專利名稱：低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種可作為建筑結(jié)構(gòu)用鋼的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板及其制備工藝。
背景技術(shù)：
—般而言，在高層建筑中采用高強(qiáng)度鋼可以使材料的斷面減小，鋼材及焊接材料的重量減輕，從而減輕鋼材在施工方面帶來的困難，同時(shí)降低整個鋼結(jié)構(gòu)的重量，減少成本，故而，結(jié)構(gòu)鋼因其特殊的應(yīng)用性，高強(qiáng)度以及優(yōu)良的安全性能已經(jīng)成為了建筑用鋼的一個重大發(fā)展方向。近十年以來，結(jié)構(gòu)鋼已占整個鋼材生產(chǎn)的10 %左右，并且仍以每年6 % 8%的速度遞增。 在嚴(yán)重的負(fù)荷變形下，建筑用鋼塑性變形的一致性是關(guān)鍵，提高鋼材的抗變形能力，即要求其具備較低的屈強(qiáng)比。在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，屈強(qiáng)比越低，材料從開始塑性變形到斷裂所需要的形變能就越大。較低的屈強(qiáng)比可使結(jié)構(gòu)件吸收較多的地震能，從而提高了其抗大變形的能力，有效保證整個建筑的安全性。但屈強(qiáng)比過低，又會造成強(qiáng)度的損失，造成材料的浪費(fèi)。另一方面，單純的提高鋼材的強(qiáng)度，又會使屈強(qiáng)比有升高的趨勢。因此，同時(shí)合理的滿足鋼材的強(qiáng)韌性、塑性配合是提高建筑用鋼過載能力的保證，也將適應(yīng)廣大市場對結(jié)構(gòu)鋼的要求。 日本JFE在世界范圍內(nèi)率先開發(fā)出了高強(qiáng)度，低屈強(qiáng)比，同時(shí)兼?zhèn)淞己庙g性和良好的焊接性能的鋼板。其中，抗拉強(qiáng)度為490 550MPa級鋼(如，鋼材HBL325、 HBL355、HBL385)是通過適宜的TMCP工藝條件，得到軟質(zhì)的鐵素體和硬質(zhì)的珠光體或貝氏體的混合組織，來控制強(qiáng)度和屈強(qiáng)比。另外，JFE生產(chǎn)的HITEN系列鋼板，強(qiáng)度達(dá)到780MPa，厚度從12mm 40mm不等，屈強(qiáng)比小于0. 85。對于此類高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比厚板的生產(chǎn)，JFE主要采用了在線熱處理，即HOP技術(shù)，得到的鋼板組織是貝氏體和島狀馬氏體的混合組織。
北京科技大學(xué)于公開號為CN132390
公開日為2001年11月28日的發(fā)明專利中提出了一種用于高強(qiáng)度低合金鋼生產(chǎn)的弛豫_析出_控制相變技術(shù)，利用該工藝，可獲得超細(xì)復(fù)合組織，能夠獲得高強(qiáng)度、高韌性、屈服強(qiáng)度在800MPa以上級別的低合金鋼，但該種低合金鋼的屈強(qiáng)比特別高(0. 95以上)，因此限制了其在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。
鞍山鋼鐵公司于公開號為CN152128
公開日為2004年8月18日的發(fā)明專利中提出一種超低碳貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法，該種工藝生產(chǎn)的貝氏體鋼的屈服強(qiáng)度在620 690MPa，屈強(qiáng)比在0. 86 0. 89，但該種工藝只能用于生產(chǎn)厚度《10mm的鋼板，且其應(yīng)用還受到了橋梁、建筑等領(lǐng)域的限制。 北京科技大學(xué)于公開號為CN178624
公開日為2006年6月14日的發(fā)明專利中提出一種高強(qiáng)度高韌性低屈強(qiáng)比貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法。該發(fā)明采用的是TMCP+RPC+SQ(控軋空冷+弛豫控制相變+亞溫淬火)的工藝，其可將所生產(chǎn)鋼種的抗拉強(qiáng)度控制在800MPa級以上，屈強(qiáng)比控制在O. 85，但該鋼種需要在兩相區(qū)進(jìn)行亞溫淬火，生產(chǎn)周期較長。
寶鋼公司于公開號為CN1013285
公開日為2008年12月24日的發(fā)明專利中提出一種具有優(yōu)良焊接性的低屈強(qiáng)比HT780鋼板及其制造方法。該發(fā)明采用的DQ+N' +T(直接淬火+兩相區(qū)正火+回火)的工藝，成本較高，且合金元素中B元素的添加，增加了煉鋼 的困難。 武漢鋼鐵公司于公開號為CN1014979
公開日為2009年8月5日的發(fā)明專利中 提出一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比焊接結(jié)構(gòu)鋼及其生產(chǎn)方法。該發(fā)明的焊接結(jié)構(gòu)鋼抗拉強(qiáng)度達(dá)到了 780MPa以上級，且生產(chǎn)工藝趨于簡單可行，但其層流緩冷方式在實(shí)際生產(chǎn)過程中較難控制， 鋼材生產(chǎn)的穩(wěn)定性較差。 綜上所述可知，現(xiàn)有的各種結(jié)構(gòu)鋼及其制備工藝均存在諸多不足。目前，業(yè)界亟待 發(fā)展出一種低成本適合于工業(yè)化穩(wěn)定生產(chǎn)的方法，來滿足大批量生產(chǎn)低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度建筑 結(jié)構(gòu)鋼厚板的需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板及其制備工藝，其通過特殊的合 金成分的設(shè)計(jì)及普通TMCP技術(shù)，控制終軋終冷溫度，實(shí)現(xiàn)降低材料的屈強(qiáng)比，達(dá)到工業(yè)化 生產(chǎn)高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比鋼的目的，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案 —種低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板，其特征在于，該厚板包含的成分及其重量百分比分別 為C 0. 05% 0. 10%、 Si 0. 20% 0. 30%、 Mn 1. 60% 1. 80%、 Nb 0. 05% 0. 07%、 Ni 0. 30 % 0. 40 % 、 Cu 0. 30 % 0. 40 % 、 Cr 0. 15 % 0. 30 % 、 Mo 0. 20 % 0. 40 % 、 Ti《0. 02%、A1《0. 045%以及余量的鐵和雜質(zhì)。 具體而言，該厚板抗拉強(qiáng)度為740 790MPa，屈服強(qiáng)度為520 560MPa，延伸率> 18%，屈強(qiáng)比< 0. 75。 該厚板厚度在16 50mm，主要由鐵素體和貝氏體組織構(gòu)成。
—種如上所述低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的制備工藝，其特征在于該工藝為 首先，制備具有與所述厚板具有相同組分的鑄坯；其后，將鑄坯加熱；而后，采
用兩階段控軋工藝對鑄坯進(jìn)行軋制，其中，開軋溫度1050°C 115(TC，二開軋溫度為 920°C 士2(TC，道次間空冷，終軋溫度為780°C ±30°C ，累積壓下率大于70% ;軋制完成后， 以l(TC /s以上的冷卻速度將軋制形成的鋼板迅速冷卻，制得成品低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板。
進(jìn)一步的講該工藝中，鑄坯在軋前的加熱溫度為1200°C。 該工藝中，軋制形成的鋼板是以10 15tVs的冷卻速度迅速冷至55(TC 士2(TC， 之后空冷。 所述成品低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板厚度在16 50mm，組織為鐵素體和貝氏體，屈強(qiáng)比 低于O. 75。 所述成品低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的屈服強(qiáng)度在520 560MPa，抗拉強(qiáng)度在740 790MPa，屈強(qiáng)比在0. 75以下，延伸率大于18%。 以下對本發(fā)明的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板中所含組分的作用及其用量的選擇具體分 析說明 C :C對材料的強(qiáng)度、低溫韌性、焊接性能都起著重要的作用。碳含量控制的過低 ( 一般低于0. 025% )，則不能夠保證強(qiáng)度，含量過高時(shí)( 一般高于0. 10% )，則焊接性能和 低溫韌性較難控制。本案中，碳含量選擇在0. 05% 0. 10%，能夠保證的鋼中一定的貝氏
4體含量，保證一定的強(qiáng)度、韌性及延展率。 Si :Si可以擴(kuò)大a-Y區(qū)，使得臨界區(qū)處理的溫度加寬。同時(shí)硅是煉鋼脫氧的必要元素，可以增加材料的強(qiáng)度，但損害材料的低溫韌性及焊接性能，因此硅的含量應(yīng)控制在0. 2% 0. 3%的范圍內(nèi)。 Mn :Mn元素是典型的奧氏體穩(wěn)定化元素，能夠提高鋼的淬透性，并起到固溶強(qiáng)化和細(xì)化鐵素體晶粒的作用，在低碳條件下對于提高材料的強(qiáng)度有著顯著的作用，因此當(dāng)生產(chǎn)強(qiáng)度較高的鋼時(shí)，Mn的含量不宜低于1. 5%。且Mn的價(jià)格相對低廉，是相對重要的一種合金元素。但過量的錳不但使得連鑄過程較難控制，而且容易與P、S等元素形成偏析，嚴(yán)重惡化材料的沖擊性能及焊接性能。因此本案中Mn含量定在1. 6% 1. 8%。
Nb :Nb是控軋控冷鋼中的重要元素，Nb的加入能夠阻止奧氏體變形后的再結(jié)晶，提高奧氏體再結(jié)晶溫度。對于雙相鋼而言，Nb可顯著抑制鐵素體轉(zhuǎn)變，隨著冷速的增加，Nb的抑制作用增強(qiáng)，鐵素體晶粒尺寸明顯細(xì)化。 一定量的Nb能與Mo復(fù)合促進(jìn)針狀鐵素體的形成。因此Nb的含量控制在0.05% 0.07%。 Ni :Ni是一種提高鋼板強(qiáng)度和低溫韌性的元素，Ni作為一種奧氏體穩(wěn)定元素，同時(shí)，還可以降低含銅鋼中銅脆現(xiàn)象的產(chǎn)生，對于建筑用鋼，可以提高鋼板的耐大氣腐蝕性。但是，Ni作為一種貴重金屬，其含量范圍應(yīng)控制在0. 30% 0. 40%，有利于達(dá)到最優(yōu)的性價(jià)比。 Cu :Cu也是一種奧氏體穩(wěn)定元素，可以提高鋼板的淬透性和耐大氣腐蝕性。但是過高含量的銅容易使鋼產(chǎn)生銅脆現(xiàn)象，惡化鋼板的表面性能。因此，本案中Cu的含量控制在0. 30% 0. 40%。 Cr :Cr可顯著提高鋼的淬透性，推遲珠光體轉(zhuǎn)變，同時(shí)促進(jìn)了 C向奧氏體擴(kuò)散，并可降低鐵素體的屈服強(qiáng)度，有利于獲得低屈強(qiáng)比的雙相鋼。 Mo :Mo能顯著提高鋼板的抗拉強(qiáng)度，對于在臨界區(qū)加熱時(shí)所形成的奧氏體的淬透性有良好的影響，有助于微細(xì)貝氏體的形成。但含量過高，不僅增加了生產(chǎn)成本，而且降低了材料的焊接性能。因此Mo的添加范圍選擇在0. 2% 0. 4%。 Ti、Al主要作用是固氮和完全脫氧。Ti/N在3 4之間為最佳。Ti的含量過高，固氮效果達(dá)到飽和，過剩的Ti會使材料的韌性下降。Al作為A1N存在可有效的脫氧，但含量過高當(dāng)脫氧效果達(dá)到飽和時(shí)，會損害鋼的低溫韌性及沖擊性。 本發(fā)明通過上述成分設(shè)計(jì)，并采用控軋控冷工藝(TMCP)，即在一階段奧氏體再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行控制軋制，充分細(xì)化奧氏體晶粒，在二階段奧氏體非再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行控制軋制，終軋溫度接近Ac3，可阻止晶粒長大，同時(shí)由于合金元素Nb、Ni、Mo等的作用，在軋制過程中，能夠阻止奧氏體形變后再結(jié)晶，使得晶粒進(jìn)充分細(xì)化，最終獲得包含貝氏體和少量鐵素體的復(fù)相組織的高性能鋼板，其抗拉強(qiáng)度為740 790MPa，屈服強(qiáng)度為520 560MPa，延伸率>18%，屈強(qiáng)比< 0. 75。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明采用廉價(jià)的Mn為主要添加元素，輔助以少量的貴重金屬元素，易于冶煉；同時(shí)由于本發(fā)明在僅依靠TMCP工藝條件下進(jìn)行生產(chǎn)，不需后續(xù)調(diào)質(zhì)處理，降低了生產(chǎn)成本，且工藝簡單，生產(chǎn)過程易于控制，適用于工業(yè)化大生產(chǎn)。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。
圖1是實(shí)施例1中低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的金相組織照片；
圖2是實(shí)施例2中低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的金相組織照片；
圖3是實(shí)施例3中低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的金相組織照片；
圖4是實(shí)施例4中低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的金相組織照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本實(shí)施例的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板采用了如下成分設(shè)計(jì)C 0. 06%、 Si 0.22%、Mn 1.70%、A1 0.041%、Nb 0.062%、Ti 0.015%、Ni 0.34%、Cu 0.37%、Cr 0. 20%、余量的鐵及不可避免的雜質(zhì)。
該低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的生產(chǎn)工藝為 按上述成分設(shè)計(jì)配制冶煉原料，經(jīng)冶煉、澆鑄，形成厚80mm的鑄坯；
將鑄坯加熱至120(TC，其后進(jìn)行兩階段軋制，一階段開軋溫度為1114t:，軋制4道 次，中間坯厚42mm， 二階段開軋溫度控制在926°C ，終軋溫度796°C ，軋制5道次，板厚20mm ;
將上述軋制后的板進(jìn)行控制冷卻，軋后的冷卻速度為10°C /s，終冷溫度為552°C， 之后空冷，最終制得低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度鋼板，其厚度為20mm，金相組織為貝氏體和鐵素體(如 圖l所示)，力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度551MPa、抗拉強(qiáng)度775MPa、屈強(qiáng)比為71%、延伸率為
20. 6X、-40。C沖擊功Akvl36J。 實(shí)施例2本實(shí)施例的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板采用了如下成分設(shè)計(jì)C 0.08%、Si 0.25%、Mn 1.72%、A1 0.039%、Nb 0.058%、Ti 0.017%、Ni 0.32%、Cu 0.31%、Cr 0. 25%、余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
該低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的生產(chǎn)工藝為 按上述成分設(shè)計(jì)配制冶煉原料，經(jīng)冶煉、澆鑄，形成厚80mm的鑄坯；
將鑄坯加熱至120(TC，其后進(jìn)行兩階段軋制，一階段開軋溫度為1136t:，軋制4道 次，中間坯厚42mm， 二階段開軋溫度控制在923°C ，終軋溫度控制在776°C ，軋制5道次，板厚 20mm ; 將上述軋制后的板進(jìn)行控制冷卻，軋后采用冷卻速度為10°C /s，終冷溫度為 562°C ，之后空冷，最終制得低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度鋼板，其厚度為20mm，金相組織為貝氏體和鐵素 體(如圖2所示)，力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度558MPa、抗拉強(qiáng)度766MPa、屈強(qiáng)比73%、延伸率
21. 5%、-40"沖擊功Akvl59J。 實(shí)施例3本實(shí)施例的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板采用了如下成分設(shè)計(jì)C 0.07%、Si 0.20%、Mn 1.69%、A1 0.043%、Nb 0.065%、Ti 0.015%、Ni 0.37%、Cu 0.35%、Cr 0. 17%，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
該低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的生產(chǎn)工藝為 按上述成分設(shè)計(jì)配制冶煉原料，經(jīng)冶煉、澆鑄，形成厚80mm的鑄坯；
將鑄坯加熱至120(TC，其后進(jìn)行兩階段軋制，一階段開軋溫度為1122t:，軋制4道 次，中間坯厚42mm， 二階段開軋溫度控制在917°C ，終軋溫度控制在806°C ，軋制5道次，板厚 20mm ;
將上述軋制后的板進(jìn)行控制冷卻，軋后采用冷卻速度為15°C /s，終冷溫度為570°C ，之后空冷，最終得到低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度鋼板，其厚度為20mm，金相組織為貝氏體和鐵素體(如圖3所示)，力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度527MPa、抗拉強(qiáng)度746MPa、屈強(qiáng)比71%、延伸率
18. 8X、-40。C沖擊功Akvl53J。 實(shí)施例4本實(shí)施例的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板采用了如下成分設(shè)計(jì)C 0.06%、 Si0.27%、Mn 1.67%、A1 0.039%、Nb 0.059%、Ti 0.016%、Ni 0.36%、Cu 0.33%、Cr0. 23%，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
該低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的生產(chǎn)工藝為 按上述成分設(shè)計(jì)配制冶煉原料，經(jīng)冶煉、澆鑄，形成厚80mm的鑄坯；
將鑄坯加熱至120(TC，其后進(jìn)行兩階段軋制，一階段開軋溫度為1065t:，軋制4道次，中間坯厚42mm， 二階段開軋溫度控制在926°C ，終軋溫度控制在758°C ，軋制5道次，板厚20mm ; 將上述軋制后的板進(jìn)行控制冷卻，軋后采用冷卻速度為15°C /s，終冷溫度為532°C ，之后空冷，最終得到低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度鋼板，其厚度為20mm，金相組織為貝氏體和鐵素體(如圖4所示)，力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度533MPa、抗拉強(qiáng)度765MPa、屈強(qiáng)比70%、延伸率
19. 2%、-40"沖擊功Akv233J。 以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的內(nèi)容，除此之外，本發(fā)明還有其他實(shí)施方式。但是，凡采用等同替換或等效變形方式形成的技術(shù)方案均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板，其特征在于，該厚板包含的成分及其重量百分比分別為C 0.05％～0.10％、Si 0.20％～0.30％、Mn 1.60％～1.80％、Nb 0.05％～0.07％、Ni 0.30％～0.40％、Cu 0.30％～0.40％、Cr 0.15％～0.30％、Mo 0.20％～0.40％、Ti≤0.02％、Al≤0.045％以及余量的鐵和雜質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板，其特征在于，該厚板抗拉強(qiáng)度為740 790MPa，屈服強(qiáng)度為520 560MPa，延伸率〉18%，屈強(qiáng)比< 0. 75。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板，其特征在于，該厚板厚度在16 50mm，主要由鐵素體和貝氏體組織構(gòu)成。
4. 一種如權(quán)利要求1所述低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的制備工藝，其特征在于該工藝為首先，制備具有與所述厚板具有相同組分的鑄坯；其后，將鑄坯加熱；而后，采用兩階段控軋工藝對鑄坯進(jìn)行軋制，其中，開軋溫度1050°C 1150°C， 二開軋溫度為920°C 士2(TC，道次間空冷，終軋溫度為780°C ±30°C ，累積壓下率大于70% ;軋制完成后，以l(TC /s以上的冷卻速度將軋制形成的鋼板迅速冷卻，制得成品低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種如權(quán)利要求1所述低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的制備工藝，其特征在于該工藝中，鑄坯在軋前的加熱溫度為1200°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種如權(quán)利要求1所述低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的制備工藝，其特征在于該工藝中，軋制形成的鋼板是以10 15 °C /s的冷卻速度迅速冷至550°C 士20。C，之后空冷。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種如權(quán)利要求1所述低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的制備工藝，其特征在于所述成品低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板厚度在16 50mm，組織為鐵素體和貝氏體，屈強(qiáng)比低于O. 75。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的一種如權(quán)利要求1所述低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的制備工藝，其特征在于所述成品低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板的屈服強(qiáng)度在520 560MPa，抗拉強(qiáng)度在740 790MPa，屈強(qiáng)比在0. 75以下，延伸率大于18%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板及其制備工藝。該厚板包含的成分及其重量百分比分別為C 0.05～0.10％、Si 0.20～0.30％、Mn 1.60～1.80％、Nb 0.05～0.07％、Ni 0.30～0.40％、Cu 0.30～0.40％、Cr 0.15～0.30％、Mo 0.20～0.40％、Ti≤0.02％、Al≤0.045％以及余量的鐵和雜質(zhì)。該制備工藝是在采用上述成分設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，再采用控軋控冷工藝。本發(fā)明成功解決了建筑厚板高強(qiáng)度與低屈強(qiáng)比相矛盾、難調(diào)和的問題，同時(shí)，其工藝簡單，可有效提高成材率，降低生產(chǎn)成本，適于工業(yè)化大生產(chǎn)。本發(fā)明適用于高層建筑、橋梁、管線等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣泛。
文檔編號C21D9/46GK101775561SQ20101012785
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者方棟, 曲之國, 曲錦波, 王煒, 趙文貴, 辛星 申請人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司