專利名稱：一種屈服強度900MPa級高強度鋼板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高強度鋼板，具體地涉及一種屈服強度在900MPa以上的高強度鋼板及其制造方法。本發(fā)明鋼板具有較好的低溫韌性，適合作為汽車、工程機械等高強度耐沖擊的結構件的高屈服強度鋼板。
背景技術：
低合金高強度鋼作為一種重要的鋼鐵材料，被廣泛應用于汽車、礦山機械、工程機械、農(nóng)業(yè)機械及鐵路運輸?shù)炔块T。隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展，各類機械設備的復雜化、大型化及輕量化對該類鋼提出了更高的要求，即用于制造這些設備的低合金高強度鋼板不但要求具有更高的硬度、強度，而且還要求良好的韌性及成型性能。
傳統(tǒng)工藝在生產(chǎn)低合金高強度鋼板時，多添加較多的Cu、N1、Cr和Mo等貴重合金元素，成本較高。
目前在屈服強度900MPa以上高強度鋼領域已有一些相關產(chǎn)品和專利申請。
CN1840724A公開了 960MPa以上高強度鋼板，采用TMCP軋制，軋后水冷至Ms Ms+100°C，然后離線重新加熱至350-550°C回火，工序時間長，成本高，且添加的合金元素也較多，成本上沒有優(yōu)勢，而且其低溫沖擊韌性不高，實物_40°C的Akv 僅33-50J。
因此，目前的低合金900MPa級高強度鋼板還不能完全滿足高低溫韌性的要求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種屈服強度900MPa級高強度鋼板，特別是6-25mm厚鋼板。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的高強度鋼板，其化學成分的重量百分比為c:O. 07-0.11 %, Si 0. 10-0. 35 %, Mn 1. 0-1. 4 %, P ^ O. 015 %, S ^ O. 010 %, Al O. 02-0.04 %, Ti 0. 01-0. 03 %, N ^ O. 006 %, Ca ^ O. 005 %,以及 Cr 彡 O. 70 %,Ni ( O.30%, Mo ( O. 30%中的I種以上，余量為鐵和不可避免雜質。
優(yōu)選地，C 0. 071-0. 0109%。
優(yōu)選地，S1:0. 15-0. 34%。
優(yōu)選地，Mn 1. 1-1.4%。
優(yōu)選地，P^O. 010%o
優(yōu)選地，S < O. 005%。
優(yōu)選地，Al 0. 021-0. 039% ο
優(yōu)選地，N1:0. 10-0. 25%。
優(yōu)選地，Cr :0. 40-0. 66%。
優(yōu)選地，Mo :0. 10-0. 30%，更優(yōu)選 O. 12-0. 25%。
優(yōu)選地，Ti 0. 010-0. 020% ο
優(yōu)選地，Ca ^ O. 004%，更優(yōu)選為彡O. 003%。
優(yōu)選地，N彡O. 004%，更優(yōu)選為彡O. 003%。
本發(fā)明中，除非另有指明，含量均指重量百分比含量。
本發(fā)明鋼板的組織為回火馬氏體和碳化物。
本發(fā)明的另一個目的在于提供上述高強度鋼板的制造方法，該方法包括
鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進行連鑄或模鑄，模鑄后需經(jīng)初軋成鋼坯；
連鑄坯或鋼坯于1100-1250°C加熱后進行一道次或多道次軋制，總壓下率不低于 70% ;終軋溫度不低于860°C ；
軋后鋼板以Vmin至50°C /s的冷卻速度快速水冷至220_260°C溫度區(qū)間，再空冷 5-60s ;其中Vmin是獲得馬氏體的臨界冷速，按照LogVmin = 2. 94-0. 75P計算，P是硬化指數(shù)，按照 P = 2. 7C+0. 4Si+Mn+0. 45Ν +0. 8Cr+0. 45Cu+2Mo 計算。
鋼板進入在線感應加熱爐以1-10°C /s的速度快速加熱至480_520°C回火15-25s， 然后出爐空冷。
優(yōu)選地，終軋溫度為860_900°C。
優(yōu)選地，軋后鋼板以15_50°C /s的冷卻速度快速水冷至220_260°C溫度區(qū)間，再空冷 5-60S。
本發(fā)明通過合適的成分設計、板坯加熱、控制軋制、軋后快速冷卻和自回火，使鋼板實現(xiàn)細晶強化、相變強化和析出強化，提高了鋼板的強度和硬度，使其具有很高的低溫韌性，組織呈現(xiàn)為回火低碳馬氏體(可能還含有少量殘余奧氏體)。本發(fā)明的6-25mm厚鋼板屈服強度彡900MPa，延伸率彡18%, -60°C的Akv彡150J，冷彎性能優(yōu)良，能夠滿足汽車、工程機械等行業(yè)對高強度鋼板的較高要求。


圖1是本發(fā)明實施例1的6mm厚鋼板的金相組織。
圖2是本發(fā)明實施例5的25mm厚鋼板的金相組織。
具體實施方式
以下通過結合實施例對本發(fā)明的特點和效果進行較為詳細的說明。
為實現(xiàn)本發(fā)明的提供屈服強度900MPa級高強度鋼板，特別是6_25mm厚鋼板，對主要化學成分進行如下控制
碳確保鋼板強度的關鍵元素。對于要獲得組織為大部分馬氏體的鋼板而言，碳是最重要的元素，其可以顯著提高鋼板的淬透性。由于碳在奧氏體中有較高的溶解度，可以使奧氏體保持較高的穩(wěn)定性，降低鋼的Ms點，利于獲得一定量的殘余奧氏體。同時碳含量的提高能使強度和硬度上升，塑性下降。所以如果鋼板既要獲得高硬度，又要具備一定的韌性，那么碳含量必須綜合考慮。對于本發(fā)明的屈服強度900MPa強度級別而言，O. 07-0. 11% 的碳是合適的。優(yōu)選地，本發(fā)明的鋼中C含量為O. 071-0. 109%。
硅鋼中加硅能提高鋼質純凈度和脫氧。硅在鋼中起固溶強化作用，其在奧氏體中的溶解度較大，提高硅含量有利于提高鋼的強度和硬度，同時硅能促進相變時的排碳，使碳富集到殘余奧氏體中使之穩(wěn)定，配合軋后冷卻工藝能使鋼的塑型韌性有所提高。但硅含量過高會使鋼板加熱時的氧化皮粘度較大，出爐后除鱗困難，導致軋后鋼板表面紅色氧化皮嚴重，表面質量較差。且高硅不利于焊接性能。綜合考慮硅各方面的影響，本發(fā)明硅含量為 O. 10-0. 35%，優(yōu)選地為 O. 13-0. 34%。
錳錳穩(wěn)定奧氏體組織，其能力僅次于合金元素鎳，是廉價的穩(wěn)定奧氏體與強化合金元素，同時錳增加鋼的淬透性，降低馬氏體形成的臨界冷速。但錳具有較高的偏析傾向， 所以其含量不能太高，一般低碳微合金鋼中錳含量不超過2. O %。錳的加入量主要取決于鋼的強度級別。本發(fā)明錳的含量應控制在1. 0-1.4%。錳在鋼中還和鋁一起共同起到脫氧的作用。優(yōu)選地，本發(fā)明中優(yōu)選錳含量為1. 1-1.4%。
硫和磷硫在鋼中與錳等化合形成塑性夾雜物硫化錳，尤其對鋼的橫向塑性和韌性不利，因此硫的含量應盡可能地低。磷也是鋼中的有害元素，嚴重損害鋼板的塑性和韌性。對于本發(fā)明而言，硫和磷均是不可避免的雜質元素，應該越低越好，考慮到鋼廠實際的煉鋼水平，本發(fā)明要求P彡O. 010%、S彡O. 005%。
鋁強脫氧元素。為了保證鋼中的氧含量盡量地低，鋁的含量控制在 O. 02-0. 04%。脫氧后多余的鋁和鋼中的氮元素能形成AlN析出物，提高強度并且在熱處理加熱時能細化鋼的元素奧氏體晶粒度。優(yōu)選地，本發(fā)明中鋁含量為O. 021-0. 039%。
鈦鈦是強碳化物形成元素，鋼中加入微量的Ti有利于固定鋼中的N，形成的TiN 能使鋼坯加熱時奧氏體晶粒不過分粗大，細化原始奧氏體晶粒度。鈦在鋼中還可分別與碳和硫化合生成TiC、TiS、Ti4C2S2等，它們以夾雜物和第二相粒子的形式存在。本發(fā)明中鈦含量控制在 O. 010-0. 030%，優(yōu)選為 O. 010-0. 020% O
鉻鉻提高鋼的淬透性，增加鋼的回火穩(wěn)定性。鉻在奧氏體中溶解度很大，穩(wěn)定奧氏體，淬火后在馬氏體中大量固溶，并在隨后的回火過程中會析出Cr23C7、Cr7C3等碳化物，提高鋼的強度和硬度。為了保持鋼的強度級別，鉻可以部分代替錳，減弱高錳的偏析傾向。本發(fā)明可添加不大于O. 70%的鉻，優(yōu)選地，Cr :0. 40-0. 66%。
鎳穩(wěn)定奧氏體的元素，對提高強度沒有明顯的作用。鋼中加鎳尤其是在調(diào)質鋼中加鎳能大幅提高鋼的韌性尤其是低溫韌性，同時由于鎳屬于貴重合金元素，所以本發(fā)明可添加不超過O. 30%的鎳元素，優(yōu)選地，N1:0. 10-0. 25%。
鑰鑰能顯著地細化晶粒，提高強度和韌性。鑰能減少鋼的回火脆性，同時回火時還能析出非常細小的碳化物，顯著強化鋼的基體。由于鑰是非常昂貴的戰(zhàn)略合金元素，所以本發(fā)明中僅添加不超過O. 30%的鑰。優(yōu)選地，Mo :0. 10-0. 30%，更優(yōu)選O. 12-0. 25%
鈣本發(fā)明中加鈣主要是改變硫化物形態(tài)，改善鋼的橫向性能和冷彎性能。對于硫含量很低的鋼亦可不進行鈣處理。鈣含量小于等于O. 005%。優(yōu)選地，Ca < 0.004%，更優(yōu)選 Ca 彡 O. 003% ο
氮本發(fā)明不含Nb、V微合金元素，且主要以相變強化和回火碳化物析出強化為主要強化方式。小于等于60ppm含量的氮可以穩(wěn)定O. 010-0. 035 %的鈦形成TiN，此TiN能保證加熱時板坯的奧氏體晶粒不過分粗大。針對本發(fā)明的優(yōu)選Ti含量O. 010-0. 020%，氮含量優(yōu)選為 O. 002-0. 004%。
制造工藝過程對本發(fā)明產(chǎn)品的影響
轉爐吹煉和真空處理目的是確保鋼液的基本成分要求，去除鋼中的氧、氫等有害氣體，并加入錳、鈦等必要的合金元素，進行合金元素的調(diào)整。
連鑄或模鑄保證鑄坯內(nèi)部成分均勻和表面質量良好，模鑄的鋼錠需軋制成鋼坯。
加熱和軋制連鑄坯或鋼坯在1100-1250°C的溫度下加熱，一方面獲得均勻的奧氏體化組織，另一方面使鈦、鉻等的化合物部分溶解。在奧氏體再結晶溫度范圍內(nèi)經(jīng)一道次或多道次軋制成鋼板，總壓下率不低于70%，終軋溫度不低于860°C，優(yōu)選終軋溫度為 860-900 0C ；
快速冷卻軋后鋼板以Vmin至50°C /s的冷卻速度快速水冷至220_260°C溫度區(qū)間；在快速冷卻過程中，大部分的合金元素被固溶到馬氏體中。
回火鋼板進入在線感應加熱爐以1-10°C /s的速度快速加熱至480_520°C回火 15-25S，然后出爐空冷?；鼗鹩兄谙齼?nèi)應力和馬氏體板條內(nèi)裂紋，提高塑韌型和冷彎性倉泛。
實施例
實施例1
按表I配比冶煉完成的鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進行連鑄或模鑄，板坯厚度80mm， 所得坯料于1200°C加熱后，在奧氏體再結晶溫度范圍內(nèi)經(jīng)多道次軋制，軋制成厚度為6mm 的鋼板，總壓下率94%，終軋溫度為880°C，然后以50°C /s水冷至220°C再在線快速加熱至 480°C回火，然后空冷至室溫；
本實施例的部分鋼板金相組織如圖1所示。
實施例2-5的詳細成分見表I和工藝過程與實施例1相同，工藝參數(shù)見表2。
權利要求
1.一種高強度鋼板，其化學成分的重量百分比為:C :0.07-0. 11%, Si 0. 10-0. 35%,Mn 1. 0-1. 4 %, P ^ O. 015 %, S ^ O. 010 %, Al 0. 02-0. 04 %, Ti 0. 01-0. 03 %,N 彡 O. 006%,Ca ( O. 005%，以及 Cr ( O. 70%,Ni ( O. 30%,Mo ( O. 30%中的 I 種以上，余量為鐵和不可避免雜質。
2.如權利要求1所述的高強度鋼板，其特征在于，C:0. 071-0. 0109%。
3.如權利要求1或2所述的高強度鋼板，其特征在于，S1:0. 15-0. 34%。
4.如權利要求1-3任一所述的高強度鋼板，其特征在于，Mn:1. 1-1. 4%。
5.如權利要求1-4任一所述的高強度鋼板，其特征在于，P^O.010%。
6.如權利要求1-5任一所述的高強度鋼板，其特征在于，S( O. 005%。
7.如權利要求1-6任一所述的高強度鋼板，其特征在于，Al:0. 021-0. 039%。
8.如權利要求1-7任一所述的高強度鋼板，其特征在于，N1:0. 10-0. 25%。
9.如權利要求1-8任一所述的高強度鋼板，其特征在于，Cr:0. 40-0. 66%。
10.如權利要求1-9任一所述的高強度鋼板，其特征在于，Mo:0. 10-0. 30%，更優(yōu)選O.12-0. 25%。
11.如權利要求1-10任一所述的高強度鋼板，其特征在于，T1:0. 010-0. 020%。
12.如權利要求1-11任一所述的高強度鋼板，其特征在于，Ca< 0.004%，更優(yōu)選為(O. 003%。
13.如權利要求1-12任一所述的高強度鋼板，其特征在于，N^O.005 %，更優(yōu)選為(O. 004%。
14.如權利要求1-13任一所述的高強度鋼板，其組織為回火馬氏體和碳化物。
15.如權利要求1-14任一所述的高強度鋼板，其6-25mm厚鋼板的屈服強度>900MPa，延伸率A5tl ^ 18%, -60。。的Akv彡150J，按照GB/T232-2010測定的冷彎性能優(yōu)良。
16.如權利要求1-15任一所述的高強度鋼板的制造方法，包括連鑄坯或鋼坯于1100-1250°C加熱后進行一道次或多道次軋制，總壓下率不低于70%;終軋溫度不低于860°C ；軋后鋼板以Vmin至50°C /s的冷卻速度快速水冷至220_260°C溫度，再空冷5_60s ;其中Vmin是獲得馬氏體的臨界冷速,按照LogVmin = 2. 94-0. 75P計算,P是硬化指數(shù),按照P=2. 7C+0. 4Si+Mn+0. 45Ν +0. 8Cr+0. 45Cu+2Mo 計算；鋼板進入在線感應加熱爐以1-10°C/s的速度快速加熱至480-520°C回火15-25s，然后出爐空冷。
17.如權利要求15或16所述的方法，其特征在于，鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進行連鑄成連鑄坯，或模鑄并初軋成鋼坯。
18.如權利要求15-17任一所述的方法，其特征在于，終軋溫度為860-900°C。
19.如權利要求15-18任一所述的方法，其特征在于，軋后鋼板以15-50°C/s的冷卻速度快速水冷至220-260°C溫度，再空冷5-60s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強度鋼板，其化學成分的重量百分比為C0.07-0.11％，Si0.10-0.35％，Mn1.0-1.4％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al0.02-0.04％，Ti0.01-0.03％，N≤0.006％，Ca≤0.005％，以及Cr≤0.70％，Ni≤0.30％，Mo≤0.30％中的1種以上，余量為鐵和不可避免雜質。其制造方法包括連鑄坯或鋼坯于1100-1250℃加熱后進行一道次或多道次軋制，總壓下率不低于70％；終軋溫度不低于860℃；軋后鋼板以馬氏體的臨界冷速Vmin至50℃/s的冷卻速度快速水冷至220-260℃溫度區(qū)間，再空冷5-60s；鋼板進入在線感應加熱爐以1-10℃/s的速度快速加熱至480-520℃回火15-25s，然后出爐空冷。得到的6-25mm厚鋼板的屈服強度≥900MPa，延伸率A50≥18％，-60℃的Akv≥150J，冷彎性能優(yōu)良。
文檔編號C22C38/50GK103014545SQ20111028896
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權日2011年9月26日
發(fā)明者張愛文, 焦四海, 袁向前 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司