超低成本、高延伸率及抗应变时效脆化600MPa级调质钢板及其制造方法技术

超低成本、高延伸率及抗应变时效脆化600MPa级调质钢板及其制造方法，采用超低C‑Mn‑(Ti+Nb+V+B)微合金钢的成分体系作为基础，控制Mn/C≥22、(Ni+Mo+Cr)合金化、(％B)‑0.714{(％N)‑[0.292(％Ti)+0.518(％Al)×ξ]}≥6×10

Ultra low cost, high elongation and strain resistant aging embrittlement 600MPa grade quenched and tempered steel plate and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
超低成本、高延伸率及抗应变时效脆化600MPa级调质钢板及其制造方法
本专利技术涉及调质钢板及其制造技术，特别涉及一种超低成本、高延伸率及抗应变时效脆化600MPa级调质钢板及其制造方法，其抗拉强度≥610MPa、屈服强度≥490MPa、延伸率δ5(比例试样)≥25％、－40℃常规冲击韧性≥100J、－20℃时效冲击韧性(5％塑性应变形变×250℃×1小时)≥100J，具有优良焊接性。
技术介绍
众所周知，低碳(高强度)低合金钢是最重要工程结构材料之一，广泛应用于石油天然气管线、海洋平台、造船、桥梁结构、锅炉容器、建筑结构、汽车工业、铁路运输及机械制造之中。低碳(高强度)低合金钢性能取决于其化学成分、制造过程的工艺制度，其中强度、韧性和焊接性是低碳(高强度)低合金钢最重要的性能，它最终决定于成品钢材的显微组织状态。随着科技不断地向前发展，人们对高强钢的强韧性、强塑性匹配提出更高的要求，即在维持较低的制造成本的同时大幅度地提高钢板的综合机械性能和使用性能，以减少钢材的用量节约成本，减轻钢结构的自身重量、稳定性和安全性，更为重要的是为进一步提高钢结构安全稳定性和冷热加工性。目前日韩欧盟范围内掀起了发展新一代高性能钢铁材料的研究高潮，力图通过合金组合设优化计和革新制造工艺技术获得更好的组织匹配，使高强钢获得更优良的强韧性、强塑性匹配。传统的抗拉强度≥610MPa、钢板厚度>60mm的高强钢板主要通过离线调质工艺(Q+T)生产；但是对于钢板厚度≤60mm，也可以采用在线调质工艺(DQ+T)来生产；这就要求钢板必要具有一定的淬透性，即淬透性指数DI≥1.0×成品钢板厚度〖DI＝0.311C1/2(1+0.64Si)×(1+4.10Mn)×(1+0.27Cu)×(1+0.52Ni)×(1+2.33Cr)×(1+3.14Mo)×25.4(mm)〗，以确保钢板显微组织中含有一定数量的下贝氏体，保证钢板具有足够的强度、优良的低温韧性及沿板厚方向显微组织与力学性能的均匀；因而不可避免地向钢中加入较多数量的Cr、Mo、Ni、Cu等合金元素，导致钢板碳当量、冷裂纹敏感指数处于较高水平，严重影响钢板焊接性与钢板均匀延伸率(美国专利USPatent4855106、USPatent5183198、USPatent4137104、USPatent4790885、USPatent4988393、欧洲专利EP0867520A2)；众所周知，较低的延伸率不仅不利于钢板冷热加工性能，而且对钢板的抗疲劳性能、抗应力集中敏感性及结构稳定性影响较大；水电工程中的压力水管涡壳、低温储罐成型加工制作、火电汽轮发电机及海洋采油平台结构等疲劳重载结构上使用时，存在安全较大的隐患；因此大型球罐封头板、压力容器筒体、重载钢结构采用高强调质钢时，一般希望高强调质钢具有优良的强韧性、强塑性匹配，尤其对60公斤级调质钢板抗拉延伸率δ5在20％以上。现有大量专利文献只是说明如何实现母材钢板的强度和低温韧性，就改善钢板焊接能性，获得优良焊接热影响区HAZ低温韧性说明较少，更没有涉及如何在提高钢板抗拉强度的同时，提高钢板的抗拉延伸率及厚度方向力学性能均匀性(日本专利昭63－93845、昭63－79921、昭60－258410、特平开4－285119、特平开4－308035、平3－264614、平2－250917、平4－143246、、USPatent5798004、EP0288054A2、西山纪念技术讲座第159-160，P79～P80)。而较低的延伸率不仅不利于钢板冷热加工性能，而且对钢板的抗疲劳性能、抗应力集中敏感性及结构稳定性影响较大；水电工程中的压力水管和涡壳、火电汽轮发电机及海洋采油平台结构等疲劳重载结构上使用时，存在安全较大的隐患；因此大型疲劳重载钢结构采用高强调质钢时，一般希望高强调质钢具有优良的强韧性、强塑性匹配，尤其对60公斤级调质钢板抗拉延伸率δ5在20％以上，以保证复杂构件的机械加工。中国专利ZL201210077114.7，ZL201110181293.4，ZL201010113835.X，ZL200910196233.2，ZL200810042088.8，ZL200810042124.0等公开，其研究开发主要是解决600MPa级调质钢板的(超)高韧性、优良焊接性、低成本制造、特厚钢板规格拓展及特厚钢板厚度方向性能均匀性保证等问题，取得了重大突破与良好的效果，钢板实现批量工业化生产，并成功应用于国内外重大工程建设与重大装备制造，取得良好的供货业绩，部分品种替代进口，填补国内空白；但是对钢板抗SR脆化与软化涉及较少，对获得钢板优良的机械加工性能的机制研究不多，更没有涉及对SR处理前后钢板抗应变时效脆化特性研究及相关品种开发，也没有开发出优良的抗应变时效脆化、抗SR脆化与软化、高机械加工性能的600MPa调质钢板。中国专利ZL201610463494.6公开的“抗应变时效脆化与消除残余应力退火脆化特厚600MPa级调质钢板及其制造方法”，虽然钢板具有优良的抗应变时效脆化特性与消除残余应力退火脆化特性，但合金成较高，钢中加入大量的Cu、Ni与Mo，其中Ni、Mo含量较高，造成制造成本居高不下，影响该钢种市场竞争力与大批量使用(只能用在关键部位)，也不符合节能减排、低成本制造的发展方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超低成本、高延伸率及抗应变时效脆化600MPa级调质钢板及其制造方法，在获得优良的600MPa级调质钢板强度与低温韧性、高机械加工性能(即高塑性)及强韧性匹配的同时，钢板的焊接性、钢板沿钢板厚度方向强韧性均匀性也同样优异，并超低成本地解决了600MPa级调质钢板的应变时效脆化的问题，特别适用于制作水电压力水管、涡壳、水轮机部件(座环)、海洋平台、大型工程机械等大型钢结构与设备，并且能够实现低成本稳定批量工业化生产。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：本专利技术采用超低C-Mn-(Ti+Nb+V+B)微合金钢的成分体系作为基础，控制Mn/C≥22、(Ni+Mo+Cr)合金化、(％B)-0.714{(％N)-[0.292(％Ti)+0.518(％Al)×ξ]}≥6×10-4，优化控制轧制工艺及在12300≤[1/4(Ac1)+3/4(Ac3)]×(t淬火)≤15900条件下淬火及550～600℃温度之间回火，使成品钢板的显微组织为细小均匀的等轴铁素体晶粒+低碳下贝氏体，钢板平均晶粒尺寸在15μm以下，获得优良的强韧性、强塑性匹配的同时，钢板具有优良的抗应变时效脆化特性、焊接性及高机械加工性能。超低成本、高延伸率及抗应变时效脆化600MPa级调质钢板，其成分重量百分比为：C：0.040％～0.070％Si：≤0.20％Mn：1.60％～1.95％P：≤0.013％S：≤0.0030％Ni：0.10％～0.30％Cr：0.10％～0.30％Mo：0.10％～0.30％Nb：0.010％～0.030％V：0.030％～0.060％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.超低成本、高延伸率及抗应变时效脆化600MPa级调质钢板，其成分重量百分比为：/nC：0.040％～0.070％/nSi：≤0.20％/nMn：1.60％～1.95％/nP：≤0.013％/nS：≤0.0030％/nNi：0.10％～0.30％/nCr：0.10％～0.30％/nMo：0.10％～0.30％/nNb：0.010％～0.030％/nV：0.030％～0.060％/nTi：0.007％～0.013％/nAl：0.040％～0.070％/nB：0.0008％～0.0018％/nN：≤0.0050％/nCa：0.0010％～0.0040％/n其余为Fe和不可避免的夹杂；且上述元素含量必须同时满足如下关系：/nMn/C≥22；/n(％B)-0.714{(％N)-[0.292(％Ti)+0.518(％Als)×ξ]}≥6×10

【技术特征摘要】
1.超低成本、高延伸率及抗应变时效脆化600MPa级调质钢板，其成分重量百分比为：
C：0.040％～0.070％
Si：≤0.20％
Mn：1.60％～1.95％
P：≤0.013％
S：≤0.0030％
Ni：0.10％～0.30％
Cr：0.10％～0.30％
Mo：0.10％～0.30％
Nb：0.010％～0.030％
V：0.030％～0.060％
Ti：0.007％～0.013％
Al：0.040％～0.070％
B：0.0008％～0.0018％
N：≤0.0050％
Ca：0.0010％～0.0040％
其余为Fe和不可避免的夹杂；且上述元素含量必须同时满足如下关系：
Mn/C≥22；
(％B)-0.714{(％N)-[0.292(％Ti)+0.518(％Als)×ξ]}≥6×10-4，其中，ξ为N与Ti和Als亲和力相对指数，ξ取值为0.012；
12300≤[1/4(Ac1)+3/4(Ac3)]×(t淬火)≤15900，
其中，
Ac1(℃)＝723+25(％Si)-7(％Mn)+15(％Cr)-15(％Ni)+30(％W)+40(％Mo)+50(％V)；
Ac3(℃)＝910-203(％C)1/2+44.7(％Si)-15.2(％Ni)+31.5(％Mo)+104(％V)+13.1(％W)-[30(％Mn)+11(％Cr)+20(％Cu)-700(％P)-400(％Al)-120(％As)-400(％Ti)]；
其中，t淬火为淬火保持时间，单位为min，t淬火≥15min；
Ca与S之间的关系：Ca处理，Ca/S比在1.00～3.00之间，且(％Ca)(％S)0.18≤2.5×10－3。


2.如权利要求1所述的超低成本、高延伸率及抗应变时效脆化600MPa级调质钢板，其特征是，所述调质钢板的显微组织为细小均匀的等轴铁素体晶粒+低碳下贝氏体，钢板平均晶粒尺寸在15μm以下。


3.如权利要求1或2所述的超低成本、高延伸率及抗应变时效脆化600MPa级...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘自成，顾晔，吴勇，
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