一种 900MPa 级屈服强度调质钢板及其制造方法 技术领域 本发明属于钢铁冶金技术领域， 涉及一种钢的产品及生产方法， 具体是一种 900MPa 级屈服强度调质钢板及其制造方法。
背景技术 高强调质钢的开发应用已有几十年的历史， 由于具有高强度、 高可靠性以及可焊 接等特点， 广泛应用于各类机械、 建筑、 车辆、 船舶的重要结构件。为了满足其大型化、 轻量 化的发展要求， 调质钢向着更高的强度级别发展。
越来越多的大型工程结构对钢板性能的稳定性提出了更新更高的要求， 这就要求 钢板有良好稳定的原始组织， 要保证组织稳定， 则低合金调质钢应为首选， 因为最近钢铁的 发展趋势是成型和使用条件简单的工程项目一般选用控轧低合金高强钢 ； 但控轧低碳钢 在重复加热后组织易改变， 而低合金调质高强钢在重复加热、 变形、 冷却等任何复杂的条件 下， 组织都相对稳定， 对钢板的最终使用性能有较好的保证。
传统调质钢具有高碳量、 高合金成分以及高碳当量带来的成本偏高和焊接不理想 等缺点。
例如 “易焊接调质高强度钢板及其生产方法” ( 公开号 ： CN200610018011.8) 专利 中C： ≤ 0.15％， Si ： 0.15 ～ 0.50％， Mn ： 0.80 ～ 1.80％， P： ≤ 0.020％， S： ≤ 0.010％， Ni ： ≤ 1.20％， Cr ： ≤ 0.80％， Mo ： ≤ 0.60％， Nb ： ≤ 0.07％， B： ≤ 0.003％， Ti ： ≤ 0.03％， V： ≤ 0.08％， 余量为 Fe 和不可避免的杂质。 其成分设计思路中的合金很高， 成本上没有优势。 其设计淬火温度为 930-950℃， 回火温度为 580-670℃， 最终组织为回火索氏体。钢板的屈 服强度仅≥ 795MPa， 抗张强度≥ 830MPa， A ≥ 14％ ( 纵向 )， -20℃ AKv ≥ 34J( 纵向 )。其 再加热奥氏体温度较高， 不能获得细小的原始奥氏体晶粒， 其屈服强度偏低， 不能满足轻量 化的发展要求。
“一 种 低 合 金 超 高 强 度 钢 及 其 热 处 理 工 艺” ( 公开号 ： CN200610046693.3)， C： 0.3 ～ 0.6％， Si ： 0.1 ～ 0.4％， Mn ： 0.8 ～ 2.0％， P： ≤ 0.01％， S： ≤ 0.01％， Cr ： 0.80 ～ 2.00％， Mo ： 0.10 ～ 0.40％， Al ： 1.0 ～ 2.5％， 余量为 Fe 和不可避免的杂质。其高碳含量， 焊接不理想。
如上所述， 所期望的屈服强度在 900MPa 以上、 高韧性， 还兼有良好的焊接性能和 相对低廉的成本的钢板， 过去还没有更适宜的生产技术。
发明内容
本发明公开一种具有 900MPa 级屈服强度调质钢板及制造方法。使这种钢板在具 有高强度、 高韧性性能的前提下， 还兼有良好的焊接性能和相对低廉的成本特点。
本发明其化学组成成分为， 重量百分配比 ： C： 0.15 ％～ 0.25 ％， Si ： 0.15 ％～ 0.35 ％， Mn ： 0.75 ％～ 1.60 ％， P： ≤ 0.020 ％， S： ≤ 0.020 ％， Ni ： 0.08 ％～ 0.30 ％， Cu ： 0.20％～ 0.60％， Cr ： 0.30％～ 1.00％， Mo ： 0.10％～ 0.30％， Als ： 0.015％～ 0.045％， B：0.001％～ 0.003％， 余量为 Fe 和不可避免的杂质。
本发明在上述成分基础上可添加 Nb、 Ti、 V 等微量元素一种或二种以上， 总量不超 过 0.22％。
该钢板的制造方法为 ：
将按上述配比进行冶炼， 在 1220 ～ 1250℃下进行均热， 然后轧制， 终轧温度大于 850 ℃， 轧后空冷 ； 调质处理时加热温度为 860 ～ 910 ℃， 保温 5 ～ 60min 后水淬， 再进行 420 ～ 540℃回火， 随炉冷却到室温。
本发明采用适当的碳含量以减少水淬引起变形开裂， 同时较低的碳当量和合金 含量保证了钢板具有良好焊接性能本发明采用多种强化手段， 提高材料的强韧性， 以适当 的 C、 Cr、 Mo、 B 的含量， 获得最佳相变强化效果 ； 适当的加入 Nb、 Ti、 Cu 以达到弥散强化、 析出强化的效果， 加入适量的 Al 细化晶粒， 加入适量的 Ni 提高材料的韧性 ； 控制加热温度 (1220 ～ 1250℃ )、 终轧温度 ( 大于 850℃ )、 再加热奥氏体化温度 (860-910℃ )、 回火温度 及保温时间 (420 ～ 540℃， 保温 5 ～ 60min 后水淬 )， 获得细小的原奥氏体晶粒， 细小弥散 分布的析出相以达到强韧化效果。
按照以上本发明通过均衡控制钢的化学成分和热处理工艺， 可制造出 900MPa 级 屈服强度调质钢板。 本发明的元素的选择特点为
C 为了减轻水淬的开裂敏感性， 按重量百分比， 碳含量最大不宜超过 0.30％， 但C 元素是强化元素， 碳含量偏低将损害材料的强度， 选择碳含量在 0.15 ～ 0.25％。高强钢的 发展是逐步降低碳含量的过程， 碳含量的降低， 一方面有利于提高韧性， 同时可显著改善钢 板焊接性能。
Si 强化元素， 固溶于铁素体提高钢的屈服强度， 低于 0.15％， 会增加炼钢工序成 本。 高于 0.35％， 在这种成分组合中易使板坯产生难以去除的再生铁皮， 影响成品钢板的表 面质量。因此确定其范围为 0.15％～ 0.35％。
Mn 主要溶于铁素体起强化作用， 提高钢的淬透性， 又是钢中冶炼时必然存在的元 素。 根据要达到的强度级别水平确定其含量范围， 但使其低于 0.15％对冶炼要求高， 增加成 本。但含量太高时易引起偏析， 因此确定其范围为 0.75％～ 1.60％。
P 易于导致偏析， 对焊接性和成型性能不利。为保证焊接性和成型性能要求， 本发 明控制其低于 0.020％。
S 是有害元素， 从力学性能上来说， 自然是越低越好， 但过低会导致工序成本增加， 本发明控制其低于 0.020％。
Ni 是贵金属元素， 提高淬透性元素， 提高钢的强度且不降低其韧性， 其起到明显耐 腐蚀作用的范围是 1.0％以上， 适当加入这种元素主要还可防范板坯加热时表面 Cu 裂现 象。为控制成本， 限定其范围为 0.08％～ 0.30％。
Cu 对于提高耐蚀性有良好效果， 必要的含量是 0.20％， 但是含量超过 0.60％， 其 作用达到饱和， 因此限定其范围为 0.20％～ 0.60％。
Cr 强烈提高淬透性元素， 强碳化物形成元素， 与 Cu 配合使用提高钢的耐蚀性， 必 要的量是 0.30％， 因此限定其含量范围为 0.30％～ 1.00％。
Mo 提高淬透性元素， 强碳化物形成元素， 可以有效地提高钢的回火稳定性， 由于价
格昂贵， 含量不宜过高， 因此限定其含量范围为 0.10 ～ 0.30％。
用 B 代替部分 Mo， 适当降低回火温度来保障强度， 也可以进一步降低成本。
Als 传统的固氮元素， 形成 AlN 可以细化奥氏体晶粒， 因此限定其含量范围为 0.015％～ 0.045％。
Ti 强碳氮化物形成元素， 形成 TiN、 TiC 在均热和再加热过程中均可以阻止奥氏体 晶粒长大， 细化奥氏体晶粒。宜限定其含量范围为 0.010％～ 0.050％。
Nb 热轧时可以推迟奥氏体再结晶而达到细化晶粒的目的， 在随后冷却和热轧过程 中， NbCN 弥散析出， 起到析出强化作用， 提高强度。在再加热过程中， 阻止奥氏体晶粒长大。 由于 Nb 含量达到 0.07％时细化晶粒作用达到饱和。所以限定其含量上限为 0.07％， 范围 为 0.01％～ 0.07％。
本发明的工艺特点是加热温度限定在 1230±20℃， 在奥氏体再结晶区和非再结晶 区进行轧制， 1210℃是必要的温度， 而超过 1250℃， 能耗升高， 钢坯的氧化损失大。 所以确定 加热温度为 1230±20℃。
开轧温度限定在 1200℃以上， 钢的塑性好， 强度低， 易于轧制， 坯头尾不会因温差 而导致尺寸不良以及发生翘头、 瓢曲等形状不良而影响下步工序的正常进行。
终轧温度在大于 850℃， 轧后空冷 ； 终轧温度低于 850℃时， 轧机的负荷会增加， 终 轧温度高于 950℃， 晶粒细化不足， 影响强化效果， 而且钢板的横纵向性能差异变大。 所以本 发明终轧温度控制在 850 ～ 950℃。
本发明的调质处理时加热温度为 860 ～ 910 ℃， 保温 5 ～ 60min 后水淬， 再进行 420 ～ 540℃回火， 获得回火马氏体组织。加热温度大于 910℃， 奥氏体温度较高， 不能获得 细小的原始奥氏体晶粒， 不利于焊接工艺 ； 回火温度大于 550℃， 得不到回火马氏体组织， 屈服强度达不到 900MPa 级别。
本发明的成分的钢实现了较低的碳当量和合金成分设计， 并在严格控制铸坯 加热温度、 轧制和冷却参数， 钢板经调质处理后等工艺条件生产出的产品， 既可满足各 项力学性能指标， 又可降低成本， 同时具有良好的焊接性能。经检验本发明钢板达到了 Rel ≥ 900MPa， A ≥ 15％ ( 纵向 )。-40℃ AKv ≥ 21J( 纵向 )， 同时碳当量小于 0.60％， 具 有良好的焊接性能。 本发明钢具有高强度、 高韧性以及良好可焊接等特点， 还兼有成本低廉 的特点。 具体实施方式
本发明其化学组成成分为， 按重量百分配比 ： C： 0.15 ％～ 0.25 ％， Si ： 0.15 ％～ 0.35 ％， Mn ： 0.75 ％～ 1.60 ％， P： ≤ 0.020 ％， S： ≤ 0.020 ％， Ni ： 0.08 ％～ 0.30 ％， Cu ： 0.20％～ 0.60％， Cr ： 0.30％～ 1.00％， Mo ： 0.10％～ 0.30％， Als ： 0.015％～ 0.045％， B： 0.001％～ 0.003％， 余量为 Fe 和不可避免的杂质。
本发明在上述成分基础上可添加 Nb、 Ti、 V 等微量元素一种或二种以上， 总量不超 过 0.22％。
该钢板的生产工艺为 ：
将按上述配比冶炼后的钢锭在 1220 ～ 1250℃下进行均热， 然后轧制， 终轧温度大 于 850℃， 轧后空冷 ； 调质处理时加热温度为 860 ～ 910℃， 保温 5 ～ 60min 后水淬， 再进行420 ～ 540℃回火， 随炉冷却到室温得到回火马氏体组织。
根据本发明钢技术方案组分配比， 进行冶炼与轧制。化学成分见表 1， 2， 生产工艺 见表 3， 力学性能见表 4。
表 1 类似产品与本发明钢成分对比
样号 对比钢 1 对比钢 2 对比钢 3 实施例 1 实施例 2 实施例 3 实施例 4 实施例 5表 2 对比例与本发明钢实际成分C 0.35 0.10 0.12 0.18 0.15 0.19 0.22 0.25 Si 0.40 0.20 0.30 0.26 0.35 0.23 0.25 0.15 Mn 1.85 0.94 0.95 1.07 1.53 1.39 1.48 1.49 P 0.010 0.015 0.008 0.0092 0.0086 0.0087 0.011 0.010 S 0.006 0.004 0.003 0.0093 0.0091 0.0088 0.0083 0.0082 0.36 0.27 0.58 0.25 0.21 Cu Cr 1.50 0.47 0.61 0.41 0.69 0.51 0.59 0.96 0.86 1.14 0.17 0.19 0.30 0.18 0.10 0.055 0.057 0.029 0.029 0.027 0.028 0.002 0.002 0.0019 0.0016 0.0010 0.0015 0.0029 0.022 0.020 0.016 0.017 0.005 0.020 0.030 0.027 0.025 0.019 Ni Nb Bs Ti V Mo 0.40 0.38 0.37 0.17 0.11 0.25 0.28 0.16
表 3 本发明钢生产工艺
表 4 对比钢与本发明钢实际性能6