一种高止裂和疲劳强度厚钢板及其制备方法技术

本发明专利技术提出高止裂和疲劳强度厚钢板及其制备方法。该钢板包含化学成分(重量百分比):C 0.05‑0.07％，Si 0.10‑0.20％，Mn 1.40‑1.60％，Nb 0.04‑0.06％，Ti 0.01‑0.02％，Cu 0.30‑0.35％，Cr 0.27‑0.31％，Ni 0.4‑0.5％，Al 0.01‑0.04％，Mo 0.06‑0.11％，P≦0.020％，S≦0.010％以及余量的Fe和杂质。该方法为：将与上述钢组分相同的连铸坯依次进行加热、保温、粗轧、中间坯控制冷却、精轧、成品控制冷却形成成品钢板。本发明专利技术的钢板屈服强度不低于500MPa，具有良好的低温冲击韧性，AKV2(‑60℃)大于250J,300MPa应力下钢板止裂温度低于‑35℃，200万次疲劳强度σ0(2×106)大于160MPa。本发明专利技术适用于桥梁结构用钢板，特别是对强度和低温韧性要求较高，同时要求具有良好疲劳性能的桥梁板制造中应用。

Thick steel plate with high crack arrest and fatigue strength and preparation method thereof

The invention provides a thick steel plate with high crack arrest and fatigue strength and a preparation method thereof. The steel plate contains chemical constituents (weight percentage): C 0.05 0.07%, Si 0.10 8209 0.0%, Si 0.20 8209 0.20%, Mn 1.40 8201.60%, Nb 0.04 8200.06%, Ti 0.01 8200.02%, Cu 0.30 8200.35%, Cr 0.27 8200.31%, Ni 0.4 8200.5%, Al 0.01 8200.04%, Mo 0.0.06 8200.11%, Nb 0.04 8200.04 8200.06%, Ti 0.01 8200.02%, Ti 0.01 8200.02%, Cu 0.30 8200.35%, Cr 0.27 8200.31 The Sums of Ferric Residues Impurities. The method consists of heating, holding, roughing, controlled cooling of intermediate billet, finishing rolling and controlled cooling of finished product to form finished steel plate. The steel plate of the invention has a yield strength of not less than 500 MPa, a good low temperature impact toughness, an AKV2 (60 C) of more than 250J, a crack arrest temperature of less than_35 C under 300 MPa stress, and a fatigue strength of 2 million times_0 (2 106) of more than 160 MPa. The invention is suitable for the steel plate used for bridge structure, especially for the bridge plate which requires high strength and low temperature toughness and good fatigue performance.

【技术实现步骤摘要】
一种高止裂和疲劳强度厚钢板及其制备方法
本专利技术属于冶金
，涉及一种高止裂和疲劳强度厚钢板及其制备方法，具体涉及具有优良低温(-60℃)韧性和屈服强度级别为500MPa、在300MPa主拉伸应力下止裂温度低于-35℃，拉应力循环200万次疲劳强度大于160MPa、最大厚度为60mm钢板及其制备方法。专利技术适用于桥梁结构，特别是对强度和低温韧性要求较高，同时要求高疲劳性能的场合。
技术介绍
桥梁用钢的发展经历了从低碳钢—低合金钢—高强度钢(HighStrengthSteel，HSS)—高性能钢(HighPerformanceSteel，HPS)等历程。强度提高的同时，其屈强比相比低碳钢和低合金钢明显提高。铁路桥梁这种动荷载很大的结构，需要提升安全储备。目前，关于高性能钢材疲劳断裂性能、结构构件的稳定性能等方面的研究尚需进一步深入，更需要提出钢的屈强比ReL/Rm、低温韧性、焊接性、以及疲劳性能量化指标。随着我国桥梁建造技术的发展，目前我国一些新建斜拉桥主跨跨度已达千米级，杆件轴向应力高达上千吨，普通强度钢已无法满足杆件受力要求，需要研制和应用新型的Q500q高性能度桥梁结构钢。由于疲劳强度是钢桥设计的主要控制因素之一，要在桥梁中发挥高性能钢屈服强度高的特点，则需要掌握高性能钢包括焊接接头的疲劳性能。在高性能钢焊接构造的疲劳研究方面，目前还没有完全一致的结论。铁道科学研究院于1999年对板厚44mm的Q370qE对接焊试件进行了疲劳试验，得出其200万次疲劳强度σ0(2×106)＝145(MPa)。专利CN105063509A提出一种屈服强度500MPa级桥梁结构钢及其生产方法，其屈服强度级别达到了500MPa级，其冲击吸收能量仅限为-40℃下的测量值，并未涉及止裂和疲劳强度。专利CN106811704A提出一种屈服强度500MPa级桥梁结构钢及其生产方法，其强度级别达到了500MPa级，其冲击吸收能量仅限为-40℃下的测量值，其轧制工艺与本专利技术不同，其产品性能并未涉及止裂和疲劳强度。专利CN105385955A提出一种屈服强度500MPa级焊接结构钢及其生产方法，其强度级别达到了500MPa级，其冲击吸收能量仅限为-40℃下的测量值，其轧制工艺与本专利技术不同，其产品性能并未涉及止裂和疲劳强度。专利CN107326304A提出一种屈服强度500MPa级桥梁结构钢及其生产方法，其强度级别达到了500MPa级，其冲击吸收能量仅限为-40℃下的测量值，其轧制工艺与本专利技术不同，其产品性能并未涉及止裂和疲劳强度。专利CN103014554B提出一种屈服强度500MPa级桥梁结构钢及其生产方法，其强度级别达到了500MPa级，其冲击吸收能量仅限为-60℃下的测量值，其厚度规格仅限于10-25mm，其产品性能并未涉及疲劳强度。
技术实现思路
本专利技术提供高止裂和疲劳强度厚钢板及其制备方法，通过采用低C、低S、Nb+Ti微合金化、复合添加Cr、Cu、Ni、Mo的成分设计及控制轧制和控制冷却工艺，生产具有优良低温(-60℃)韧性和屈服强度级别为500MPa、在300MPa主拉伸应力下止裂温度低于-35℃，拉应力循环200万次疲劳强度大于160MPa、最大厚度为60mm钢板。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种高止裂和疲劳强度厚钢板，用于桥梁结构，钢板的化学组成按照重量百分比计包括：C0.05-0.07％，Si0.10-0.20％，Mn1.40-1.60％，Nb0.04-0.06％，Ti0.01-0.02％，Cu0.30-0.35％，Cr0.27-0.31％，Ni0.4-0.5％，Al0.01-0.04％，Mo0.06-0.11％，P≦0.010％，S≦0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；钢板的碳当量指数Ceq≤0.44，冷裂纹敏感性指数Pcm≤0.19％；钢板300MPa主拉伸应力下止裂温度低于-35℃，200万次疲劳强度σ0(2×106)大于160MPa，-60℃冲击韧性AKV2(-60℃)大于250J。对本专利技术钢所包含化学成分作进一步说明如下：C：碳是较强的固溶强化元素，是影响高强钢力学性能的主要元素之一，当碳含量低于0.04％时强度低，但含量过高会恶化钢板的塑性、低温韧性和焊接性，本专利技术碳上限值为0.07％。Si：硅在炼钢过程中可作为脱氧剂和还原剂，具有一定的固溶强化作用。但含量过高对钢板的低温韧性和焊接性不利，本专利技术硅含量控制在0.1～0.20％。Mn：锰元素对提高钢的强度、改善低温韧性、降低钢的韧脆转变温度有重要作用，且成本低廉。但过高的锰易造成铸坯的偏析，使轧后钢板产生不易消除的带状组织，降低钢板的横向性能和抗层状撕裂性能，本专利技术锰含量控制在1.4～1.6％Nb：铌是细晶强化的关键元素之一，其通过两种途径来细化晶粒，一是铌对奥氏体再结晶有明显的延迟作用，提高再结晶温度，防止再结晶奥氏体晶粒长大；二是随着轧制温度的降低，铌的碳、氮化物可以在奥氏体向铁素体转变前弥散析出，成为铁素体的形核质点，使铁素体在较小的过冷度下形成，不易长大，从而细化铁素体晶粒。作为非再结晶温度区间扩大的铌元素，通过细化晶粒来提高大角度晶界面积和分数，进而改善钢板的止裂韧性，本专利技术铌含量控制在0.04～0.06％。Ti：微量钛与钢中的C、N结合，形成细小稳定的C、N化物颗粒，在板坯加热过程中可有效阻止奥氏体晶粒的粗化，钛的氮化物在焊接时可以抑制焊接热影响区的晶粒粗化，从而改善基体金属和焊接热影响区的低温韧性，本专利技术钛含量控制在0.01～0.02％。Ni：镍能有效改善钢的低温韧性和耐腐蚀性能，但随着镍含量的增多，生成成本会显著增加，本专利技术镍含量控制在0.4～0.5％。Cu：铜是奥氏体稳定化元素，适量的铜可以提高钢板的强度和耐腐蚀性能，但加入过多易造成钢的热脆，破坏钢板表面质量，本专利技术铜含量控制在0.10～0.35％。Cr：铬能显著提高钢的强度，但同时降低钢的塑性和韧性。铬还可提高钢的抗氧化和耐腐蚀性能，本专利技术铬含量控制在0.27～0.31％。Al：铝是重要的脱氧元素，微量的铝可有效减少钢中的夹杂物含量，并细化晶粒，但过多的铝会增加铸坯表面产生裂纹的倾向，本专利技术铝含量控制在0.02～0.05％。上述高止裂和疲劳强度厚钢板的制备方法，包括铁水预脱硫处理，转炉炼钢，钢包精炼，真空脱气，连铸，连铸板坯再加热、保温、粗轧、中间坯控制冷却、精轧、成品钢板控制冷却，其中：(1)连铸板坯再加热过程中，加热温度为1150-1200℃，保温120-240min；(2)粗轧阶段开轧温度为1000-1070℃，中间板坯经水冷，冷却速率不低于10-30℃/min，中间坯上下表面终冷温度不低于800℃；(3)精轧阶段开轧温度为800-830℃，精轧总压下率≥50％；(4)成品钢板控制冷却过程中，冷却速率控制在5～30℃/s，终冷温度控制在200-400℃，后空冷至室温。进一步，所述的高止裂和疲劳强度厚钢板的制备方法制得的钢板的最大厚度为60mm。与现有技术相比，本专利技术在于：(1)合理的成分设计。本专利技术采用了超低C、Nb+V+Ti微合金化、复合添加Cr、Cu、Ni、Mo的成分设计，并对钢中的有害元素P、S进行上限控制，以提高钢的纯净度，改善钢的韧性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高止裂和疲劳强度厚钢板，用于桥梁结构，其特征在于，钢板的化学组成按照重量百分比计包括：C 0.05‑0.07％，Si 0.10‑0.20％，Mn 1.40‑1.60％，Nb 0.04‑0.06％，Ti 0.01‑0.02％，Cu 0.30‑0.35％，Cr 0.27‑0.31％，Ni 0.4‑0.5％，Al 0.01‑0.04％，Mo 0.06‑0.11％，P≦0.010％，S≦0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；钢板的碳当量指数Ceq≤0.44，冷裂纹敏感性指数Pcm≤0.19％；钢板300MPa主拉伸应力下止裂温度低于‑35℃，200万次疲劳强度σ0(2×106)大于160MPa，‑60℃冲击韧性AKV2(‑60℃)大于250J。

【技术特征摘要】
1.一种高止裂和疲劳强度厚钢板，用于桥梁结构，其特征在于，钢板的化学组成按照重量百分比计包括：C0.05-0.07％，Si0.10-0.20％，Mn1.40-1.60％，Nb0.04-0.06％，Ti0.01-0.02％，Cu0.30-0.35％，Cr0.27-0.31％，Ni0.4-0.5％，Al0.01-0.04％，Mo0.06-0.11％，P≦0.010％，S≦0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；钢板的碳当量指数Ceq≤0.44，冷裂纹敏感性指数Pcm≤0.19％；钢板300MPa主拉伸应力下止裂温度低于-35℃，200万次疲劳强度σ0(2×106)大于160MPa，-60℃冲击韧性AKV2(-60℃)大于250J。2.一种高止裂和疲劳强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东升，程丙贵，曲锦波，
申请(专利权)人：江苏省沙钢钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32