抗拉強(qiáng)度700MPa級易焊接低內(nèi)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及低合金高強(qiáng)度鋼生產(chǎn)領(lǐng)域，具體的是指一種抗拉強(qiáng)度700MPa級易焊 接低內(nèi)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源、化工、建筑等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼市場需求日益增 大，而且為了滿足上述行業(yè)中工程結(jié)構(gòu)自重降低，裝載能力提高的發(fā)展趨勢，抗拉強(qiáng)度在 700MPa的鋼板（牌號Q550)用量越來越多。該強(qiáng)度級別鋼板早期以乳制后淬火+回火（調(diào) 質(zhì)）的方式生產(chǎn)，該生產(chǎn)方式不僅因碳含量和碳當(dāng)量高而導(dǎo)致焊接性能較差，而且生產(chǎn)周 期長，能耗高，逐漸被熱機(jī)械乳制（TMCP)的生產(chǎn)方式所代替。TMCP技術(shù)主要包括兩個部分： 控制乳制和控制冷卻?？刂迫橹仆ǔＶ竷呻A段乳制：在未再結(jié)晶溫度之上的乳制變形和未 再結(jié)晶溫度之下的乳制。控制冷卻指的是經(jīng)乳制后的鋼板通過層流冷卻或超快冷等加速冷 卻裝備，使得鋼板的冷卻速度增加，停冷溫度降低，促進(jìn)鋼板在中溫和低溫時的組織轉(zhuǎn)變， 從而實現(xiàn)鋼板組織控制，最終達(dá)到目標(biāo)性能要求。用戶獲得鋼板后往往需要進(jìn)行焊接和切 害J，因此用戶對于鋼板的焊接性能和切割后的板形都有要求。根據(jù)GB/T 1591-2008規(guī)定， 焊接裂紋敏感指數(shù)Pcm[Pcm = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]可以用來評估鋼材的可 焊性，Pcm值越低，說明鋼板的焊接性能越好，焊接后在焊接接頭處不易出現(xiàn)冷裂紋，為降低 Pcm并保證鋼板具有較高的強(qiáng)韌性，同時節(jié)約合金元素用量，往往在控制冷卻過程中加大冷 卻速度，即常說的"以水代金"，但是在急速冷卻過程中鋼板內(nèi)部出現(xiàn)較大的內(nèi)應(yīng)力，用戶在 后續(xù)使用過程中，特別是切割時，鋼板容易出現(xiàn)變形，一方面鋼板尺寸超差，影響使用；另一 方面變形的鋼板會碰壞切割設(shè)備，產(chǎn)生事故。因此，需要開發(fā)抗拉強(qiáng)度在700MPa易焊接低 內(nèi)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于根據(jù)現(xiàn)有抗拉強(qiáng)度700MPa級結(jié)構(gòu)鋼板因內(nèi)應(yīng)力較大影響后續(xù) 使用的不足，提供一種厚度在10~50mm，綜合力學(xué)性能好、易于焊接、低內(nèi)應(yīng)力、經(jīng)濟(jì)型的 抗拉強(qiáng)度700MPa級易焊接低內(nèi)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼板及其制造方法。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的抗拉強(qiáng)度700MPa級易焊接低內(nèi)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼板，其 特征在于：以質(zhì)量百分比計，它的化學(xué)成分范圍為：C :0.04-0. 09%，Si :0.20-0. 48%，Mn: 1. 40-1. 70%, Cr 0. 30%, Nb ：0. 020-0. 045%, Ti ：0. 012-0. 020%, V ：0. 005-0. 030%, Als :0· 020-0. 038%，B :0· 0012-0. 0028%，P <0· 015%，S <0· 006%，[N]彡 0· 0060%，其 余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；同時，其焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm彡.20%，且
[0005] Pcm = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
[0006] 作為一種優(yōu)選方案，以質(zhì)量百分比計，它的化學(xué)成分范圍為：C :0. 060-0. 074%， Si ：0. 33-0. 36%,Mn ：1, 48-1. 53%,Cr ：^0, 21%,Nb ：0. 024-0. 029%,Ti ：0. 013-0. 014%, V ：0. 012-0. 021%, Als ：0. 034-0. 037%, B ：0. 0014-0. 0017%, P ^ 0. 013%, S ^ 0. 004%, [N] < 0.0060%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0007] 作為又一種優(yōu)選方案，以質(zhì)量百分比計，它的化學(xué)成分范圍為：C :0. 074%，Si : 0. 48%, Mn ：1, 53%, Mn ：1, 53%, Cr ：0. 21%, Nb ：0. 029%, Ti ：0. 013%, V ：0. 021%, Als ： 0· 034%，B :0· 0017%，P :0· 014%，S :0· 003%，[N]彡 0· 0060%，其余為 Fe 和不可避免的 雜質(zhì)。
[0008] 本發(fā)明還提供一種抗拉強(qiáng)度700MPa級易焊接低內(nèi)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼板的制備方法，它 包括如下步驟：
[0009] (1)冶煉工藝：進(jìn)行鐵水預(yù)處理，采用轉(zhuǎn)爐冶煉，通過頂吹或頂?shù)讖?fù)合吹煉，進(jìn)行 精煉處理，并進(jìn)行微合金化，控制鋼中夾雜含量在如下成分范圍：C :0.04-0. 09%，Si : 0. 20-0. 48%, Mn ：1, 40-1. 70 %, Cr ： ^ 0. 30 %, Nb ：0. 020-0. 045%, Ti ：0. 012-0. 020%, V ：0. 005-0. 030 %, Als ：0. 020-0. 038 %, B ：0. 0012-0. 0028 %, P < 0. 015 %, S < 0.006%，[N] < 0.0060%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；同時，其焊接裂紋敏感性指數(shù) Pcm 彡 0· 20%，且
[0010] Pcm = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu) /15 ;連鑄采用電磁攪拌，減少元素偏析；
[0011] (2)乳制工藝：鑄坯加熱溫度為1150-1250°C ;采用兩階段控乳，第一階段開乳溫 度為1030-1150°C，終乳溫度為960-1030°C ;第二階段開乳溫度為900-1000°C，終乳溫度為 780-860°C，乳后通過層流或水幕冷卻方式進(jìn)行控制冷卻，開冷溫度為730-830°C，返紅溫度 為480-600°C，然后送往強(qiáng)力矯直機(jī)進(jìn)行矯直，鋼板下線后送熱處理爐進(jìn)行消除應(yīng)力處理， 處理溫度為400-700 °C。
[0012] 本發(fā)明的C含量選擇在0.04-0. 09%。因為C是提高鋼板強(qiáng)度的最有效且最廉價 的元素之一，為保證鋼板的強(qiáng)度，C含量的下限為0. 04%。但是C含量過高時對鋼板的焊接 性能和低溫沖擊韌性將產(chǎn)生不利的影響，因而C含量的上限為0. 09%。
[0013] 本發(fā)明的Si含量在0. 20-0. 48%，Si主要以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，同時也 是脫氧的必要元素。在本發(fā)明鋼中，Si含量太高會降低鋼的低溫沖擊韌性和焊接性能。
[0014] 本發(fā)明的Mn含量在1. 40-1. 70%，Mn是重要的強(qiáng)韌化元素和良好的脫氧劑、脫硫 劑，太低的Mn則不能保證鋼的強(qiáng)度，但太高的Mn對鋼坯中心偏析有不利影響，有損于鋼板 的韌性，并且在焊接時容易產(chǎn)生裂紋。
[0015] 本發(fā)明的Cr含量不超過0. 30%，既發(fā)揮提高淬透性的作用，又提高耐蝕性。
[0016] 本發(fā)明的Nb含量為0. 020-0. 045%，Nb是強(qiáng)碳氮化合物形成元素，能提高鋼的奧 氏體再結(jié)晶溫度。奧氏體可以在更高的乳制溫度下進(jìn)行乳制。此外Nb在控制乳制連續(xù)冷卻 過程中的析出強(qiáng)化作用，通過Nb的碳氮化物的應(yīng)變誘導(dǎo)析出可以釘扎奧氏體晶粒，細(xì)化 奧氏體晶粒并提高強(qiáng)度及低溫韌性。但過高的Nb也易與Fe、C等元素形成低熔點共晶物， 從而增加焊縫金屬產(chǎn)生熱裂紋的傾向。
[0017] 本發(fā)明的V含量為0. 005-0. 030%，V在鋼中可起到固溶強(qiáng)化的作用，同時在消應(yīng) 處理時能夠起到析出強(qiáng)化的作用。
[0018] 本發(fā)明的Ti含量為0. 012-0. 020%，Ti是強(qiáng)氮化物形成元素，Ti的氮化物能有效 地釘扎奧氏體晶界，因此有助于控制奧氏體晶粒的長大。
[0019] 本發(fā)明的Als含量控制在0.020-0. 038%，A1是鋼中的主要脫氧元素。Al含量過 高時將導(dǎo)致Al的氧化物夾雜增加，降低鋼的純凈度，不利于鋼的韌性。
[0020] 本發(fā)明的B含量控制在0. 0012-0. 0028%，微量B的加入與Mn、Nb等元素相互作 用，可以促進(jìn)中溫轉(zhuǎn)變，提高鋼板的強(qiáng)度。
[0021] P和S是鋼中不可避免的有害元素，對鋼的塑性和韌性不利，應(yīng)盡量降低P和S含 量，提高鋼的潔凈度。但考慮到降低P、S含量對冶煉的難度和成本增大，本發(fā)明鋼中P控制 < 0· 015%，S 控制<