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1、10申请公布号CN104109801A43申请公布日20141022CN104109801A21申请号201410369625522申请日20140730C22C38/12200601C21D8/0220060171申请人宝山钢铁股份有限公司地址201900上海市宝山区富锦路885号72发明人刘自成施青吴勇74专利代理机构上海开祺知识产权代理有限公司31114代理人竺明54发明名称高韧性、抗PWHT软化脆化的钢板及其制造方法57摘要高韧性、抗PWHT软化脆化的钢板及其制造方法，其成分重量百分比为C015019、SI030、MN140170、P0013、S0003、NI005030、V00901。
2、5、AL0010、N00150030、CA0001000040、余FE和不可避免杂质；本发明采用高C高MN极低AL的低合金钢成分体系，结合高V、高N合金化，CEQ048、ALS0010，N/V016、NV00013、5CMNP0029及MNV/T0006，CA/S100300，CAS02825103，优化控轧及后续热处理工艺，获得优良的低温韧性、强韧性匹配、焊接性改善型及抗多重PWHT软化与脆化的钢板。51INTCL权利要求书1页说明书7页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书7页附图1页10申请公布号CN104109801ACN104109801A1/1。
3、页21高韧性、抗PWHT软化脆化的钢板，其成分重量百分比为C015019SI030MN140170P0013S0003NI005030V009015AL0010N00150030CA0001000040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N/V016；NV00013；MNV/T0006，其中T为钢板厚度，单位为MM；5CMNP0029；CA/S在1030之间，且，CAS02810103；CEQ048，其中，CEQCMN/6CUNI/15CRMOV/5；获得的钢板组织为均匀细小的铁素体珠光体，平均晶粒尺寸在10UM以下。2如权利要求1所述的高韧性、抗PWHT软化脆化的钢。
4、板的制造方法，其特征是，包括如下步骤1冶炼、铸造按权利要求1所述的成分冶炼，铸造采用连铸，连铸工艺采用凝固末端轻压下技术，连铸轻压下率控制在37之间，控制中间包浇注温度在15001550；2板坯加热温度11801280，板坯出炉后采用高压水除鳞，除鳞不尽可反复除鳞；3轧制第一阶段为普通轧制，板坯除磷结束后，输送到粗轧机架，进行连续不间断轧制；第二阶段采用再结晶控制轧制，控轧开轧温度1000900，轧制道次压下率7，再结晶区累计压下率60，终轧温度700800；4正火钢板正火温度控制在880920，正火保持时间为5MIN20MIN，正火后钢板自然空冷至室温；其中保持时间为钢板中心达到正火温度后的。
5、计时时间；5回火钢板回火温度控制在600650之间、回火保持时间为25MIN45MIN，回火后钢板自然空冷至室温；其中保持时间为钢板中心达到回火温度后的计时时间。权利要求书CN104109801A1/7页3高韧性、抗PWHT软化脆化的钢板及其制造方法技术领域0001本发明涉及低碳高强度低合金钢，特别涉及一种高韧性、抗PWHT软化脆化的钢板及其制造方法，其屈服强度485MPA、抗拉强度600MPA、40的CHARPY横向冲击功单个值47J、焊接性改善型的低温结构及移动容器用钢，主要用于海洋风塔结构、寒地区域桥梁结构、尤其移动容器储罐承压结构的制造用材。背景技术0002众所周知，低碳高强度低合金钢。
6、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、船舶制造、桥梁结构、锅炉压力容器、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，人们对钢的强韧性、焊接性提出更高的要求，即在维持较低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，以减少钢材的用量而节约成本，减轻钢构件自身重量、稳定性和安全性。0003目前世界范围内掀起了发展新一代高性能钢铁材料的研究高潮，通过合金组合设计、革新控轧/TMCP技术及热处理。
7、工艺获得更好的显微组织匹配，从而使钢板得到更高的强度韧性匹配、抗HIC及SCC性能、更优良的焊接性；本发明钢板正是采用上述技术，低成本地开发出综合力学性能优异的低温结构用钢。0004现有技术制造40的低温横向冲击韧性单个值47J的厚钢板时，一般均要在钢中添加一定量的贵重合金元素CU与NI有时可能还添加少量的元素MO、NB与TI微合金化，采用TMCP工艺，以确保母材钢板具有优异的低温韧性。0005如铁钢，VOL73，1987，S610；铁钢，VOL72，1986，S1153；THEFIRTH1986INTERNATIONALSYMPOSIUMANDEXHIBITONOFFSHOREMECHANI。
8、CSANDARCTICENGINEERING，1986，TOKYO，JAPAN，P354；川崎制铁技报，1985，P168；ACCELERATEDCOOLINGROLLEDSTEEL，1986，P209；ACCELERATEDCOOLINGROLLEDSTEEL，1986，P249；KAWASAKISTEELTECHNICALREPORT，1999，NO40，P56；KAWASAKISTEELTECHNICALREPORT，1993，NO29，P54；住友金属，VOL50，NO11998，P26；钢铁研究日文，1984，第314号，P19。0006现有大量专利文献只是说明如何实现母材钢板的低温。
9、韧性，对于如何在焊接条件下，获得优良的热影响区HAZ低温韧性说明得较少，尤其采用大线能量焊接时如何保证热影响区HAZ的低温韧性少之又少。如日本专利昭6393845、昭6379921、昭60258410、特平开4285119、特平开4308035、平3264614、平2250917、平4143246及美国专利USPATENT4855106、USPATENT5183198、USPATENT4137104。0007还有如中国专利ZL2012102096372、ZL201110071407X、ZL2010102049705所公开的正火型低温钢，其为了获得优良的低温韧性，采用合金组合设计，添加CU、NI。
10、有时也添加少量的MO，微NB、TI合金化，获得了优良的低温韧性与焊接性；但钢板的制造成本较说明书CN104109801A2/7页4高，更重要的是对于焊后反复高温正火、长时间高温回火时，钢板发生较为严重的软化与脆化，不能满足高速运动的移动容器罐筒体及封头用钢的需要。发明内容0008本发明的目的在于提供一种高韧性、抗PWHT软化脆化的钢板及其制造方法，钢板屈服强度485MPA、抗拉强度600MPA、40的CHARPY横向冲击功单个值47J、焊接性改善型的低温结构及移动容器用钢，主要用于海洋风塔结构、寒地区域桥梁结构、尤其移动容器储罐承压结构的制造用材。0009正火回火状态60公斤级高强度、抗多重P。
11、WHT软化与脆化型低温用钢是厚板产品中难度大、技术含量高的品种之一；其原因是在正火回火条件下，改善焊接性与高屈服强度/抗拉强度之间的矛盾、高屈服强度/抗拉强度与优良的抗多重焊后热处理PWHT软化与脆化之间的矛盾、超低成本制造与优良的低温韧性、焊接性改善及抗多重PWHT软化与脆化特性之间的矛盾；因此为解决上述矛盾，本发明充分挖掘成分设计与正火回火热处理匹配的潜力。0010本发明合金组合设计入手，采用了一种高C高MN极低AL的低合金钢成分体系中，采用高、V高N合金化，碳当量CEQ048、ALS0010，控制N/V016、NV00013、5CMNP0029及MNV/T0006，CA处理且CA/S比控。
12、制在100300之间及CAS02825103，优化控轧及后续热处理工艺，获得优良的低温韧性、强韧性匹配、焊接性改善型及抗多重PWHT软化与脆化的钢板，特别适宜于海洋风塔结构、寒地区域桥梁结构、尤其移动容器储罐承压结构的制造用材，并且能够实现低成本稳定批量工业化生产。0011具体的，本发明的高韧性、抗PWHT软化脆化的钢板，其成分重量百分比为0012C0150190013SI0300014MN1401700015P00130016S00030017NI0050300018V0090150019AL00100020N001500300021CA00010000400022其余为FE和不可避免的夹杂。
13、；且上述成分必须同时满足如下关系0023N/V016，保证均匀细小的VN粒子从钢中析出，并以弥散的状态分布在钢中，细化钢板的显微组织，最大化VN析出强化，实现钒氮钢复合强化与韧化效能的同时，钢板在多重PWHT过程中，抵抗VN粒子OSTEWILD熟化，改善钢板的低温韧性及抗多重PWHT软化与脆化特性。0024NV00013，保证数量足够的细小均匀VN在钢中析出，钉轧奥氏体晶粒长大、促进铁素体在VN粒子上形核，细化钢板显微组织，改善钢板的低温韧性与抗多说明书CN104109801A3/7页5重PWHT软化与脆化特性。0025MNV/T0006，其中T为钢板厚度；保证无论何种厚度的钢板，数量足够的V。
14、N粒子皆以细小均匀的状态从钢中弥散析出，回补因随着板厚变化而导致的钒氮复合强韧化效能的变化，保证所有厚度钢板钒氮复合强韧化作用最大化，提高钢板强度、低温韧性及抗多重PWHT软化与脆化特性。00265CMNP0029，控制高碳、高MN钢水凝固宏观、板宏观偏析，降低钢板内部尤其钢板中心部位的偏析程度，确保钢板低温冲击韧性、抗多重PWHT软化与脆化特性及优良的焊接性。0027CA/S在1030之间且CAS02810103；钢中夹杂物含量较少且均匀细小地弥散在钢中，改善钢板的低温韧性、均匀延伸率及焊接性，尤其改善焊接HAZ断裂韧性。0028获得的钢板组织为均匀细小的铁素体珠光体，平均晶粒尺寸在10UM。
15、以下。0029在本发明成分设计中0030碳对钢板低温冲击韧性及焊接性影响很大，从改善钢板的低温冲击韧性及焊接性角度，希望钢中C含量比较低为宜；但从正火回火钢板的抗拉强度，更重要的从热轧过程和正火过程的显微组织控制角度，C含量不宜过低，过低C含量导致奥氏体晶界迁移率较高，这给热轧和正火的均匀细化组织带来较大问题，易形成混晶组织，同时过低C含量还造成晶界结合力降低，导致钢板低温冲击韧性低下、焊接热影响区低温冲击韧性劣化；综合以上的因素，C的含量控制在015019之间。0031SI促进钢水脱氧并能够提高钢板强度，但是采用AL脱氧的钢水，SI的脱氧作用不大，SI虽然能够提高钢板的强度，但是SI严重损害。
16、钢板的低温韧性与焊接性，尤其对抗多重PWHT软化与脆化特性损害更大，因此钢中的SI含量应尽可能控制得低，考虑到炼钢过程的经济性和可操作性，SI含量控制在030。0032MN作为合金元素在正火回火型钢板中具有重要的作用，MN不仅能够提高钢板强度尤其屈服强度，还具有扩大奥氏体相区，降低AC1、AC3、AR1、AR3相变点温度，细化钢板显微组织，改善钢板低温冲击韧性，用MN替代贵重合金元素NI生产优良低温冲击韧性钢板的首选元素，是正火回火型钢板不可缺少的合金元素；但是加入过多MN会增加钢板内部偏析程度，降低钢板力学性能的均匀性、低温韧性及焊接性偏析所致，且MN具有较强淬硬倾向，提高钢板的淬硬性，影响。
17、钢板较大热输入焊接性；而较小热输入焊接时，焊接热影响区易形成脆硬组织如马氏体、M/A岛等，综合考虑上述因素，MN含量控制在140170之间。0033P作为钢中有害夹杂对钢板的低温冲击韧性和焊接性具有巨大的损害作用；理论上要求越低越好，但考虑到炼钢条件、炼钢成本和炼钢厂的物流顺畅，要求P含量控制在0013。0034S作为钢中有害夹杂对钢板的低温韧性尤其横向低温韧性损害作用很大，更重要的是S在钢中与MN结合，形成MNS夹杂物，在热轧过程中，MNS的可塑性使MNS沿轧向延伸，形成沿轧向MNS夹杂物带，严重损害钢板的横向低温冲击韧性、Z向性能和焊接性，同时S还是热轧过程中产生热脆性的主要元素；理论上要。
18、求越低越好，但考虑到炼钢条件、炼钢成本和炼钢厂的物流顺畅原则，要求S含量控制在0003。说明书CN104109801A4/7页60035众所周知，NI不仅能够提高钢板大幅度提高正火回火型钢板低温韧性；更重要的是NI与微合金元素V形成复合叠加强化作用，大幅度提高钢板的屈服强度与抗拉强度，确保在较低碳当量条件下获得60公斤级高强度正火回火型钢板；此外添加适量的NI在强化、韧化正火回火型钢板的同时，不劣化钢板的焊接性；由此可见NI含量在一定范围内370添加得越多越好；但是NI是非常贵重合金元素，在能够确保性能条件下，添加的量越少越好；根据本发明钢种机理研究表明在碳当量低于048的条件下，为了获得60。
19、公斤级正火回火型钢板，NI含量适宜范围为005030。0036本发明采用钒、氮复合强韧化技术生产正火回火型钢板；为了获得60公斤级正火回火型钢板，需要添加一定数量的合金元素V，保证V与N结合形成VN，细化钢板显微组织的同时，实现VN最大程度的析出强化效果；因此V含量下限不能低于009，而过多加入V不仅增加制造成本，更重要的是恶化板坯表面质量、劣化钢板塑性、低温冲击韧性与焊接性，因此钢板V含量上限不能超过015。0037本发明采用钒、氮复合强韧化技术生产正火回火型钢板；为了获得60公斤级正火回火型钢板，需要添加一定数量的合金元素N，保证V与N结合形成VN，细化钢板显微组织的同时，实现VN最大程度。
20、的析出强化效果，更重要的是N的添加量不仅需要与V含量匹配，而且钢中N含量足以抑制VN粒子OSTEWILD熟化细小粒子溶解消失、粗大粒子进一步长大、粗化；因此钢中N含量控制在00150030之间。0038由于AL对N的化学亲合力大于V对N的化学亲合力，钢中的N容易与钢中AL结合，形成ALN粒子，导致V、N复合强韧化失效；因此为保证钢中N与V结合而非AL；因此AL控制在0010以下。0039对钢进行CA处理，一方面可以纯净钢液，另一方面对钢中硫化物进行变性处理，使之变成不可变形的、稳定细小的球状硫化物，抑制S的热脆性、提高钢板冲击韧性和Z向性能、改善钢板冲击韧性的各向异性。CA加入量的多少，取决于。
21、钢中S含量的高低，CA加入量过低，处理效果不大；CA加入量过高，形成CAO，S尺寸过大，脆性也增大，可成为断裂裂纹起始点，降低钢的低温韧性，同时还降低钢质纯净度、污染钢液。一般控制CA含量按ACRWTCA1124WTO/125WTS，其中ACR为硫化物夹杂形状控制指数，因此CA含量的控制范围为00010004。0040为改善60公斤级正火回火型钢板焊接性，降低焊接预热温度、适当拓宽焊接热输入量范围，钢板碳当量CEQ048，其中CEQCMN/6CUNI/15CRMOV/5。0041本发明的高韧性、抗PWHT软化脆化的钢板的制造方法，其包括如下步骤00421冶炼、铸造0043按权利要求1所述的成分。
22、冶炼，铸造采用连铸，连铸工艺采用凝固末端轻压下技术，以减轻连铸坯中心偏析，连铸轻压下率控制在37之间，控制中间包浇注温度在15001550；00442板坯加热温度11801280，保证高V、高N含量条件下VN完全固溶；板坯出炉后采用高压水除鳞，除鳞不尽可反复除鳞；00453轧制0046第一阶段为普通轧制，板坯除磷结束后，输送到粗轧机架进行连续不间断轧制，细化奥氏体晶粒；说明书CN104109801A5/7页70047第二阶段采用再结晶控制轧制，控轧开轧温度1000900，轧制道次压下率7，再结晶区累计压下率60，终轧温度700800；00484正火0049钢板正火温度控制在880920，正火保。
23、持时间为5MIN20MIN，正火后钢板自然空冷至室温；其中保持时间为钢板中心达到正火温度后的计时时间；00505回火0051钢板回火温度控制在600650之间、回火保持时间为25MIN45MIN，保证VN以均匀、细小、弥散状态析出；回火后钢板自然空冷至室温；其中，保持时间为钢板中心达到回火温度后的计时时间。0052本发明的有益效果是0053正火回火状态60公斤级高强度、抗多重PWHT软化与脆化型低温用钢是厚板产品中难度大、技术含量高的品种之一，尤其正火钢板和正火回火钢板在多重焊后热处理PWHT条件下，钢板一般均发生严重的软化钢板屈服强度、抗拉强度急剧下降与脆化钢板低温冲击急剧劣化；其原因是在正。
24、火回火条件下，改善焊接性与高屈服强度/抗拉强度之间的矛盾、高屈服强度/抗拉强度与优良的抗多重PWHT软化与脆化之间的矛盾、超低成本制造与优良的低温韧性、焊接性改善及抗多重PWHT软化与脆化特性之间的矛盾。0054因此为解决上述矛盾，本发明充分挖掘成分设计与正火回火热处理匹配的效能，运用钒氮复合强韧化技术，在添加少量贵重合金元素NI的情况下，生产出综合性能优良的抗多重PWHT软化与脆化的钢板，而且降低贵重资源消耗，降低制造成本。0055附图说明0056图1为本发明实施例A的钢板显微组织中VN弥散析出状态的照片。0057图2为本发明实施例A的钢板显微组织中VN弥散析出状态的照片。具体实施方式005。
25、8下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。0059本发明钢实施例参见表1，表2表4为本发明钢实施例的制造工艺。表5、表6为本发明实施例钢的性能。0060由图1、图2可知，通过成分、控轧及后续热处理工艺结合，得到钢板的显微组织为均匀细小的铁素体珠光体可能存在少量的粒状贝氏体，平均晶粒尺寸在10M以下，VN以均匀、细小、弥散状态析出。0061根据本发明钢板技术特点，本发明通过合理的合金元素的组合设计与再结晶控轧、热处理工艺相结合，钢板即可获得优异的低温韧性，而且钢板具有优良的焊接性、抗多重PWHT软化与脆化特性，因而节约了用户构件制造的成本，缩短了用户构件制造的时间。0062由于本发明钢板生产过。
26、程中不需要添加任何设备，制造工艺简洁、生产过程控制容易，合金设计简单、贵重合金元素添加量少，因此制造成本低廉，具有很高性价比。0063随着我国经济持续发展，对能源需求量越来越大，而发展清洁能源作为国家战略提出，清洁能源工程建设及相关装备制造用关键材料清洁能源运输设备移动容器用钢高焊接性、正火回火型低温、抗多重PWHT软化与脆化特性的钢板，具有广阔的市场前景。说明书CN104109801A6/7页80064表1单位重量百分比0065钢样CSIMNPSNIVALNCA实施例A0150261450013000140050090008001500040实施例B017030140001100030023。
27、0110010002200030实施例C0160181580009000070190100006001900016实施例D0180281620007000160170120005002300020实施例E0190211650008000220300150009003000010实施例F01801117000060001502601300070027000150066表200670068表300690070表400710072表5母材性能0073说明书CN104109801A7/7页90074表6模拟PWHT后性能00750076模拟PWHT工艺95045分钟615温度5小时。说明书CN104109801A1/1页10图1图2说明书附图CN104109801A10。