一种785MPa级易焊接稀土钢及其制备方法与流程

本发明涉及合金钢，尤其涉及一种785mpa级易焊接稀土钢及其制备方法。

背景技术：

1、随着船舶及海洋工程和能源石化行业的发展，在制造复杂结构和大型部件的需求驱动下，对钢铁材料综合性能要求越来越高，要求钢材的具有高强度与高韧性相匹配，且由于工程建造的高效化和低成本化的要求，需要钢材具有良好的焊接性，稀土元素的添加使得钢铁材料在保证强度和韧性的前提下，降低了钢铁材料的碳含量及碳当量，从而改善了高强钢的焊接性。目前屈服强度785mpa级的高强钢使用传统的cr、mo、v微合金化的强化手段，提高强度的同时，也提高了钢材的碳当量，增加了焊接难度。

2、综上所述，目前在这一强度级别的钢铁材料中，难以同时满足强度、韧性及良好的焊接性能。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种785mpa级易焊接稀土钢及其制备方法，用以解决现有技术中该强度级别钢材强度和韧性不匹配、焊接性能差等问题中的至少一个。

2、本发明提供了一种785mpa级易焊接稀土钢，所述易焊接稀土钢各组分按质量百分比计为：c：0.03～0.06、si：0.20～0.40、mn:0.08～1.20、p≤0.005、s≤0.005、0＜als≤0.03、ni：2.50～4.00、cr：0.5～1.0、mo：0.5～0.8、cu：1.00～1.70、nb：0.025～0.041、ti:0.01～0.03、n：0.0025～0.0060，ce：0.003～0.007，其余为fe及不可避免的杂质元素。

3、进一步的，c、ti、nb、n的含量满足关系式：12[c]≤6[ti]+40[nb]+16[n]，其中[x]为对应元素x的质量百分比含量。

4、进一步的，ce、mn、s的含量满足关系式：14[ce]≥[mn]/60+[s]/3，其中[x]为对应元素x的质量百分比含量。

5、具体的，所述易焊接稀土钢的组织特征为回火板条马氏体、贝氏体和第二相的混合组织组成，所述第二相由c、n、nb、ti组成。

6、具体的，所述第二相尺寸为5～20nm，主要分布在板条马氏体基体上；所述易焊接稀土钢的有效晶粒尺寸为2～3μm。

7、具体的，所述易焊接稀土钢制成的钢板抗拉伸强度rm≥898mpa，屈服强度rp0.2≥800mpa，断后伸长率≥21％，断面收缩率≥70％，-84℃夏比冲击v型开口冲击功≥189j，室温斜y型抗裂型试验试样表面、截面、根部裂纹率为0％。

8、本发明还公开了一种所述易焊接稀土钢的制备方法，所述制备方法的工艺环节依次为：铁水预处理、转炉冶炼、精炼、真空脱气、连铸、精整、加热、轧制和热处理。

9、值得说明的是，所述轧制环节包括粗轧段和精轧段；

10、所述粗轧段开始温度为1100～1180℃，粗轧阶段至少2道次低速大变形轧制：单道次变形量为20～25％，轧制速度≤1.5m/s，粗轧的结束温度≥950℃；

11、所述精轧段开始温度为800～950℃，精轧段的积累变形量≥35％；精轧终轧后加速冷却，冷却速度10～20℃/s，终冷温度≤600℃。

12、具体的，所述连铸环节过热度≤15℃且采用电磁搅拌和/或轻压工艺控制连铸坯的中心偏析。

13、具体的，所述加热环节的加热温度为1120～1180℃；所述热处理环节的具体过程为，钢板经850～900℃保温，保温时间为0.5～2h，水冷至室温，回火温度500～650℃。

14、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

15、1、本发明所提供的易焊接稀土钢/钢板强度高，韧性好，强度和韧性匹配度高。本发明通过成分设计和配方优化，充分发挥各组分的作用并通过合理的设计规避其缺陷，获得了强度高，韧性好的易焊接稀土钢。

16、尤其值得强调的是，c、n、ti、nb能够产生协同作用并形成细小的第二相，所述第二相以弥散的形式分布在回火板条状马氏体基体上，可以起到细化晶粒和强化的作用，能够有效弥补合金钢中由于c含量降低所带来的强度损失。尤其是当满足12[c]≤(6[ti]+40[nb]+16[n])时，协同效果发挥最为充分。

17、其他元素除各自本身固有的作用外也在整个合金体系中发挥了协同作用，其中协同作用比较突出的有：

18、mn：锰是保证钢强度和韧塑性的必要元素，一定含量的mn可以起到细化铁素体晶粒的作用，增加奥氏体稳定性，扩大控轧控冷的工艺窗口，还以产生mns减少钢中s的有害作用；ni：镍是保证钢板强度和韧性的必要元素，提高钢的淬透性和回火稳定性，且可以保证钢的耐蚀性能，能够增加析出相的热稳定性；mo：钼是保证钢的强度元素，同时提高碳化物的稳定性，可以细化晶粒，当钼与铬、锰等元素并存时，它能够降低或抑制因其他元素所导致的回火脆性，从而提高钢材的韧性和塑性；ti：钛为钢中控制第二相析出的强化元素，钛与碳形成细小的析出物可以钉扎在晶界处，起到细化晶粒的作用，也可以固溶到铁的固溶体中起到一定的强化作用；ce：铈元素在所述易焊接稀土钢中可以调控碳的扩散过程，明显的细化碳氮化物，抑制原始奥氏体晶粒的长大，从而细化晶粒，提高强度。

19、所述易焊接稀土钢制成的钢板抗拉伸强度rm≥898mpa，屈服强度rp0.2≥800mpa，断后伸长率≥21％，断面收缩率≥70％，-84℃夏比冲击v型开口冲击功≥189j。

20、2、本发明所提供的易焊接稀土钢焊接性能好，室温斜y型抗裂型试验试样表面、截面、根部裂纹率为0％。

21、本发明所提供的易焊接稀土钢以低c含量为设计基础，同时在满足强韧性的基础上，对影响碳当量的合金元素进行了控制，使得ceq≤0.8，使得合金处于易焊接区，相较于现有钢种明显下降；同时通过轧制、冷却和热处理工艺的控制，在c、n、nb、ti第二相析出时进行有效的控制，通过第二相的沉淀强化和控制晶粒细化，显著提高钢的强度，使得所述易焊接稀土钢在保持强度的前提下可焊接性能显著提高；同时添加稀土元素铈元素，其对提高钢的焊接性有着优良的作用，通过增加大角度晶界的比例从而抑制焊接过程中开裂倾向，从而改善钢的焊接性能；此外，所述易焊接稀土钢中si、p、al、ni、cr、cu等对于焊接性能有害的元素含量都控制在较低水平，尽可能避免了其对焊接性能的不利影响。

22、3、本发明所采用的制备方法，通过合理的工艺设计和参数优化，无需采用特制设备，采用现有常见冶炼加工设备即可实施，通过较低的过热度≤15℃，采用电磁搅拌和/或轻压工艺的办法控制合金的成分偏析，使得连铸钢坯成分更加均匀；通过温度的控制和粗轧、精轧相结合的方式，控制热轧态的晶粒大小，为热处理提供细小的晶粒组织，通过热处理的方法控制具有强化作用的第二相析出，有助于形成最终的合金组织结构，从而有利于进一步提高所述易焊接稀土钢的强度和韧性。

23、4、本发明所提供的易焊接稀土钢综合性能优异，均匀性好，可焊接性能突出，制备工艺相对简单，适于规模化生产和广泛推广。

24、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。