一种抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C：0.15～0.25％，Si：1.0～2.0％，Mn：1.2～2.0，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.5～1.0％，N≤0.006％，Nb：0.02～0.06％，O≤0.003％，其余为Fe以及其它不可避免的杂质，且满足，1.5％≤Si+Al≤2.5％。本发明专利技术采用等温热处理工艺，获得抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板，其显微组织以贝氏体铁素体和残余奥氏体为主，组织性能均匀，屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率>20％，且低温冲击性能优异，-20℃冲击功＞100J。

【技术实现步骤摘要】
一种抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板及其制造方法
本专利技术属于结构钢领域，涉及一种抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板及其制造方法，获得的钢板其显微组织以贝氏体铁素体和残余奥氏体为主，屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率>20％，且低温冲击性能优异，-20℃冲击功＞100J。
技术介绍
随着国家对汽车尤其是乘用车行业减排标准的日益严格，各大汽车公司均越来越多的采用先进高强钢以降低车身重量从而减少碳排放，节约能源。汽车用钢的发展到目前已经历过三代。第一代汽车用钢主要是高强低合金钢(HSLA钢)、IF钢、DP钢等，其使用已经十分广泛；第二代汽车用钢主要是以高锰钢为代表的高强塑积钢，但由于其合金含量高，冶炼难度大，成本高，目前在推广使用方面进展不大；最近十几年，以淬火-配分钢(Q&P)，中锰钢等为代表的第三代先进高强钢以其相对低廉的成本和优异的性能引起了学界和工程界的日益重视，有些先进高强钢已经在汽车领域得到实际应用。汽车除了环保节能外，其碰撞安全性是一个非常重要的指标。因此，先进高强钢的开发除了注重高强度和高塑性之外，还必须格外重视其冲击韧性的要求。Q&P类的第三代先进高强钢虽然具有高强度和高塑性，但由于其组织为马氏体和残余奥氏体，其低温冲击韧性相对较差。如果能够开发出强度、塑性和韧性这三个性能指标都很优异的钢板，则在汽车结构用钢领域将会有很大的应用潜力。此外，由于这类高强钢采用在线轧制工艺生产，其组织均匀性与热处理型高强钢相比，性能均匀性方面较差。与组织类型为马氏体和残余奥氏体的高强钢相比，组织类型为贝氏体铁素体和残余奥氏体的高强钢，其冲击韧性明显提高；而且，采用热处理方法和等温转变工艺可以获得组织和性能均匀性更加优异的钢板，本专利技术正是在这一背景下提出的。有关采用热处理工艺获得贝氏体铁素体和残余奥氏体为主的高强钢专利涉及较少，而且主要是以冷轧高强钢为主，有关热轧高强钢的专利更少。专利CN101155939A介绍了一种冷轧高强钢，其成分设计较为复杂，除了C，Si，Mn基本元素之外，还添加了较多的Cu，Ni，Mo，Nb等合金元素，成本较高。其组织类型主要为贝氏体铁素体、多边形铁素体和少量残余奥氏体，工艺路径为冷轧连退。而专利JP2012126974A采用等温转变热处理工艺获得了600MPa级高强钢，其成分设计上添加了较多的Cr和Mo，而且其碳当量在0.65～0.75比较高的水平上，钢板的焊接性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板及其制造方法，获得的钢板具有优异的高强度、高塑性和高韧性匹配，其显微组织以贝氏体铁素体和残余奥氏体为主，其屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率>20％，且低温冲击性能优异，-20℃冲击功＞100J。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.15～0.25％，Si：1.0～2.0％，Mn：1.2～2.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.5～1.0％，N≤0.006％，Nb：0.02～0.06％，O≤0.003％，其余为Fe以及其它不可避免的杂质，且满足，1.5％≤Si+Al≤2.5％。优选的，所述抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板的化学成分中，以重量百分比计，Si的含量范围为1.3～1.7％；Mn的含量范围为1.4～1.8％；N的含量≤0.004％；Nb的含量范围为0.03～0.05％。在本专利技术钢板的成分设计中：在C-Mn钢的成分基础上，通过提高Si含量，抑制等温转变过程中渗碳体的析出；提高Al含量加快等温转变过程中碳原子从贝氏体铁素体向残余奥氏体中扩散，提高残余奥氏体的碳含量，稳定残余奥氏体；加入微量的Nb元素可以细化热处理过程原始奥氏体的晶粒尺寸，等温转变过程中可以获得更为细小的贝氏体铁素体板条尺寸，从而提高钢板的塑性和冲击韧性。具体的，C：碳是钢中最基本的元素，同时也是本专利技术中最重要的元素之一。碳作为钢中的间隙原子，对提高钢的强度起着非常重要的作用。除了提高钢的强度外，较高的碳含量可在等温处理过程中增加残余奥氏体的碳含量，提高残余奥氏体的热稳定性。通常，钢的强度越高，延伸率越低。在本专利技术中，为了保证热处理时获得抗拉强度800MPa以上的高强度钢板，钢中的碳含量至少要达到0.15％。较低的碳含量不能保证钢板等温转变过程中碳从贝氏体铁素体向残余奥氏体中充分扩散，从而影响残余奥氏体的稳定性。另一方面，钢中的含碳量也不宜过高，若含碳量大于0.25％，虽然可以保证钢的强度，但组织中容易出现块状马氏体，对钢的冲击韧性十分不利。因此，既要考虑碳含量对强度的贡献，又要考虑碳含量对残余奥氏体稳定性以及钢板性能的影响。本专利技术中比较合适的碳含量应控制在0.15～0.25％，可保证钢板具有强度、塑性和韧性的良好匹配。Si：硅是钢中最基本的元素，同时也是本专利技术中最重要的元素之一。Si在一定温度和时间范围内可抑制渗碳体的析出，Si抑制渗碳体析出使得碳原子从贝氏体铁素体中扩散至残余奥氏体中从而稳定残余奥氏体。此外，本专利技术中还添加了较多的Al，Si和Al共同抑制渗碳体析出效果更显著。Si的含量一般不低于1.0％，否则不能起到抑制渗碳体析出的作用；Si的含量一般也不宜超过2.0％，否则钢板焊接时容易出现热裂，对钢板的冲击韧性不利，故钢中Si的含量通常控制在1.0～2.0％，优选范围在1.3～1.7％。Mn：锰是钢中最基本的元素，同时也是本专利技术中最重要的元素之一。众所周知，Mn是扩大奥氏体相区的重要元素，可以降低钢的临界淬火速度，稳定奥氏体，细化晶粒，推迟奥氏体向珠光体的转变。在本专利技术中，为保证钢板的强度，Mn含量一般应控制在1.2％以上，Mn含量过低，过冷奥氏体不稳定，在等温热处理时容易转变为珠光体类型的组织如索氏体等；同时，Mn的含量一般也不宜超过2.0％，炼钢时容易发生Mn偏析，同时板坯连铸时易发生热裂。因此，钢中Mn的含量一般控制在1.2～2.0％，优选范围在1.4～1.8％。P：磷是钢中的杂质元素。P极易偏聚到晶界上，钢中P的含量较高(≥0.1％)时，形成Fe2P在晶粒周围析出，降低钢的塑性和韧性，故其含量越低越好，一般控制在0.015％以内较好且不提高炼钢成本。S：硫是钢中的杂质元素。钢中的S通常与Mn结合形成MnS夹杂，尤其是当S和Mn的含量均较高时，钢中将形成较多的MnS，而MnS本身具有一定的塑性，在后续轧制过程中MnS沿轧向发生变形，降低钢板的横向拉伸性能。故钢中S的含量越低越好，实际生产时通常控制在0.005％以内。Al：铝是本专利技术中最重要的合金元素之一。Al的基本作用是在炼钢过程中进行脱氧。此外，Al还可与钢中的N结合形成AlN并细化晶粒，即Al的“脱氧固氮”作用。除上述作用外，本专利技术中加入较多的Al的主要目的：一是提高碳原子从贝氏体铁素体向残余奥氏体的扩散速度，从而提高残余奥氏体的热稳定性，在室温下获得尽可能多的残余奥氏体；二是Al与Si的作用部分类似，也可以起到抑制渗碳体析出的作用，Si和Al共同添加可提高这种抑制作用。钢中Al的含量若低于0.5％，其促进碳原子扩散的作用较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.15～0.25％，Si：1.0～2.0％，Mn：1.2～2.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.5～1.0％，N≤0.006％，Nb：0.02～0.06％，O≤0.003％，其余为Fe及其它不可避免的杂质，且满足，1.5％≤Si+Al≤2.5％。

【技术特征摘要】
1.一种抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.15～0.25％，Si：1.0～2.0％，Mn：1.2～2.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.5～1.0％，N≤0.006％，Nb：0.02～0.06％，O≤0.003％，其余为Fe及其它不可避免的杂质，且满足，1.5％≤Si+Al≤2.5％，其显微组织以贝氏体铁素体和残余奥氏体为主；其屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率>20％，-20℃冲击功＞100；所述的抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板的制造方法，包括如下步骤：1)冶炼、二次精炼、铸造按下述成分采用转炉或电炉冶炼、真空炉二次精炼、铸造形成铸坯或铸锭，化学成分的重量百分含量为：C：0.15～0.25％，Si：1.0～2.0％，Mn：1.2～2.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.5～1.0％，N≤0.006％，Nb：0.02～0.06％，O≤0.003％，其余为Fe以及其它不可避免的杂质，且满足，1.5％≤Si+Al≤2.5％；2)将步骤1)获得的铸坯或铸锭加热、热轧、卷取、再开卷切板，获得基板；3)热处理将步骤2)获得的基板，加热至Ac3+(30～50)℃，Ac3＝955-350C-25Mn+51Si+106Nb+68Al，式中各元素符号均为重量百分含量；基板心部到加热温度Ac3+(30～50)℃后继续保温10～30min，再快速冷却至350～500℃，冷速＞50℃/s，等温转变200～500s，以大于30℃/s的冷速进行淬火至室温，得到抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板。2.根据权利要求1所述的抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板，其特征在于，所述的化学成分中，以重量百分比计，Si的含量范围为1.3～1.7％。3.根据权利要求1所述的抗拉强度800MPa级高强度高韧性钢板，其特征在于，所述的化学成分中，以重...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焕荣，杨阿娜，王巍，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31