屈服强度800MPa级易焊接高强韧钢板

摘要

本发明涉及一种屈服强度800MPa级易焊接高强韧钢板及其生产工艺，包括以下重量百分比含量的化学成分组成：C：0.04～0.07％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.4～1.8％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr：0.10～0.20％、Ni：0.10～0.20％、Mo：0.15～0.25％、Nb：0.04～0.06％、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的合理设计，保证Pcm≤0.20％，采用控轧控冷工艺，制得的钢板成品厚度≥15mm，组织为贝氏体，屈服强度Rp0.2＞800MPa，抗拉强度Rm＞900MPa，断后伸长率＞14％，-40℃冲击功＞100J。本发明生产工艺简单，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、建筑结构、桥梁结构等领域。

权利要求

1.一种屈服强度800MPa级易焊接高强韧钢板，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：0.04～0.07％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.4～1.8％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr：0.10～0.15％、Ni：0.10～0.20％、Mo：0.15～0.25％、Nb：0.04～0.06％、Ti：0.01～0.02％、B：0.001～0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质，并满足如下的焊接裂纹敏感性指数(Pcm)要求：Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B≤0.20％；

所述的钢板是按照以下工艺生产的：

(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1200～1220℃，保温1.5～2.5h；

(3)在轧制工序中，粗轧开轧温度≤1030℃，粗轧终轧温度≥980℃，道次变形率为

10～30％；精轧开轧温度870～890℃，精轧终轧温度为770～800℃，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，冷速为20～40℃/s，终冷温度为350～450℃，之后空冷至室温；

所制得钢板的组织为贝氏体，

该钢板屈服强度＞800MPa，抗拉强度Rm＞900MPa，断后伸长率＞14％，-40℃冲击功＞

100J。

说明书

屈服强度800MPa级易焊接高强韧钢板

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高强韧钢板，特别涉及一种屈服强度800MPa级易焊接高强韧钢板及其生产工艺。

背景技术

[0002] 易焊接高强韧钢是重要的工程结构材料之一，广泛应用于机械制造、桥梁结构、建筑结构等领域中。随着各种工程建设向大型化发展，对结构减重的要求愈加迫切，所用钢板的强度级别逐渐提高，要求钢板具有高的强度和低温韧性，同时，出于简化施工程序和降低工程造价的考虑，又要求具有优良的焊接性能，即具有较低的焊接裂纹敏感性指数(Pcm≤0.20％)。

[0003] 从20世纪60年代起，世界各国先后开展了易焊接高强韧钢的研制。目前，易焊接高强韧钢板的生产在工艺上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，生产周期较长，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] 目前已有不少易焊接高强韧钢板的制造专利，从性能上看，专利CN102191430A，CN1932063A，CN101787489A，CN101418418A等，其强度级别均≤690MPa，达不到本发明的800MPa。从工艺来看，对于已有的涉及易焊接高强韧钢板的专利或现有产品，大部分都是采用控制轧制+离线热处理的方法，以获得高强韧的性能要求，如专利CN101812634A，采用的是调质工艺，虽然其强度级别达到了800MPa，但多出的热处理工序使得生产周期较长，生产效率低。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提出一种屈服强度800MPa级易焊接高强韧钢板及其生 产工艺。通过合理添加合金元素，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.2％，采用控轧控冷工艺，使其钢板组织为贝氏体，屈服强度Rp0.2＞800MPa，抗拉强度Rm＞900MPa，断后伸长率＞14％，-40℃冲击功＞100J。

[0006] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

[0007] 所述钢板以重量百分比计的化学成分组成如下：C：0.04～0.07％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.4～1.8％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr：0.10～0.20％、Ni：0.10～
0.20％、Mo：0.15～0.25％、Nb：0.04～0.06％、Ti：0.01～0.02％、B：0.001～0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质，并满足下列焊接裂纹敏感性指数：

[0008] Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B≤0.20％。 [0009] 以下对本发明的屈服强度800MPa级易焊接高强韧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对材料的强度、低温韧性、焊接性能起着重要的作用。C的含量控制过低(如低于0.025％)，则不能够保证强度，含量过高时(如高于0.10％)，则焊接性能和低温韧性较难控制。本发明中，C含量选择在0.04～0.07％，能够保证一定的强度、韧性及良好的焊接性。

[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是典型的奥氏体稳定化元素，能够提高钢的淬透性，并起到固溶强化作用，在低碳条件下对提高材料的强度有着显著的作用，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％。 [0013] Cr：Cr是钢中重要的强化元素之一，可使CCT曲线右移。Cr和Mn配合，能有效提高钢的淬硬性，且其偏析倾向较Mn小。但Cr含量过高，会降低钢的韧性，增加焊接裂纹敏感性。因此Cr的含量控制在0.10～0.20％。

[0014] Ni：Ni能提高钢的淬透性，显著改善钢材的低温韧性，是提高钢的强韧性的有利元素，基本不会对钢的可焊性和焊接热影响区韧性造成不利影响，但含量过高会增加合金成本，故控制在0.10～0.20％。

[0015] Mo：Mo能显著提高钢板的强度，有助于微细贝氏体的形成，但含量过高，不仅增加了生产成本，而且降低了材料的焊接性能。因此Mo的添加范围选择在0.15～0.25％。 [0016] 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还可以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0.04～0.06％。

[0017] 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％。

[0018] 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含量控制在0.001～0.002％。

[0019] 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≤0.020％，S≤0.010％。

[0020] 一种屈服强度800MPa级易焊接高强韧钢板的生产工艺，其包括如下步骤： [0021] (1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；

[0022] (2)在加热工序中，板坯加热温度为1200～1220℃，保温1.5～2.5h； [0023] (3)在轧制工序中，粗轧开轧温度≤1030℃，粗轧终轧温度≥980℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度870～890℃，精轧终轧温度为770～800℃，道次变形率为10～30％，总压缩比≥5；

[0024] (4)在冷却工序中，采用水冷却系统，冷速为20～40℃/s，终冷温度为350～450℃，之后空冷至室温。

[0025] 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：

[0026] 1、通过合理设计化学成分，其焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.20％，钢板焊接性能优良。采用控制轧制+控制冷却工艺，无后续热处理，生产工艺简单，周期短，效率高。 [0027] 2、通过合理设计成分和轧制工艺，制得的钢板组织为贝氏体，屈服强度Rp0.2＞800Mpa，抗拉强度Rm＞900Mpa，断后伸长率＞14％，-40℃冲击功＞100J。

附图说明

[0028] 图1为实施例1中钢板纵截面的显微组织照片；

[0029] 图2为实施例2中钢板纵截面的显微组织照片；

[0030] 图3为实施例3中钢板纵截面的显微组织照片；

具体实施方式

[0031] 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。 [0032] 实施例1

[0033] 该钢由以下组分组成(wt％)：C：0.06％，Si：0.25％，Mn：1.59％，P：0.0077％，S：0.0059％，Cr：0.15％，Ni：0.15％，Mo：0.20％，Nb：0.05％，Ti：0.016％，B：0.0016％，其余为Fe和不可避免的杂质，焊接裂纹敏感性指数：

[0034] Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B＝0.18％。 [0035] (1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；

[0036] (2)在加热工序中，板坯加热温度为1200～1220℃，保温1.5～2.5h； [0037] (3)在轧制工序中，粗轧开轧温度≤1030℃，粗轧终轧温度≥980℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度870～890℃，精轧终轧温度为770～800℃，道次变形率为10～30％，总压缩比≥5，成品厚30mm；

[0038] (4)在冷却工序中，采用水冷却系统，冷速为30℃/s，终冷为400℃。得到钢板的力学性能见表1。

[0039] 实施例2

[0040] 该钢由以下组分组成(wt％)：C：0.06％，Si：0.25％，Mn：1.59％，P：0.0077％，S：0.0059％，Cr：0.15％，Ni：0.15％，Mo：0.20％，Nb：0.05％，Ti：0.016％，B：0.0016％，其余为Fe和不可避免的杂质，焊接裂纹敏感性指数：

[0041] Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B＝0.18％。 [0042] (1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；

[0043] (2)在加热工序中，板坯加热温度为1200～1220℃，保温1.5～2.5h； [0044] (3)在轧制工序中，粗轧开轧温度≤1030℃，粗轧终轧温度≥980℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度870～890℃，精轧终轧温度为770～800℃，道次变形率为10～30％，总压缩比≥5，成品厚30mm；

[0045] (4)在冷却工序中，采用水冷却系统，冷速为20℃/s，终冷为350℃。得到钢板的力学性能见表1。

[0046] 实施例3

[0047] 该钢由以下组分组成(wt％)：C：0.06％，Si：0.25％，Mn：1.59％，P：0.0077％，S：0.0059％，Cr：0.15％，Ni：0.15％，Mo：0.20％，Nb：0.05％，Ti：0.016％， B：0.0016％，其余为Fe和不可避免的杂质，焊接裂纹敏感性指数：

[0048] Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B＝0.18％。 [0049] (1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；

[0050] (2)在加热工序中，板坯加热温度为1200～1220℃，保温1.5～2.5h； [0051] (3)在轧制工序中，粗轧开轧温度≤1030℃，粗轧终轧温度≥980℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度870～890℃，精轧终轧温度为770～800℃，道次变形率为10～30％，总压缩比≥5，成品厚30mm；

[0052] (4)在冷却工序中，采用水冷却系统，冷速为40℃/s，终冷为450℃。得到钢板的力学性能见表1。

[0053] 表1本发明实施例1-3涉及的易焊接高强韧钢板力学性能

[0054]Rp0.2/MPa Rm/Mpa A/％ -40℃纵向Akv/J
实施例1 841 955 15.25 145，150，162
实施例2 823 949 14.37 122，135，147
实施例3 870 976 15.10 116，109，104

[0055] 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。