690MPa级低成本高强韧贝氏体钢板及其生产工艺的制作方法

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板及其生产工艺。

背景技术

低碳贝氏体钢是国际上近年来发展起来的高强度、高韧性、焊接性能优良的新钢种，被誉为21世纪的钢铁材料，是现代冶金技术发展的最新产物。早在20世纪60年代，irwin和pickering发现当钢中碳的质量分数接近零时，钢的连续冷却转变曲线中的贝氏体鼻子就会左移，以至于在很宽范围的冷却速率下形成贝氏体组织，而且在该条件下马氏体和贝氏体组织两者之间的强度差异达到可以忽略的程度。coldren等人给出贝氏体开始转变温度与强度的线性关系，由于缺少碳的强化作用，可以通过固溶强化获得超过690mpa的高屈服强度。另外，mcevily等人于1967年发表了有关贝氏体钢的一份研究报告，研制出成份为0.03%c、0.7%mn、3%mo、3%ni、0.05%nb的超低碳贝氏体钢，经热机械控制工艺（tmcp）处理后，该钢的屈服强度达到了770mpa，并具有良好的低温韧性，而且该钢种焊接性能优良，同时也强调钢的洁净度同超低碳一样能改善轧制钢板的韧性，但缺点是钢中加入了大量的贵重合金元素，价格昂贵，没有得到广泛应用。美国bcthlchcmsteel发表的关于低碳贝氏体钢的文献中，低碳贝氏体钢的化学成分设计存在同样的问题，其cr、mo的含量分别达到了2.23%和2.35%，不但成本较高，而且cr、mo含量的过度增加显著降低了钢的韧性，同样没有得到广泛应用。

日本nippon钢铁公司于20世纪80年代成功开发了寒冷地带使用的大直径高压管线ulcb钢，这种钢的成份（质量分数）：0.02%c、2.0%mn、0.4%ni、0.3%mo、0.04%nb、0.02%ti、0.001%b，利用nb-b，ti-b或mo-nb-b抑制多边铁素体形核，促进相变强化的有力作用，经控制轧制得到厚20mm的板材可以获得550mpa级的屈服强度，并具有优异的低温韧性，而且大幅降低了钢中的合金含量，标志着低碳贝氏体钢进入新的发展阶段。

进入21世纪，日本和美国对ulcb钢的研究异常活跃，日本川崎制铁公司在2003年采用轧后直接淬火并回火工艺生产了ht780ulcb，其成分为0.02%c、0.23%si、2.00%mn、0.035%al、0.013%ti，另有一定量的cu、ni、cr、mo，冷裂纹敏感性指数pcm=0.21%，50mm厚度钢板的屈服强度为713mpa，抗拉强度为830mpa，延伸率为21%，akv-40℃为179j；据最新报道，日本最近开发出了抗拉强度590mpa的桥梁和建筑用75mm特厚超低碳贝氏体钢。

与国外相比，我国对低碳贝氏体钢的研究开展较晚，经过近十几年的发展，尤其是973及863项目约8年的基础理论及应用研究，已提出了一系列中温转变组织超细化的新原理，发展出适合大生产的一套专利工艺技术。

上世纪末，武汉钢铁集团公司申请了公开号为cn1218115a的一种“铜硼系低碳及超低碳贝氏体高强度钢”的专利，认为将钢中的碳含量降至0.02～0.05%之间比较困难，因此最终将碳含量控制在0.08%，但没有形成系列产品。

进入21世纪以来，随着我国经济的持续快速发展，各工业领域对厚规格高强韧钢板的需求进一步扩大，由于低碳贝氏体钢具有优良的强韧性匹配、生产工艺流程短、成本相对较低等优点，因此国内各主要钢铁企业都相继开展了厚规格低碳贝氏体钢的研制工作，并形成了一定的生产规模，积累了较丰富的经验。

舞阳钢铁公司采用电炉及炉外精炼、4200mm轧机控制轧制、轧后控冷等工艺，经过多次合金设计，通过严格控制加热、轧制及冷却参数，并对钢板进行适当的时效处理，开发出了强韧性匹配良好的低碳贝氏体钢，钢板的最大厚度达到50mm。力学性能达到下列要求：＞590mpa、＞685、＞19%、-20℃的akv≥47j。

济南钢铁公司于近年进行了低碳贝氏体钢jg700的试制工作，主要使用270mm的厚板坯在双机架中厚板轧机上进行轧制，采用tmcp+轧后热处理的工艺，其产品的屈服强度达到550～640mpa，抗拉强度达到720～770mpa，0℃冲击功超过100j，延伸率相对较低，为16～18%。

安阳钢铁公司于2007年成功开发了700mpa的d级低碳贝氏体钢ah70db，采用tmcp工艺，轧后不经热处理，其产品具有良好的综合性能及可焊性，屈服强度550～620mpa，抗拉强度670～710mpa，延伸率平均为19%，并在-20℃具有良好的冲击韧性，其产品己形成批量规模，成功应用于煤机行业，取得了良好的经济效益。

可见，目前国内大部分的高强钢的生产多采用中厚板轧机进行，同时为了保证足够的压下率，一般使用厚板坯（＞200mm），采用tmcp工艺进行轧制，但即使经过轧后的热处理，其强度最高也只达到略高于600mpa的水平，且低温韧性较低，只规定了-20℃的冲击功。从目前的发展来看，对强度更高、低温韧性更优良的厚规格钢板的需求将越来越大，但对于屈服强度达到700mpa且低温韧性更高的e级钢板的生产尚无相关的报道。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板；本发明还提供了一种690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的生产工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为c：0.03～0.09%、si：0.10～0.30%、mn：1.50～1.80%、nb：0.030～0.070%、ti≤0.02%、mo：0.10～0.40%、ni：0.20～0.30%、alt≤0.045%、bt≤0.002%，余量为fe和不可避免的杂质。

本发明所述钢板组织为回火贝氏体，钢板厚度为5～40mm，碳当量ceq≤0.45%，焊接裂纹敏感系数pcm≤0.22%。

计算公式如下：ceq＝c+mn/6+cr/5+mo/4+v/14+ni/40+si/24；pcm＝c+si/30+mn/20+cu/20+ni/60+cr/20+mo/15+v/10+5b。

本发明所述钢板屈服强度≥700mpa，抗拉强度770～900mpa，屈强比≤0.92，延伸率a50≥16%，-40℃纵向冲击功≥120j。

本发明还提供了一种690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的生产工艺，所述生产工艺包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序；所述轧制工序，采用两阶段控制轧制工艺，精轧阶段开轧温度为860～920℃，终轧温度为770～820℃；所述热处理工序，采用回火工艺，回火温度为560～620℃。

本发明所述轧制工序，采用再结晶和未再结晶两阶段控轧，粗轧阶段温度为1000～1120℃，晾钢厚度≥2.5h，所述h为成品钢板的厚度。

本发明所述轧制工序，轧后水冷，冷却速度控制在15～20℃/s，终冷温度控制在470～520℃。

本发明所述热处理工序，回火保温时间3.5～5.0min/mm，出炉空冷至室温。

本发明所述冶炼工序，钢水经电炉冶炼，进入lf炉精炼，深度脱氧、脱硫，按目标要求调整钢水成分，钢水温度达1540～1590℃时进行真空脱气处理。

本发明所述连铸工序，连铸得到厚度200～350mm的钢坯，铸坯化学成分组成及其质量百分含量为c：0.03～0.09%、si：0.10～0.30%、mn：1.50～1.80%、nb：0.030～0.070%、ti≤0.02%、mo：0.10～0.40%、ni：0.20～0.30%、alt≤0.045%、bt≤0.002%，余量为fe和不可避免的杂质。

本发明所述加热工序，加热温度为1180～1270℃。

本发明690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板产品标准参考gb/t1591-2008；产品性能检测方法标准参考gb/t288.1-2010、gb/t229-2007。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明钢板的化学成分设计贵金属含量低，显著降低了生产成本。2、本发明采用tmcp+回火工艺，生产出屈服强度达690mpa的高强度e级厚度5～40mm钢板。3、本发明采取在线控轧控冷生产工艺，轧后进行回火，与现有调质处理钢相比，可免除加热淬火工序，缩短了工艺流程，降低了成本。4、本发明生产的690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板屈服强度≥700mpa，抗拉强度770～900mpa，屈强比≤0.92，延伸率a50≥16%，-40℃的冲击功≥120j，且具有低焊接裂纹敏感性系数、低碳含量、低成本及生产工艺简单等特点，解决了调质钢种的碳含量和碳当量高及焊接性能差等问题。5、本发明能够满足我国工程机械、重载桥梁、节能车辆、管线、船舶、海洋平台、等领域对高强度、高韧性、易焊接、长寿命、低成本钢的要求，填补了我国在该领域的空白，具有很强的适应性和推广价值，同时具有较高的性价比和良好的市场前景。

附图说明

图1为实施例1690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的显微组织图；

图2为实施例2690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的显微组织图；

图3为实施例3690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的显微组织图；

图4为实施例4690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的显微组织图；

图5为实施例5690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的显微组织图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的厚度为40mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.07%，si：0.20%，mn：1.61%，nb：0.050%、ti：0.01%、mo：0.30%、ni：0.22%、alt：0.040%、bt：0.0015%，余量为fe和不可避免的杂质；碳当量ceq=0.43%，焊接裂纹敏感系数pcm=0.19%。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的生产工艺包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：钢水经电炉冶炼，进入lf炉精炼，深度脱氧、脱硫，按目标要求调整钢水成分，钢水温度达1560℃时进行真空脱气处理；

（2）连铸工序：连铸得到厚度350mm的钢坯，铸坯化学成分组成及质量百分含量为：c：0.07%，si：0.20%，mn：1.61%，nb：0.050%、ti：0.01%、mo：0.30%、ni：0.22%、alt：0.040%、bt：0.0015%，余量为fe和不可避免的杂质；

（3）加热工序：钢坯加热温度为1240℃；

（4）轧制工序：采用两阶段控制轧制工艺；粗轧阶段的开轧温度1110℃，终轧温度1020℃，晾钢厚度100mm；精轧阶段的开轧温度900℃，终轧温度810℃；轧后水冷，冷却速度为15℃/s，终冷温度470℃；

（5）热处理工序：采用回火工艺，回火温度560℃，回火保温时间5.0min/mm，钢板出炉后空冷至室温。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的力学性能：屈服强度713mpa，抗拉强度789mpa，屈强比0.90，延伸率a50：16.3%，-40℃纵向冲击功123j。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的显微组织见图1，由图1可见组织为回火贝氏体。

实施例2

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的厚度为20mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.03%，si：0.30%，mn：1.80%，nb：0.070%、ti：0.019%、mo：0.10%、ni：0.30%、alt：0.030%、bt：0.0010%，余量为fe和不可避免的杂质；碳当量ceq=0.38%，焊接裂纹敏感系数pcm=0.14%。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的生产工艺包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：钢水经电炉冶炼，进入lf炉精炼，深度脱氧、脱硫，按目标要求调整钢水成分，钢水温度达1540℃时进行真空脱气处理；

（2）连铸工序：连铸得到厚度260mm的钢坯，铸坯化学成分组成及质量百分含量为：c：0.03%，si：0.30%，mn：1.80%，nb：0.070%、ti：0.019%、mo：0.10%、ni：0.30%、alt：0.030%、bt：0.0010%，余量为fe和不可避免的杂质；

（3）加热工序：钢坯加热温度为1220℃；

（4）轧制工序：采用两阶段控制轧制工艺；粗轧阶段的开轧温度1099℃，终轧温度1027℃，晾钢厚度50mm；精轧阶段的开轧温度878℃，终轧温度783℃；轧后水冷，冷却速度为18℃/s，终冷温度500℃；

（5）热处理工序：采用回火工艺，回火温度600℃，回火保温时间3.5min/mm，钢板出炉后空冷至室温。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的力学性能：屈服强度711mpa，抗拉强度793mpa，屈强比0.90，延伸率a50：16.8%，-40℃纵向冲击功132j。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的显微组织见图2，由图2可见组织为回火贝氏体。

实施例3

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的厚度为5mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.09%，si：0.10%，mn：1.50%，nb：0.030%、ti：0.015%、mo：0.40%、ni：0.25%、alt：0.035%、bt：0.0019%，余量为fe和不可避免的杂质；碳当量ceq=0.45%，焊接裂纹敏感系数pcm=0.21%。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的生产工艺包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：钢水经电炉冶炼，进入lf炉精炼，深度脱氧、脱硫，按目标要求调整钢水成分，钢水温度达1570℃时进行真空脱气处理；

（2）连铸工序：连铸得到厚度200mm的钢坯，铸坯化学成分组成及质量百分含量为：c：0.09%，si：0.10%，mn：1.50%，nb：0.030%、ti：0.015%、mo：0.40%、ni：0.25%、alt：0.035%、bt：0.0019%，余量为fe和不可避免的杂质；

（3）加热工序：钢坯加热温度为1200℃；

（4）轧制工序：采用两阶段控制轧制工艺；粗轧阶段的开轧温度1070℃，终轧温度1007℃，晾钢厚度30mm；精轧阶段的开轧温度920℃，终轧温度819℃；轧后水冷，冷却速度为20℃/s，终冷温度520℃；

（5）热处理工序：采用回火工艺，回火温度610℃，回火保温时间4.0min/mm，钢板出炉后空冷至室温。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的力学性能：屈服强度715mpa，抗拉强度779mpa，屈强比0.92，延伸率a50：16.1%，-40℃纵向冲击功121j。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的显微组织见图3，由图3可见组织为回火贝氏体。

实施例4

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的厚度为10mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.03%，si：0.10%，mn：1.50%，nb：0.030%、ti：0.020%、mo：0.10%、ni：0.20%、alt：0.045%、bt：0.0020%，余量为fe和不可避免的杂质；碳当量ceq=0.31%，焊接裂纹敏感系数pcm=0.13%。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的生产工艺包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：钢水经电炉冶炼，进入lf炉精炼，深度脱氧、脱硫，按目标要求调整钢水成分，钢水温度达1590℃时进行真空脱气处理；

（2）连铸工序：连铸得到厚度230mm的钢坯，铸坯化学成分组成及质量百分含量为：c：0.03%，si：0.10%，mn：1.50%，nb：0.030%、ti：0.020%、mo：0.10%、ni：0.20%、alt：0.045%、bt：0.0020%，余量为fe和不可避免的杂质；

（3）加热工序：钢坯加热温度为1180℃；

（4）轧制工序：采用两阶段控制轧制工艺；粗轧阶段的开轧温度1100℃，终轧温度1050℃，晾钢厚度40mm；精轧阶段的开轧温度860℃，终轧温度770℃；轧后水冷，冷却速度为17℃/s，终冷温度500℃；

（5）热处理工序：采用回火工艺，回火温度600℃，回火保温时间4.5min/mm，钢板出炉后空冷至室温。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的力学性能：屈服强度700mpa，抗拉强度785mpa，屈强比0.89，延伸率a50：17.2%，-40℃纵向冲击功141j。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的显微组织见图4，由图4可见组织为回火贝氏体。

实施例5

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的厚度为30mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.05%，si：0.30%，mn：1.60%，nb：0.070%、ti：0.010%、mo：0.40%、ni：0.30%、alt：0.014%、bt：0.0010%，余量为fe和不可避免的杂质；碳当量ceq=0.44%，焊接裂纹敏感系数pcm=0.18%。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的生产工艺包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：钢水经电炉冶炼，进入lf炉精炼，深度脱氧、脱硫，按目标要求调整钢水成分，钢水温度达1555℃时进行真空脱气处理；

（2）连铸工序：连铸得到厚度300mm的钢坯，铸坯化学成分组成及质量百分含量为：c：0.05%，si：0.30%，mn：1.60%，nb：0.070%、ti：0.010%、mo：0.40%、ni：0.30%、alt：0.014%、bt：0.0010%，余量为fe和不可避免的杂质；

（3）加热工序：钢坯加热温度为1270℃；

（4）轧制工序：采用两阶段控制轧制工艺；粗轧阶段的开轧温度1120℃，终轧温度1000℃，晾钢厚度75mm；精轧阶段的开轧温度900℃，终轧温度820℃；轧后水冷，冷却速度为18℃/s，终冷温度490℃；

（5）热处理工序：采用回火工艺，回火温度620℃，回火保温时间3.5min/mm，钢板出炉后空冷至室温。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的力学性能：屈服强度720mpa，抗拉强度783mpa，屈强比0.92，延伸率a50：16.5%，-40℃纵向冲击功135j。

本实施例690mpa级低成本高强韧贝氏体钢板的显微组织见图5，由图5可见组织为回火贝氏体。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。