專利名稱：：屈服強(qiáng)度為950MPa級的焊接結(jié)構(gòu)鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及低合金化鋼，具體指一種屈服強(qiáng)度為950Mpa及以上的高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼板。技術(shù)背景中國國內(nèi)鋼鐵企業(yè)尚不能夠生產(chǎn)屈服強(qiáng)度在900MPa以上的焊接結(jié)構(gòu)用鋼，目前國內(nèi)最高牌號的焊接結(jié)構(gòu)鋼為武漢鋼鐵集團(tuán)公司生產(chǎn)的HG980,采用調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)，其最小屈服強(qiáng)度為880MPa。對于更高屈服強(qiáng)度的焊接結(jié)構(gòu)鋼，則完全依賴進(jìn)口，主要牌號有瑞典奧克隆德鋼廠的WELDOX鋼板，該系列鋼板的屈服強(qiáng)度可達(dá)卯01300MPa。日本JFE公司也可以生產(chǎn)最小屈服強(qiáng)度960MPa級的焊接結(jié)構(gòu)鋼板，具體牌號為S960,其化學(xué)成份為(mass%)C:0.030.12、Si:0.010.5、Mn:1.53、Al:0.O卜O.08、Nb:0.010.08、Ti:0.0050.025、N:0.OO卜O.01、O《0.003、S《0.001、Ca:0.00050.01，一種或二種以上的Cu:O.012、Ni:0.013、Cr:0.011、Mo:0.011、V:0.010.1、且Ca、0、S的含量滿足1《(1_130*)X[Ca]/(1.25X[S])《3，拉伸強(qiáng)度達(dá)到900MPa以上、屈服比《0.85的大口徑管線用厚板，該焊接結(jié)構(gòu)鋼的不足是鋼種成分較多，有價格昂貴的Nb元素作為必要合金元素。還有國內(nèi)的鞍鋼能夠生產(chǎn)屈服強(qiáng)度大于880MPa的焊接結(jié)構(gòu)鋼HQIOO，其化學(xué)成分(wt%)C:0.100.18、Si:0.150.35、Mn:0.801.40、Ni:0.751.50、Mo:0.300.60、Cr:0.400.80，該鋼用于對強(qiáng)度要求極高的焊接結(jié)構(gòu)部件，其特點在于化學(xué)成份中添加了較多的貴重金屬Ni。本發(fā)明基于目前現(xiàn)狀，提出了一種全新的屈服強(qiáng)度950MPa級焊接結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成份設(shè)計思路，其特點是取消或極大減少了V、Nb、Ni等微合金或貴重合金元素的添加，并保證鋼的屈服強(qiáng)度高于950MPa，同時還具有十分優(yōu)異的低溫沖擊韌性。由于鋼的合金化程度很低，因此具有很低的碳當(dāng)量，達(dá)到或優(yōu)于同級別的國外鋼種，焊接性能優(yōu)良。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是要提供一種最小屈服強(qiáng)度為950MPa、具有極優(yōu)異低溫沖擊韌性和極低碳當(dāng)量的高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼板及制造技術(shù)。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)措施屈服強(qiáng)度為950MPa級的焊接結(jié)構(gòu)鋼，其在于化學(xué)組分及重量百分比為C:0.130.17，Mn:1.401.70，Mo:0.200.40，B:0扁50.002'Cr:00.50,Ti:0.0100.035，P:《0.020,S:《0.010，其余為Fe及不可避免雜質(zhì)，同時滿足CEV(%)=C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/l5<0.60或Pcm(o/tO=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B<0.30。其在于化學(xué)組分中Cr的重量百分比為0.200.50。其在于化學(xué)組分中還含有重量百分比為Ni:<0.30。其在于化學(xué)組分中Ni的重量百分比為0.100.25。其在于化學(xué)組分中Mo的重量百分比為0.300.35。其在于化學(xué)組分中C的重量百分比為0.1350.150。其在于化學(xué)組分中還含有如下元素中的至少一種，其組分及重量百分比為0.150.40的Si;0.010.06的Als。本發(fā)明以位錯馬氏體相變強(qiáng)化為主要強(qiáng)化機(jī)制，其各組分的作用及限定量的理由-本發(fā)明C的重量百分比含量為0.130.17。C是保證淬透性的主要合金元素，為了在水淬時得到完全的馬氏體組織，C的含量不應(yīng)低于0.13。C的上限值則考慮了防止鋼的強(qiáng)度及碳當(dāng)量過高，滿足淬透性需要即可。C也是保證馬氏體強(qiáng)度的最主要合金元素，根據(jù)對合金元素總量小于5%、含有少量Ti、Nb或Zr等的結(jié)構(gòu)鋼回歸分析表明，鋼中馬氏體組織的硬度HVM=127+949C+27Si+llMn+8Ni+16Cr+211gVM(VM為馬氏體臨界冷速，各元素均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，從中可以看出，影響馬氏體硬度的決定性成份為C，合金元素的作用很小，為了保證鋼的抗拉強(qiáng)度達(dá)到lOOOMPa級別，HVM值最小應(yīng)在310左右，結(jié)合對公式中其它各合金元素含量的合理估計，可知為保證鋼的強(qiáng)度，將C含量限定在0.130.17是合理的。本發(fā)明Mn的重量百分比含量為1.401.70。Mn是鋼中重要的固溶強(qiáng)化元素，能夠提高淬透性，且能在強(qiáng)化鋼的同時改善韌性，但當(dāng)Mn含量過高時，則導(dǎo)致淬透性和韌性降低。本發(fā)明硼B(yǎng)的重量百分比含量為0.00050.002。添加微量B是提高淬透性的極佳途徑，根據(jù)大量研究結(jié)果，當(dāng)以固溶形式存在于鋼中時(即酸溶硼)，0.0005的B即可極大提高鋼的淬透性。充分發(fā)揮B的作用可有效減少其它合金元素的添加。對于不以畫溶方式存在的B則沒有提高淬透性的作用，且B含量過高易形成B的碳化物和氮化物，并集聚在原奧氏體晶界，促使附近地區(qū)位錯密度增高，可以作為氫在局部地區(qū)的陷阱，因而促使此處發(fā)生晶界開裂。為保證必要的酸溶硼含量，并避免過高含量的B對性能的不利影響，作出上述含量限定。本發(fā)明Mo的重量百分比含量為0.200.40。Mo是提高鋼的抗回火軟化能力的最有效元素，并能抑制或減輕鋼中雜質(zhì)偏聚現(xiàn)象，改善調(diào)質(zhì)鋼的高溫回火脆性，避免鋼在40(TC500'C左右回火時出現(xiàn)的脆化現(xiàn)象(第二類回火脆性)，是調(diào)質(zhì)鋼中不可或缺的重要合金元素，Mo含量超過0.40時，則會使焊接熱影響區(qū)的再熱裂紋敏感性增加。本發(fā)明鉻Cr的重量百分比含量為00.50。Cr能夠增加鋼的淬透性，少量Cr還有改善韌性的作用，但Cr對提高馬氏體組織強(qiáng)度和抗高溫回火能力的作用不大，且Cr過高會損害韌性和焊接性能，故作為非必要元素添加。本發(fā)明Ni的重量百分比含量為〈0.30。Ni能夠提高鋼的抗高溫回火軟化能力和低溫沖擊韌性，對于提高馬氏體的強(qiáng)度作用不大，且Ni過高將極大增加鋼的合金成本，故作為非必要元素添加。Cr與Ni取其一加入，也可以兩者同時加人本發(fā)明Ti的重量百分比含量為0.0100.040。Ti可與鋼中N結(jié)合形成細(xì)小TiN粒子，從而在加熱過程中釘軋晶界并防止奧氏體晶粒過度長大，這對于得到細(xì)小的淬火組織，從而提高鋼的強(qiáng)度和韌性是有利的。本發(fā)明還添加Si或Als或兩者同時加入，其各自的重量百分比含量為Si:0.150.40，Si主要是以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，同時也是鋼中的脫氧元素，但含量不可過高，以免降低鋼的韌性和焊接性能；AIs的重量百分比含量控制在0.010.06。AI是鋼中的主要脫氧元素，A1含量過高則導(dǎo)致A1的氧化物夾雜增加，降低鋼的純凈度，不利于鋼的韌性及耐候性能。此外，Al的氮化物熔點較高，在生產(chǎn)中，A1N可以用來阻止晶粒長大。本發(fā)明P、S的重量百分比含量分別為P《0.020%、S《0.010。較高的磷含量可以大幅度提高鋼的耐候性，但是P在鋼中具有容易造成偏析、惡化焊接性能、顯著降低鋼的低溫沖擊韌性、提高脆性轉(zhuǎn)變溫度，所以，考慮到本發(fā)明鋼強(qiáng)度較高，控制P《0.020。P易與Mn結(jié)合生成MnS夾雜，S還影響鋼的低溫沖擊韌性。因此，本發(fā)明應(yīng)采用潔凈鋼生產(chǎn)工藝，盡量減少P、S元素對鋼性能的不利影響。本發(fā)明屬低合金鋼制造領(lǐng)域，本發(fā)明鋼除含有上述化學(xué)成份外，同時還滿足碳當(dāng)量CEV(%)<0.60或Pcm(%)<0.30，其中CEV(%)=C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/l5;Pcm(%)=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/l0+5B。本發(fā)明具有如下優(yōu)點l.本發(fā)明鋼具有極高的強(qiáng)度和低溫沖擊韌性，屈服強(qiáng)度(RPa2或Re。為950MPa,MPa，屈強(qiáng)比為0.900.97，延伸率(A5)為10.5%13.5%,(TC夏比沖擊功(AKV)超過IOOJ，-20°。八1^超過50〗、最優(yōu)可達(dá)80J以上，4(TCAKv最高可達(dá)50J左右，強(qiáng)韌性匹配十分優(yōu)異。3.本發(fā)明鋼成份以C-Mn-Mo-B成份為基礎(chǔ)，并進(jìn)行了Cr、Ni的單獨或復(fù)合添加，由于采用了多元少量復(fù)合合金化方法，充分利用了各種元素對于鋼的淬透性和強(qiáng)韌性影響的協(xié)同作用，使鋼的碳當(dāng)量控制在很低的水平，CEV(%)<0.60，Pcm(%)<0.30,達(dá)到或優(yōu)于進(jìn)口國外同級別焊接結(jié)構(gòu)鋼。具體實施方式本發(fā)明具體實施的條件及工藝制度按照本發(fā)明鋼成份要求，釆用50公斤真空感應(yīng)爐冶煉本發(fā)明鋼，以及一組對比鋼。將冶煉的50公斤鋼錠在電爐中加熱至1200'C，保溫時間大于60min，然后在實驗軋機(jī)上軋成12mm厚鋼板。軋制過程采用高溫大壓下以充分細(xì)化奧氏體晶粒，然后噴水冷至90(TC以下進(jìn)行最后兩道次軋制，軋后空冷；軋制后將鋼板切割成小塊，在溫度為800100(TC條件下進(jìn)行淬火，并在溫度為45(TC55(TC下進(jìn)行回火熱處理及保溫。將軋制后的本發(fā)明鋼沿軋制方向加工拉伸、沖擊試樣，進(jìn)行力學(xué)性能檢測，沖擊試驗采用10X10X55mm夏比試樣。本發(fā)明實施例鋼化學(xué)成份(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>經(jīng)檢驗，該鋼在-2(tc夏比v型缺口沖擊功不低于50j，40'CAkv大于20J，碳當(dāng)量cev值不超過0.60%，Pcm值不超過0.30Q/。，屈強(qiáng)比高于0.90。微觀組織由寬度為100200nm、亞結(jié)構(gòu)為高密度位錯的細(xì)小馬氏體板條組成，并含有少量寬度為1.01.5nm、內(nèi)部含細(xì)小碳化物的先析出自回火馬氏體板條。權(quán)利要求1、屈服強(qiáng)度為950MPa級的焊接結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于化學(xué)組分及重量百分比為C0.13～0.17，Mn1.40～1.70，Mo0.20～0.40，B0.0005～0.002，Cr0～0.50，Ti0.010～0.035，P≤0.020，S≤0.010，其余為Fe及不可避免雜質(zhì)，同時滿足CEV(％)＝C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15<0.60；Pcm(％)＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B<0.30。2.如權(quán)力要求l所述的屈服強(qiáng)度為950MPa級的焊接結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于化學(xué)組分中Cr的重量百分比為0.200.50。3.如權(quán)力要求l所述的屈服強(qiáng)度為950MPa級的焊接結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于化學(xué)組分中還含有重量百分比為Ni:<0.30。4.如權(quán)力要求3所述的屈服強(qiáng)度為950MPa級的焊接結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于化學(xué)組分中Ni的重量百分比為0.100.25。5.如權(quán)力要求l所述的屈服強(qiáng)度為950MPa級的焊接結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于化學(xué)組分中Mo的重量百分比為0.300.35。6.如權(quán)力要求l所述的屈服強(qiáng)度為950MPa級的焊接結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于化學(xué)組分中C的重量百分比為0.1350.150。7.如權(quán)力要求l所述的屈服強(qiáng)度為950MPa級的焊接結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于化學(xué)組分中還含有如下元素中的至少一種，其組分及重量百分比為0.150.40的Si;0.010.06的Als。全文摘要本發(fā)明涉及低合金化高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼。其解決目前在本領(lǐng)域存在的鋼種成分較多，有價格昂貴的Nb作為必要元素或添加了較多的貴重Ni，致成本增加且屈服強(qiáng)度小于900MPa的不足。措施屈服強(qiáng)度為950MPa級的焊接結(jié)構(gòu)鋼，其在于化學(xué)組分及重量百分比為C0.13～0.17，Mn1.40～1.70，Mo0.20～0.40，B0.0005～0.002，Cr0～0.50，Ti0.010～0.035，P≤0.020，S≤0.010，其余為Fe及不可避免雜質(zhì)，同時滿足CEV(％)＜0.60或Pcm(％)＜0.30。本發(fā)明提供了最小屈服強(qiáng)度為950MPa、具有極優(yōu)異低溫沖擊韌性和極低碳當(dāng)量的高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼。文檔編號C22C38/54GK101397641SQ20081019758公開日2009年4月1日申請日期2008年11月11日優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日發(fā)明者劉志勇,劉昌明,勇卜,宋育來,李平和,段東明,敏胡,鄧照軍,華鄭,琳鄭,陳吉清申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司