屈服强度460MPa级的高韧性钢板及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种屈服强度460MPa级的高韧性钢板，其材料的化学成分的质量百分含量包括：C0.05～0.08%、Si0.2～0.4%、Mn1.2～1.6%、P≤0.02%、S≤0.01%、Nb0.04～0.06%、V0.04～0.07%、Ti0.006～0.012%、Ca0.0015～0.003%、Als0.017～0.027%，其余为铁和杂质。本发明还公开了一种屈服强度460MPa级的高韧性钢板的生产方法。本发明采用低碳设计，采用合适的控轧和控冷工艺，使钢板的铁素体晶粒细小，韧性和焊接性能良好；工艺路线简单、生产周期短、制造成本低，工艺制度比较宽松，可在宽厚板线上稳定生产。
【专利说明】屈服强度460MPa级的高韧性钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及中厚板制造【技术领域】，具体地说，涉及一种屈服强度460MPa级的高韧性钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002]屈服强度为460MPa级的钢板被大量用在煤炭机械、起重吊车等工程机械和载重汽车上。由于工程机械和载重汽车常常要承受较大冲击载荷，并且经常还要在寒冷的环境下使用，因此要求钢板具有良好的韧性，尤其是低温韧性。钢板被使用时常常根据设计需要剪裁成各种形状，制造设备时再根据需要焊接起来，因此钢板的焊接性能非常重要，焊接性能决定了钢板焊件质量和焊接速度，焊接速度直接影响产品的生产周期，焊接质量直接影响最终产品的安全质量。随着工程机械和载重汽车等领域的迅速发展，市场迫切需要大量韧性和焊接性能良好的屈服强度为460MPa级钢板。
[0003]目前国内已有多家钢厂生产屈服强度为460MPa级的钢板。现有技术的这些钢板碳含量为0.07~0.1%,含碳量较高,属于包晶钢。板还在连铸时，由于钢水凝固时发生包晶反应，容易在板坯表面产生裂纹，并导致最终钢板出现裂纹，影响钢板表面质量；同时钢板终轧温度要求较低，轧制时轧机的负荷大，容易出设备安全事故。此外，现有的这些钢板的韧性差，_40°C的冲击功只有50J左右。再者，现有的制造工艺复杂，在控轧+控冷工艺基础上增加了正火的热处理工艺，导致制造成本上升、生产周期较长；添加0.15%~0.40%的昂贵金属Ni，使得合金含量较高，钢板的合金成本高。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种屈服强度460MPa级的高韧性钢板，具有良好韧性和焊接性能。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]一种屈服强度460MPa级的高韧性钢板，其材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.05 ~0.08%、Si0.2 ~0.4%、Mnl.2 ~1.6%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.01%、Nb0.04 ~0.06%、V0.04 ~0.07%, Ti0.006 ~0.012%, Ca0.0015 ~0.003%、酸溶铝 Als0.017 ~0.027%，其余为铁和杂质。
[0007]进一步，所述屈服强度460MPa级的高韧性钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.074%、Si0.24%、Mnl.5%、P0.007%、S0.005%、Nb0.052%、V0.058%%、Ti0.012%、Ca0.0027%、Als0.023% ;或者，C0.074%、Si0.24%、Mnl.5%、P0.007%、S0.005%、Nb0.052%、V0.058%、Ti0.012%、Ca0.0027%、Als0.024% ；或者，C0.05%、Si0.25%、Mnl.6%、P0.011%、S0.01%、Nb0.06%、V0.04%, Ti0.01%、Ca0.0018%, Als0.017% ;或者，C0.08%, Si0.2%,Mnl.5%、P0.02%,S0.004%,Nb0.04%,V0.06%,Ti0.008%,Ca0.003%,Als0.025% ;或者，C0.07%,Si0.4%、Mnl.2%、P0.009%、S0.005%、Nb0.045%、V0.07%、Ti0.006%、Ca0.0015%、Als0.027%。
[0008]本发明所要解决的另一技术问题是提供一种屈服强度460MPa级的高韧性钢板的生产方法，工艺路线简单，生产周期短，制造成本低。
[0009]本发明的另一技术方案如下:
[0010]一种屈服强度460MPa级的高韧性钢板的生产方法，包括:连铸坯加热、轧制和冷却，生产得到的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的材料的质量百分含量包括:C0.05~0.08%、Si0.2 ~0.4%、Mnl.2 ~1.6%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.01%、Nb0.04 ~0.06%、V0.04 ~0.07%、Ti0.006 ~0.012%、Ca0.0015 ~0.003%、Als0.017 ~0.027%，其余为铁和杂质。
[0011]进一步:所述连铸坯加热的出炉温度为1180-1230°C，加热时间为250~440分钟。
[0012]进一步:所述轧制包括第一阶段轧制和第二阶段轧制。
[0013]进一步:所述第一阶段轧制开轧时板坯的厚度为所述连铸坯的厚度，所述第一阶段轧制的开轧温度为1175~1225°C，所述第一阶段轧制的终轧温度> 980°C，所述第一阶段轧制的轧制道次数为5~10。
[0014]进一步:所述第二阶段轧制开轧时板坯的厚度为2-3.5倍所述生产得到的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的厚度，所述第二阶段轧制的开轧温度为890~960°C，所述第二阶段轧制的终轧温度为840~890°C，所述第二阶段轧制的轧制道次数为5~7。
[0015]进一步:所述冷却为层流冷却，冷却速度为8~25°C/s，终冷温度为590~630°C。
[0016]进一步，生产得到的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的材料的质量百分含量包括:C0.074%、Si0.24%、Mnl.5%、P0.007%、S0.005%、Nb0.052%、V0.058%%、Ti0.012%、Ca0.0027%、Als0.023% ;或者，C0.074%、Si0.24%、Mnl.5%、P0.007%、S0.005%、Nb0.052%、V0.058%、Ti0.012%、Ca0.0027%、Als0.024% ；或者，C0.05%、Si0.25%、Mnl.6%、P0.011%、S0.01%、Nb0.06%、V0.04%、Ti0.01%、Ca0.0018%、Als0.017% ;或者，C0.08%、Si0.2%,Mnl.5%、P0.02%,S0.004%,Nb0.04%,V0.06%,Ti0.008%,Ca0.003%,Als0.025% ;或者，C0.07%,Si0.4%、Mnl.2%、P0.009%、S0.005%、Nb0.045%、V0.07%、Ti0.006%、Ca0.0015%、Als0.027%。
[0017]本发明的技术效果如下:
[0018]1、本发明采用低碳设计，通过采用合适的控轧和控冷工艺，使得钢板的铁素体晶粒细小，钢板的韧性和焊接性能良好。
[0019]2、本发明的钢板的材料的低温冲击韧性良好，-400C的冲击功在236J以上。
[0020]3、本发明的钢板的屈服强度在510~525MPa之间，抗拉强度在575~585MPa之间，延伸率≥25%。
[0021]4、本发明的钢板的成分设计合理、工艺路线简单、生产周期短、制造成本低，工艺制度比较宽松，可在宽厚板线上稳定生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的实施例1的钢板的金相组织图；
[0023]图2为本发明的实施例2的钢板的金相组织图；
[0024]图3为本发明的实施例3的钢板的金相组织图；
[0025]图4为本发明的实施例4的钢板的金相组织图；
[0026]图5为本发明的实施例5的钢板的金相组织图。【具体实施方式】
[0027]本发明的屈服强度460MPa级的高韧性钢板在连铸坯的基础上制备。要求所用的连铸坯的化学成分的质量百分含量的如下:C0.05~0.08%、Si0.2~0.4%,Mnl.2~1.6%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.01%、Nb0.04 ~0.06%、V0.04 ~0.07%、Ti0.006 ~0.012%、Ca0.0015 ~0.003%、Als0.017~0.027%，其余为铁和杂质。
[0028]本发明的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的生产方法的流程如下:
[0029]步骤S1:连铸坯加热
[0030]连铸坯加热的出炉温度为1180_1230°C，加热时间为250~440分钟。
[0031]步骤S2:轧制
[0032]轧制包括第一阶段轧制和第二阶段轧制。
[0033]第一阶段轧制开轧时板坯的厚度为连铸坯的厚度。第一阶段轧制的开轧温度为1175~1225°C。第一阶段轧制的终轧温度> 980°C。第一阶段轧制的轧制道次数为5~10。
[0034]第二阶段轧制开轧时板坯的厚度为2-3.5倍生产得到的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的厚度。第二阶段轧制的开轧温度为890~960°C。第二阶段轧制的终轧温度为840~890°C。第二阶段轧制的轧制道次数为5~7。
[0035]本发明是在奥氏体再结晶区、未再结晶区对上述加热好的连铸坯进行控制轧制。上述第一阶段轧制即为奥氏体再结晶区控制轧制。这一阶段采用低速、大压下的轧制策略，要求轧制速度不大于2.0m/s，至少有两道压下率大于15%，通过奥氏体的反复再结晶，充分细化奥氏体晶粒，增加晶界面积，增加奥氏体向铁素体转变的形核位置。同时轧制产生的高温焊合作用很大程度上消除了连铸坯内部的疏松、微裂纹等缺陷，使钢板的致密度提高。奥氏体再结晶控轧结束后，中间坯在辊道上摆动降温，降温方式为自然空冷，降温至第二阶段轧制的开轧温度开始第二阶段轧制。第二阶段轧制属于非再结晶控轧，通过Nb的碳氮化物析出，钉扎位错，晶粒内部在轧制变形下产生应变。通过多道次轧制，晶粒内部积累了大量的形变能和相变形核位置。
[0036]步骤S3:冷却
[0037]冷却采用层流冷却，冷却速度为8~25°C /s，终冷温度为590~630°C。
[0038]本发明通过轧后的快速冷却和较低的终冷温度，得到以细小的铁素体为主，含少量珠光体的高韧性组织。本发明的金相组织以铁素体为主。对于铁素体和珠光体组织来说，铁素体的比例越大、其晶粒越细小，则韧性越好。
[0039]经过上述工艺生产的得到的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的材料的化学成分的质量百分含量为:C0.05 ~0.08%, Si0.2 ~0.4%, Mn 1.2 ~1.6%、P ( 0.02%, S ( 0.01%、Nb0.04 ~0.06%、V0.04 ~0.07%、Ti0.006 ~0.012%、Ca0.0015 ~0.003%、Als0.017 ~
0.027%，其余为铁和杂质。本发明的屈服强度460MPa级高韧性钢板采用低碳成分设计。铁素体比例与碳含量呈反比关系，碳含量越低，则铁素体所占比例越大。本发明所涉及的钢板碳含量较低，且通过采用合适的控轧和控冷工艺，铁素体晶粒细小，所以本发明所涉及钢板具有良好的韧性。钢板的韧性越好，焊接性能越好。因此从成分设计上，保证了钢板的良好韧性和焊接性能。
[0040]实施例1[0041]实施例1选用的连铸坯的厚度为253mm。
[0042]连铸坯加热过程中，连铸坯的出炉温度为1193°C，加热时间为313分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括:C0.074%、Si0.24%、Mnl.5%、P0.007%、S≤0.005%、Nb0.052%、V0.058%、Ti0.012%、Ca0.0027%、Als0.023%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
[0043]然后将加热后的板坯进行第一阶段轧制和第二阶段轧制，两段轧制工序结束后得到厚度为30mm的钢板。再将该钢板进行冷却。
[0044]轧制和冷却工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大，因此，生产的得到的实施例1的钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.074%、Si0.24%、Mnl.5%、P0.007%、S0.005%, Nb0.052%、V0.058%, Ti0.012%, Ca0.0027%, Als0.023%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
[0045]详细的轧制及冷却的工艺参数见表1。生产得到的实施例1的钢板的力学性能见表2。
[0046]如图1所示，为本发明的实施例1的钢板的金相组织图。从图1可以看出，钢板的金相组织主要为铁素体，并有少量珠光体和贝氏体，钢板的晶粒细小且均匀，晶粒的平均尺寸在10 μ m左右，珠光体含量很少，因此钢板的机械性能良好，尤其低温韧性良好。
[0047]实施例2
[0048]实施例2选用的连铸坯的厚度为253mm。
[0049]连铸坯加热过程中，连铸坯的出炉温度为1220°C，加热时间为326分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括:C0.074%、Si0.24%、Mnl.5%、P0.007%、S0.005%、Nb0.052%、V0.058%、Ti0.012%、Ca0.0027%、Als0.024%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
[0050]然后将加热后的板坯进行第一阶段轧制和第二阶段轧制，两段轧制工序结束后得到厚度为30mm的钢板。再将该钢板进行冷却。
[0051]轧制和冷却工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大，因此，生产的得到的实施例2的钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.074%、Si0.24%、Mnl.5%、P0.007%、S0.005%, Nb0.052%、V0.058%, Ti0.012%, Ca0.0027%, Als0.024%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
[0052]详细的轧制及冷却的工艺参数见表1。生产得到的实施例2的钢板的力学性能见表2。
[0053]如图2所示，为本发明的实施例2的钢板的金相组织图。从图2可以看出，钢板的金相组织主要为铁素体，并有少量珠光体和贝氏体，钢板的晶粒细小且均匀，晶粒的平均尺寸在10 μ m左右，珠光体含量很少，因此钢板的机械性能良好，尤其低温韧性良好。
[0054]实施例3
[0055]实施例3选用的连铸坯的厚度为250mm。
[0056]连铸坯加热过程中，连铸坯的出炉温度为1180°C，加热时间为275分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括:C0.05%、Si0.25%、Mnl.6%、P0.011%、S0.01%、Nb0.06%、V0.04%、Ti0.01%、Ca0.0018%、Als0.017%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
[0057]然后将加热后的板坯进行第一阶段轧制和第二阶段轧制，两段轧制工序结束后得到厚度为25mm的钢板。再将该钢板进行冷却。
[0058]轧制和冷却工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大，因此，生产的得到的实施例3的钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.05%、Si0.25%、Mnl.6%、P0.011%、S0.01%,Nb0.06%、V0.04%, Ti0.01%, Ca0.0018%, Als0.017%，余量为 Fe 和不可避免
的杂质。
[0059]详细的轧制及冷却的工艺参数见表1。生产得到的实施例3的钢板的力学性能见表2。
[0060]如图3所示，为本发明的实施例3的钢板的金相组织图。从图3可以看出，钢板的金相组织主要为铁素体，并有少量珠光体和贝氏体，钢板的晶粒细小且均匀，晶粒的平均尺寸在10 μ m左右，珠光体含量很少，因此钢板的机械性能良好，尤其低温韧性良好。
[0061]实施例4 [0062]实施例4选用的连铸坯的厚度为250mm。
[0063]连铸坯加热过程中，连铸坯的出炉温度为1218°C，加热时间为250分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括:C0.08%、Si0.2%、Mnl.5%、P0.02%、S0.004%、Nb0.04%、V0.06%、Ti0.008%、Ca0.003%、Als0.025%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
[0064]然后将加热后的板坯进行第一阶段轧制和第二阶段轧制，两段轧制工序结束后得到厚度为20mm的钢板。再将该钢板进行冷却。
[0065]轧制和冷却工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大，因此，生产的得到的实施例4的钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.08%, Si0.2%、Mnl.5%,P0.02%、S0.004%,Nb0.04%,V0.06%,Ti0.008%,Ca0.003%,Als0.025%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
[0066]详细的轧制及冷却的工艺参数见表1。生产得到的实施例4的钢板的力学性能见表2。
[0067]如图4所示，为本发明的实施例4的钢板的金相组织图。从图4可以看出，钢板的金相组织主要为铁素体，并有少量珠光体和贝氏体，钢板的晶粒细小且均匀，晶粒的平均尺寸在10 μ m左右，珠光体含量很少，因此钢板的机械性能良好，尤其低温韧性良好。
[0068]实施例5
[0069]实施例5选用的连铸坯的厚度为250mm。
[0070]连铸坯加热过程中，连铸坯的出炉温度为1230°C，加热时间为440分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括:C0.07%、Si0.4%、Mnl.2%、P0.009%、S0.005%、Nb0.045%、V0.07%、Ti0.006%、Ca0.0015%、Als0.027%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
[0071]然后将加热后的板坯进行第一阶段轧制和第二阶段轧制，两段轧制工序结束后得到厚度为25mm的钢板。再将该钢板进行冷却。
[0072]轧制和冷却工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大，因此，生产的得到的实施例5的钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.07%、Si0.4%、Mnl.2%、P0.009%、S0.005%、Nb0.045%、V0.07%、Ti0.006%、Ca0.0015%、Als0.027%,余量为 Fe 和不可
避免的杂质。
[0073]如图5所示，为本发明的实施例5的钢板的金相组织图。从图5可以看出，钢板的金相组织主要为铁素体，并有少量珠光体和贝氏体，钢板的晶粒细小且均匀，晶粒的平均尺寸在10 μ m左右，珠光体含量很少，因此钢板的机械性能良好，尤其低温韧性良好。
[0074]详细的连铸坯加热、轧制及冷却的工艺参数见表1。生产得到的实施例5的钢板的力学性能见表2。[0075]表1本发明的各实施例的轧制及冷却的工艺参数
【权利要求】
1.一种屈服强度460MPa级的高韧性钢板，其特征在于，其材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.05 ~0.08%,Si0.2 ~0.4%、Μη1.2 ~1.6%、Ρ ( 0.02%,S ( 0.01%,Nb0.04 ~0.06%、V0.04 ~0.07%, Ti0.006 ~0.012%、Ca0.0015 ~0.003%, Als0.017 ~0.027%，其余为铁和杂质。
2.如权利要求1所述的屈服强度460MPa级的高韧性钢板，其特征在于，其材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.074%、Si0.24%、Mnl.5%、P0.007%、S0.005%、Nb0.052%、V0.058%%、Ti0.012%、Ca0.0027%、Als0.023% ;或者，C0.074%、Si0.24%、Mnl.5%、P0.007%、S0.005%、Nb0.052%、V0.058%、Ti0.012%、Ca0.0027%、Als0.024% ;或者，C0.05%、Si0.25%、Mnl.6%,P0.011%,S0.01%,Nb0.06%,V0.04%,Ti0.01%,Ca0.0018%、Als0.017% ;或者，C0.08%、Si0.2%、Mnl.5%、P0.02%、S0.004%、Nb0.04%、V0.06%、Ti0.008%、Ca0.003%、Als0.025% ;或者，C0.07%、Si0.4%、Mnl.2%、P0.009%、S0.005%、Nb0.045%、V0.07%、Ti0.006%、Ca0.0015%、Als0.027%。
3.一种屈服强度460MPa级的高韧性钢板的生产方法，其特征在于，包括:连铸坯加热、轧制和冷却，生产得到的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的材料的质量百分含量包括:C0.05 ~0.08%、Si0.2 ~0.4%、Mnl.2 ~1.6%、P ≤ 0.02%、S≤ 0.01%、Nb0.04 ~0.06%、V0.04 ~0.07%、Ti0.006 ~0.012%、Ca0.0015 ~0.003%、Als0.017 ~0.027%，其余为铁和杂质。
4.如权利要求3所述的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的生产方法，其特征在于:所述连铸坯加热的出炉温度为1180-1230°C，加热时间为250~440分钟。
5.如权利要求3所述的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的生产方法，其特征在于:所述轧制包括第一阶段轧制和第二阶段轧制。
6.如权利要求4所述的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的生产方法，其特征在于:所述第一阶段轧制开轧时板坯的厚度为所述连铸坯的厚度，所述第一阶段轧制的开轧温度为1175~1225°C，所述第一阶段轧制的终轧温度> 980°C，所述第一阶段轧制的轧制道次数为5~10。
7.如权利要求4所述的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的生产方法，其特征在于:所述第二阶段轧制开轧时板坯的厚度为2-3.5倍所述生产得到的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的厚度，所述第二阶段轧制的开轧温度为890~960°C，所述第二阶段轧制的终轧温度为840~890°C，所述第二阶段轧制的轧制道次数为5~7。
8.如权利要求3所述的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的生产方法，其特征在于:所述冷却为层流冷却，冷却速度为8~25°C /s，终冷温度为590~630°C。
9.如权利要求3所述的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的生产方法，其特征在于，生产得到的屈服强度460MPa级的高韧性钢板的材料的质量百分含量包括:C0.074%、Si0.24%、Mnl.5%、P0.007%、S0.005%、Nb0.052%、V0.058%%、Ti0.012%、Ca0.0027%、Als0.023% ；或者，C0.074%、Si0.24%、Mnl.5%、P0.007%、S0.005%、Nb0.052%、V0.058%、Ti0.012%、Ca0.0027%、Als0.024% ；或者，C0.05%、Si0.25%、Mnl.6%、P0.011%、S0.01%、Nb0.06%、V0.04%、Ti0.01%、Ca0.0018%、Als0.017% ;或者，C0.08%、Si0.2%,Mnl.5%, P0.02%、S0.004%, Nb0.04%, V0.06%, Ti0.008%, Ca0.003%、Als0.025% ;或者，C0.07%, Si0.4%, Mn1.2%、P0.009%、S0.005%、Nb0.045%、V0.07%、Ti0.006%、Ca0.0015%、Als0.027%。
【文档编号】C21D8/02GK103602891SQ201310499162
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】温利军, 董瑞峰, 王皓, 徐建东, 刘泽田 申请人:内蒙古包钢钢联股份有限公司