高Ti700MPa级工程机械用宽厚钢板及生产方法技术

一种高Ti700MPa级工程机械用宽厚钢板及生产方法，属于高强度焊接结构钢技术领域。钢板化学成分重量百分数为：C：0.04～0.09%，Si：0.05～0.40%，Mn：1.80～2.30%，P：≤0.013%，S：≤0.003%，Ti：0.06～0.13%，N：≤0.0050%；余量为Fe及不可避免的杂质。通过精确控制Ti含量，结合热机械轧制及在线超快速冷却技术，无需通过后续热处理，获得优异的力学性能的700MPa级别10-40mm宽厚钢板，其屈服强度为586MPa～610MPa，抗拉强度为707MPa～735MPa，延伸率＞18%，-20℃冲击功≥220J，-60℃冲击功≥170J。同时钢板具有良好的焊接性能；并且，生产流程短，生产成本低，绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
高Ti700MPa级工程机械用宽厚钢板及生产方法
本专利属于高强度焊接结构钢
，特别是涉及一种高Ti700MPa级工程机械用宽厚钢板及生产方法。
技术介绍
在工程机械和钢结构领域，近年来对低屈强比的高强度钢板需求量逐渐增加，同时对钢板的焊接性能、冷加工性能等提出了更高的要求。Ti是低合金高强度钢中的重要微合金元素之一。根据添加的Ti含量一般分为三类：微Ti含量（0.010%-0.020%），中等Ti含量（0.020%-0.040%），高Ti含量（0.040%-0.15%）。微Ti含量重要用于钢的微Ti处理工艺，对于改善钢坯质量，限制加热过程奥氏体晶粒长大，改善低温韧性等方面具有良好的作用。中等Ti含量主要用于优化焊接过程中TiN的析出物的尺寸和分布，改善焊接热影响区低温韧性。高Ti含量主要通过TiC粒子和Ti(C,N)粒子在不同阶段的沉淀析出改善钢板的组织和性能。具体可以表现为：（1）加热过程高温奥氏体化时稳定的TiN和Ti(C,N)粒子，抑制奥氏体的过分长大；（2）高温轧制过程中TiC和Ti(C,N)粒子的形变诱导析出，细化奥氏体再结晶晶粒，在相同的变形量和变形温度的条件下获得更为细小的再结晶晶粒；（3）轧后奥氏体/铁素体相变过程TiC粒子的相间沉淀以及后续TiC在铁素体相中的过饱和析出的沉淀强化作用。钛化合物稳定性递减顺序为TiN→Ti4C2S2→Ti(CN)→TiC，即当钛量较低时，几乎全部用于形成TiN(ω(Ti)≈3.4×ω(N))，不能形成Ti4C2S2，钢中的硫以MnS形态存在。而当钛量增加超过3.4×ω(N)，开始形成Ti4C2S2。此时MnS与Ti4C2S2并存.当钛含量增加到可将钢中的氮和硫元素全部被固定时，即ω(Ti)=3.4ω×(N)+3×ω(s)时，MnS将全部被Ti4C2S2所代替，此时钛的析出强化作用很小。当钛含量继续增加时，多余的钛将形成TiC，TiC粒子在相间或相变后在铁素体内析出.其尺寸非常细小(10nm以下)，能产生强烈的沉淀强化效果。因此高Ti强化的钢板其强化效果决定于钢中高温时固溶Ti的含量，称之为有效Ti含量（有效Ti含量可以使用以下公式进行估算，Tieff=Tit-3.42×N-3×S，公式中各元素采用重量百分比带入）。目前Ti作为主要强化合金元素添加的工艺大多数是使用在热连轧过程中，在中厚板的成分设计中作为主要的合金元素来使用的鲜有报道。如申请号为CN200610123458.1、CN200910038833.6、CN201010034472.0、CN201210567654.3的专利中均报道了一种使用Ti作为主要合金元素，采用热连轧+高温卷曲技术生产高强度热轧卷板的技术。涉及高强度耐候钢板、高强度双相钢、高强度汽车板以及工程机械用钢板等领域。申请号为CN200710031549.7和CN200710032112.5的专利分别给出了700MPa和550MPa级别钢板Ti加入量的确定方法。是基于热轧卷板生产工艺建立Ti加入量、杂质元素含量与钢板强度之间的经验公式。公开号为CN102676927A的专利中给出了一种高Ti微合金化中厚板及其制备方法。其中其Mn含量为0.30-1.80wt%，与本专利中的Mn元素含量有明细差异。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高Ti700MPa级工程机械用宽厚钢板及生产方法，采用Ti替代目前钢中常用的Nb元素，利用其与Nb类似的形变诱导析出作用促进再结晶过程中钢的原奥氏体晶粒细化；同时采用Ti的析出物作为主要强化元素利用析出强化提高钢的强度。本专利技术中所涉及到的高Ti含量700MPa级工程机械用宽厚钢板的化学成分为：C：0.04～0.09%，Si：0.05～0.40%，Mn：1.80～2.30%，P：≤0.013%，S：≤0.003%，Ti：0.06～0.13%，N：≤0.0050%；余量为Fe及不可避免的杂质。本专利技术中的各元素作用碳（C）：C作为间隙原子，在钢中强化明显固溶强化作用，可以显著提高钢的强度，但较高的C含量损害钢的低温冲击韧性和焊接性能。C可以与钢中的Mo、V、Nb、Ti等元素形成析出物，通过析出强化提高钢才强度。在强水冷条件下，C可以提高钢的淬透性，得到高强度的马氏体组织。本专利技术中C元素的主要作用是与固溶的Ti元素结合，在奥氏体/铁素体相变过程中生成TiC粒子，考虑到钢的低温韧性和焊接性能，碳含量范围设定为0.04～0.09%。硅（Si）：Si是作为脱氧剂加入钢中的，固溶的Si原子可以明显提高铁素体的强度，但Si含量提高会明显降低HAZ区韧性。因此本钢种Si含量设定为0.05～0.40%。锰（Mn）：Mn元素在钢中具有一定的固溶强化作用，在低碳钢中当Mn含量达到1.8%以上时，可以明显促进针状铁素体、准多边形铁素的生成。本专利技术中Mn含量设定为1.80～2.30%。钛（Ti）：Ti是本专利技术中的最为重要的合金元素，在本设计中形变诱导析出和奥氏体/铁素体转变过程中相间沉淀的TiC粒子作为主要的析出强化因素。当Ti含量较高时，除去高温区与生成的TiN、Ti4C2S2、Ti(C,N)粒子外，剩余固溶的Ti在较低温度形变过程中以TiC的形式在形变带内部析出（30-50nm），可以抑制钢的再结晶晶粒长大从而提高钢板未再结晶温度，促进奥氏体扁平化。在奥氏体到铁素体相变过程中TiC在铁素体中的固溶度降低，在相变过程中奥氏体/铁素体相界面前沿TiC粒子呈点状析出（＜10nm），TiC析出物见图1。由于钢中的Ti与N、S等元素结合力强，高温下已经形成氮化物和硫化物的Ti元素在后续过程中无法转变为有用的TiC粒子，因此钢中的实际Ti含量和起到强化作用的有效Ti含量之间存在以下关系，（Tieff=Tit-3.42×N-3×S，公式中各元素采用重量百分比带入）。钢中S元素典型含量约为0.0020%，N元素典型含量约为0.0040%，通过公式可知Tieff=Tit-0.02（%），同时考虑到铁素体中约有0.02%的Ti无法形成TiC析出，且TiC形式析出的Ti需要达到0.02%以上时才能有较好的析出强化作用，因此钢中的Ti含量添加必须大于0.06%。同时Ti含量达到0.13%时，TiC析出量过多导致钢中的析出强化强烈，显著降低钢板的韧性。因此此设计中Ti的含量为0.06-0.13%。磷（P）：P为钢中主要杂质元素之一，P含量的增加会显著降低钢的塑性和焊接性能，因此对于高强度等级钢板其P含量大多控制在0.013%以下。硫（S）：S在通常的钢中会与Mn结合形成MnS夹杂物，在高Ti含量的钢中在高温时先于Mn与Ti结合形成Ti4C2S2粒子，从而降低钢中有效Ti的含量。因此本设计中S含量≤0.003%铝（Al）：Al是钢中的主要脱氧元素，与N元素结合所得到的AlN颗粒可以细化奥氏体晶粒尺寸。但钢中的AlN也是主要的夹杂物来源之一，因此Al含量一般控制在0.04%以下。氮（N）：N在钢中与Ti、Al等元素结合形成氮化物，成为夹杂物的来源之一，降低钢的韧性。本设计中由于添加的Ti含量明显高于普通钢种，形成大颗粒TiN粒子的几率明显提高，因此本设计中N含量需要控制在0.005以下。本专利技术的生产工艺及其控制的技术参数如下：（1）冶炼工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高Ti700MPa级工程机械用宽厚钢板，其特征在于：钢板化学成分重量百分数为：C：0.04～0.09％，Si：0.05～0.40％，Mn：1.89～2.30％，P：≤0.013％，S：≤0.003％，Ti：0.06～0.13％，N：≤0.0050％；其余为Fe和不可避免的杂质；该700MPa级别10-40mm规格宽厚钢板的抗拉强度为700-750MPa，屈服强度Rp0.2为580-630MPa，-20℃冲击功≥220J，-60℃冲击功≥170J，韧脆转变温度≤-75℃，铁素体晶粒度评级结果≥13级，屈强比≤0.86。2.一种权利要求1所述钢板的生产方法，其特征在于，(1)冶炼工艺采用铁水脱硫→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼工艺路线；严格控制板坯成分C：0.04～0.09％，Si：0.05～0.40％，Mn：1.89～2.30％，P：≤0...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹扬，张苏渊，顾林豪，刘春明，王全礼，隋鹤龙，姜中行，刘建明，宋欣，王根矶，
申请(专利权)人：首钢总公司，
类型：发明
国别省市：