[发明专利]一种高均匀塑性变形的高强度中厚钢板及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种高均匀塑性变形的低成本高强度中厚钢板及其生产方法，该生产方法适用于钢质洁净度高、能实现大压下轧制和高冷速冷却的宽厚板生产线。

背景技术

传统技术中，生产屈服强度超过550Mpa的中厚钢板成分设计方面普遍综合添加Nb、V、Ni、Cr、Mo、Cu等贵重金属，生产工艺上采用控制轧制控制冷却+回火或者调质等其他热处理手段，工序成本高，且其屈强比为0.92-0.98。屈强比是表征材料因过载而发生整体均匀塑性变形能力的力学参量，其与材料的加工硬化能力密切相关。随着各种机械、桥梁、建筑、管线和海洋平台等基础设施或装备用钢的需求量越来越大，质量性能要求越来越高，钢板不仅要求具有较高的强度，同时需要良好的低温韧性、高均匀塑性变形能力、抗疲劳性能和抗断裂特性等。因此开发具有低屈强比、高均匀塑性变形能力、高强韧性、良好抗震性的经济型高强度中厚钢板具有重要的意义。

在本发明前，专利号为CN103725973A的低成分低Pcm值800MPa级高强钢及其生产方法，合理设计低Pcm值高强度钢成分体系，在不添加Ni、Mo、Cu等合金的前提下，采用低C、适当的Mn及Cr，合理添加微合金元素Nb、V及微量元素B，通过严格的两阶段控制轧制、轧制后使用“UFC+ACC”联合冷却及后续回火处理，综合利用合金元素Mn、Cr、Nb及V在钢板轧制、冷却及回火过程中的各种强化作用所生产的低焊接裂纹敏感性抗拉强度800MPa级高强度钢。与本发明相比，该专利生产钢板经过回火处理，生产成本高，自然资源消耗更多。

专利号为CN103952643A的一种屈服强度690MPa级低屈强比钢板及其制备方法，与本专利比，该发明(1)采用Ni、Mo微合金元素，合金成本高；(2)O≤20ppm、H≤2ppm，要求炼钢连铸设备配置高，工艺控制极其严格，工艺控制成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高均匀塑性变形的低成本高强度中厚钢板及其生产方法。

本发明化学成分采用简单的Cr、Nb、B的微合金化设计，按重量百分比为C：0.03-0.10％，Si：0.1-0.5％，Mn：1.7-2.0％，P≤0.008％，S≤0.006％，Al：0.02-0.05％，Cr：0.3-0.8％，Nb：0.08-0.12％，Ti：0.01-0.02％，余量为Fe及不可避免的夹杂。

各元素作用如下：

C：选择为0.03-0.1％。碳含量对钢材的强度、韧性和焊接性能都有影响。必要的碳含量起到固溶强化的作用，与加入的Nb、Ti元素作用，析出微合金碳化物，起到抑制再结晶和析出强化的作用。

Si：选择为0.1-0.5％。Si是炼钢脱氧的必要元素，且以固溶强化形式提高钢的强度；含量太低脱氧效果不佳，含量太高会降低韧性，可焊性较差。

Mn：选择为1.5-2.0％。Mn是固溶强化和提高钢板抗拉强度的最重要元素，在调质钢中还能降低奥氏体向铁素体转变温度，扩大奥氏体相区，有利于控轧过程中对晶粒尺寸的控制，获得细小组织，利于低温韧性的改善，且其成本低廉，应用经济，因此本发明中把Mn左右主要合金元素。

Al：选择为Al：0.02-0.05％。Al为脱氧元素，形成AlN有效硅细化晶粒，与Si相似，含量不足，脱氧效果很差，太高则影响韧性。

Nb：选择为0.08-0.12％。Nb能够有效地抑制奥氏体再结晶，提高再结晶温度，扩大未再结晶区范围，为精轧阶段控制轧制加大压下量来细化最终组织提供保证。其中，固溶铌的细小碳氮化物对奥氏体晶界及亚结晶起到钉扎拖曳作用，在冷却过程中，部分固溶铌可以在贝氏体中析出碳氮化物，起到析出强化的作用。

Ti：选择为0.01-0.02％。钛除了固定氮元素，还可以阻止加热、轧制和焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。

S和P：选择为≤0.010％和0.006％。P、S均为有害元素，严格控制P、S含量有利于提高钢板的低温韧性。

Cr：选择为0.5-0.9％，增加钢板淬透性，提高钢板强度，增加马氏体/铁素体板条间位相差，改善低温韧性；能与C和P反应，在表面一层很薄的硬层，改善钢板硬度和耐磨性能。

B：选择为0.001-0.002％，显著增加钢板的淬透性，价格低廉，经济实惠，加入过多对钢板韧性和焊接性能不利。

本发明的采用的生产工艺如下：

(1)电炉冶炼方坯，加热温度1250℃，保温时间1.5-2h，使0.08-0.12％Nb、Cr等元素能够充分固溶，奥氏体化充分；