述板坯加热，加热温度为1180～1220℃，保温时间1.5～2.5h；
[0034] (3)控制轧制，粗轧开轧温度≤1020℃，粗轧终轧温度≥970℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度860～880℃，精轧终轧温度为790～830℃，道次变形率为10～
30％，总压缩比≥5，成品厚15mm；
30％，总压缩比≥5，成品厚15mm；
[0035] (4)控制冷却，采用水冷却系统，冷速≥40℃/s，终冷温度为250～350℃；
[0036] (5)回火，回火温度为450℃，保温时间为1～2h，之后空冷至室温。得到钢板的力学性能见表1。
[0037] 实施例2
[0038] 实施方式如实施例1，其中回火工艺为：回火温度：500℃，保温时间：1～2h。得到钢板的力学性能见表1。
[0039] 实施例3
[0040] 实施方式如实施例1，其中回火工艺为：回火温度：520℃，保温时间：1～2h。得到钢板的力学性能见表1。
[0041] 实施例4
[0042] 实施方式如实施例1，其中回火工艺为：回火温度：550℃，保温时间：1～2h。得到钢板的力学性能见表1。
[0043] 实施例5
[0044] 实施方式如实施例1，其中回火工艺为：回火温度：600℃，保温时间：1～2h。得到钢板的力学性能见表1。
[0045] 实施例6
[0046] 实施方式如实施例1，其中回火工艺为：回火温度：650℃，保温时间：1～2h。得到钢板的力学性能见表1。
[0047] 表1本发明实施例1-6涉及的低成本高强度高韧性钢板力学性能
[0048]J/
vkA向 38 601 901， 29 99， 69
纵℃0 ，58， ，99， 99，4 ，59， 001， ，59，
6- 38 29 01 18 49 69
J/vkA向纵℃04- 98，48，48 031，901，231 401，211，721 611，101，311 101，19，001 701，79，021
05.1 52.3 54.5 00.5 75.5 56.7
1，52 1，58 1，88 1，05 1，05 1，05
％/A .11 .41 .41 .51 .61 .51
aPM/R m 7611，5511 539，439 809，719 609，019 009，698 348，548
aPM/R 20p 4901，1801 909，909 398，298 278，778 378，768 218，328
℃/
度
温
火 0 0 0 0 0 0
回 54 05 25 55 06 56
1 2 3 4 5 6
例 例 例 例 例 例
施 施 施 施 施 施
实 实 实 实 实 实
vkA向 38 601 901， 29 99， 69
纵℃0 ，58， ，99， 99，4 ，59， 001， ，59，
6- 38 29 01 18 49 69
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度
温
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回 54 05 25 55 06 56
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例 例 例 例 例 例
施 施 施 施 施 施
实 实 实 实 实 实
[0049] 注：拉伸试样采用标距为φ8×40mm的棒状试样；夏比冲击试样尺寸为10×10×55mm。