專利名稱：一種錳系超低碳貝氏體鋼及其鋼板的制備方法
技術領域：
本發(fā)明一種錳系超低碳貝氏體鋼及其鋼板的制備方法，屬于合金鋼冶煉和加工技 術領域。
背景技術：
工程機械制造、架設橋梁、造船、車輛制造、石油管道、航空等領域廣泛地使用著各 種規(guī)格的鋼板。由于服役條件及焊接工藝的限制，這類用途的鋼板不僅要求材料具有足夠 的強度和塑性，而且還要求有一定的低溫韌性和優(yōu)良的焊接性能，以適應服役環(huán)境和制造 工藝的要求。超低碳貝氏體鋼是國際上近20年來發(fā)展起來的一大類高強度、高韌性、焊接 性能優(yōu)良的新鋼種，被國際上稱為21世紀的鋼種。它是現(xiàn)代冶金生產(chǎn)技術與物理冶金研究 成果相結合的產(chǎn)物。目前開發(fā)的超低碳貝氏體鋼中含有Ni、Mo、Cu元素，合金成本高。例如臺灣中鋼 聯(lián)的專利(TW258757 ；發(fā)明人JANG J等)“具有好的可焊性和抗腐蝕性的低錳系超低碳貝 氏體鋼的生產(chǎn)工藝”，武漢鋼鐵集團公司申請的“銅硼系低碳及超低碳貝氏體高強鋼”，鞍山 鋼鐵集團公司申請的“一種超低碳貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法”，均在合金成分中添加了 Ni、Mo、 Cu元素，特別是對于屈服強度大于500MPa(N/mm2)的高強度級別鋼的合金設計。同時社會 對于厚度< 30mm的中厚板需求增大，研制大厚度、高強度的超低碳中厚板是目前國內(nèi)外探 索的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種錳系超低碳貝氏體鋼及其鋼板的制備方法，避免添加 Ni、Mo、Cu等貴重元素，降低超低碳貝氏體鋼的成本。采用C、Mn、Si作為主要合金元素，加 入Cr、Nb、Ti、V元素之一或幾種，從而實現(xiàn)不同厚度、不同強度級別的超低碳貝氏體鋼。本發(fā)明提出的錳系超低碳貝氏體鋼，用常規(guī)煉鋼冶煉后，鋼中各成分的重量百分 比為C :0· 01 0. 08wt%Mn :1· 8 3. 2wt%Si :0· 2 1. 5wt%Cr:0 1.5wt%Nb:0 0.08wt%Ti:0 0.04wt%V:0 0.1wt%P 0 ~ 0. 02wt%S:0 0.01wt%其余為Fe。本發(fā)明提出的使用上述錳系超低碳貝氏體鋼制備鋼板的方法，包括以下步驟
(1)用常規(guī)煉鋼工藝冶煉后，連鑄成板坯，使鋼中各成分的重量百分比如上所述；(2)將上述板坯加溫至1200 1250°C，保溫1 2小時；(3)將上述板坯冷卻至1050 1100°C時，對板坯進行軋制，至800 850°C時結束 軋制，得到板材；(4)將上述板材冷卻至200 500°C時，對板材進行校直，然后空冷至室溫。上述方法中，對板材進行校直前的冷卻速度可以為1 30°C /秒。上述方法還可以包括將板材在200 600°C回火1 2小時。本發(fā)明提出的錳系超低碳貝氏體鋼及其鋼板的制備方法，采用合理的軋制工藝、 冷卻制度、熱處理工藝，從而獲得不同厚度、不同強度級別的超低碳貝氏體鋼板。該鋼種合 金成本低，工藝簡單，強度系列化，低溫韌性良好，冷彎性能良好，焊接性能良好，抗HIC、SCC 能力良好，可應用到工程機械、管線、船舶、橋梁以及海洋平臺等領域。
具體實施例方式本發(fā)明提出的錳系超低碳貝氏體鋼，用常規(guī)煉鋼冶煉后，鋼中各成分的重量百分 比為C :0· 01 0. 08wt%Mn :1· 8 3. 2wt%Si :0· 2 1. 5wt%Cr:0 1.5wt%Nb:0 0.08wt%Ti:0 0.04wt%V:0 0.1wt%P 0 ~ 0. 02wt%S:0 0.01wt%其余為Fe。本發(fā)明提出的使用上述錳系超低碳貝氏體鋼制備鋼板的方法，包括以下步驟(1)用常規(guī)煉鋼工藝冶煉后，連鑄成板坯，使鋼中各成分的重量百分比如上所述；(2)將上述板坯加溫至1200 1250°C，保溫1 2小時；(3)將上述板坯冷卻至1050 1100°C時，對板坯進行軋制，至800 850°C時結束 軋制，得到板材；(4)將上述板材冷卻至200 500°C時，對板材進行校直，然后空冷至室溫。上述方法中，對板材進行校直前的冷卻速度可以為1 30°C /秒。上述方法還可以包括將板材在200 600°C回火1 2小時。本發(fā)明方法中選擇的主要合金元素在超低碳貝氏體鋼中的作用在于C 本發(fā)明C含量選擇在0. 01 0. 08wt%，這樣既可以避免C對鋼焊接性能和低 溫韌性的危害，也有利于生產(chǎn)操作性和可行性，同時可以實現(xiàn)不同厚度、不同強度級別的鋼 的設計。Mn 本發(fā)明Mn含量選擇在2. 0 3. Owt%,利用Mn在相界面的富集所產(chǎn)生的溶質 拖曳及類拖曳效應，促進貝氏體轉變，而且成本低廉。
Si 本發(fā)明Si含量選擇在0. 2 1. 5wt%,Si是非碳化物形成元素，具有較高的固 溶強化效果，Si可促進Mn在相界面的富集，有利于促進貝氏體轉變。本發(fā)明的制備方法中，首先控制板坯再加熱溫度，再加熱溫度不宜過高，避免奧氏 體晶粒粗化；也不宜過低，否則微合金元素不能充分固溶?？刂栖堉齐A段控制軋制溫度在 Ar3以上。控制終冷溫度使過冷奧氏體進入貝氏體轉變區(qū)，得到優(yōu)良的強韌性配合?？筛鶕?jù) 性能需要選擇適當?shù)臏囟然鼗?，可以改善沖擊韌性，同時當終止冷卻溫度低于400°C時，可 以在回火過程中進行校直。以下介紹本發(fā)明方法的實施例，實施例的具體成分重量百分比如表1所示。實施例1(1)用常規(guī)煉鋼工藝冶煉后，連鑄成板坯，使鋼中各成分的重量百分比如表1所 示；(2)將上述板坯加溫至1200°C，保溫1小時；(3)將上述板坯冷卻至1050°C時，對板坯進行軋制，至850°C時結束軋制，得到板 材；(4)將上述板材冷卻至500°C時，冷卻速度為30°C /秒，對板材進行校直，然后空冷
至室溫。實施例2(1)用常規(guī)煉鋼工藝冶煉后，連鑄成板坯，使鋼中各成分的重量百分比如表1所 示；(2)將上述板坯加溫至1200°C，保溫1. 5小時；(3)將上述板坯冷卻至1050 1100°C時，對板坯進行軋制，至800°C時結束軋制， 得到板材；(4)將上述板材冷卻至450°C時，冷卻速度為15°C /秒，對板材進行校直，然后空冷
至室溫；(5)將上述板材加溫至250°C，回火1小時，然后空冷至室溫。實施例3(1)用常規(guī)煉鋼工藝冶煉后，連鑄成板坯，使鋼中各成分的重量百分比如表1所 示；(2)將上述板坯加溫至1250°C，保溫1. 5小時；(3)將上述板坯冷卻至1100°C時，對板坯進行軋制，至850°C時結束軋制，得到板 材；(4)將上述板材空冷至500°C，對板材進行校直，然后空冷至室溫；(5)經(jīng)上述板材加熱至450°C，回火2小時，然后空冷至室溫。實施例4(1)用常規(guī)煉鋼工藝冶煉后，連鑄成板坯，使鋼中各成分的重量百分比如表1所 示；(2)將上述板坯加溫至1200°C，保溫1. 5小時；(3)將上述板坯冷卻至1050°C時，對板坯進行軋制，至800°C時結束軋制，得到板 材；
(4)將上述板材冷卻至500°C時，冷卻速度為25°C /秒，對板材進行校直，然后空冷
至室溫。實施例5(1)用常規(guī)煉鋼工藝冶煉后，連鑄成板坯，使鋼中各成分的重量百分比如表1所 示；(2)將上述板坯加溫至1200°C，保溫1. 5小時；(3)將上述板坯冷卻至1050°C時，對板坯進行軋制，至800°C時結束軋制，得到板 材；(4)將上述板材冷卻至400°C時，冷卻速度為15°C /秒，對板材進行校直，然后空冷
至室溫。實施例6(1)用常規(guī)煉鋼工藝冶煉后，連鑄成板坯，使鋼中各成分的重量百分比如表1所 示；(2)將上述板坯加溫至1200°C，保溫1. 5小時；(3)將上述板坯冷卻至1050°C時，對板坯進行軋制，至800°C時結束軋制，得到板 材；(4)將上述板材冷卻至450°C時，冷卻速度為20°C /秒，對板材進行校直，然后空冷
至室溫。實施例7(1)用常規(guī)煉鋼工藝冶煉后，連鑄成板坯，使鋼中各成分的重量百分比如表1所 示；(2)將上述板坯加溫至1200°C，保溫1. 5小時；(3)將上述板坯冷卻至1050°C時，對板坯進行軋制，至800°C時結束軋制，得到板 材；(4)將上述板材冷卻至400°C時，冷卻速度為10°C /秒，對板材進行校直，然后空冷
至室溫；(5)將上述鋼板加熱至460°C，保溫2小時，然后空冷至室溫。實施例8(1)用常規(guī)煉鋼工藝冶煉后，連鑄成板坯，使鋼中各成分的重量百分比如表1所 示；(2)將上述板坯加溫至1250°C，保溫2小時；(3)將上述板坯冷卻至1050°C時，對板坯進行軋制，至800°C時結束軋制，得到板 材；(4)將上述板材冷卻至400°C時，冷卻速度為5°C /秒，對板材進行校直，然后空冷
至室溫；(5)將上述鋼板加熱至460°C，保溫2小時，然后空冷至室溫。實施例9(1)用常規(guī)煉鋼工藝冶煉后，連鑄成板坯，使鋼中各成分的重量百分比如表1所 示；
(2)將上述板坯加溫至1250°C，保溫2小時；(3)將上述板坯冷卻至1050°C時，對板坯進行軋制，至800°C時結束軋制，得到板 材；(4)將上述板材冷卻至300°C時，冷卻速度為3°C /秒，然后空冷至室溫；(5)將上述鋼板加熱至520°C，保溫2小時，對板材進行校直，然后空冷至室溫。實施例10(1)用常規(guī)煉鋼工藝冶煉后，連鑄成板坯，使鋼中各成分的重量百分比如表1所 示；(2)將上述板坯加溫至1250°C，保溫2小時；(3)將上述板坯冷卻至1050°C時，對板坯進行軋制，至800°C時結束軋制，得到板 材；(4)將上述板材冷卻至300°C時，冷卻速度為1°C /秒，然后空冷至室溫；(5)將上述鋼板加熱至520°C，保溫2小時，對板材進行校直，然后空冷至室溫。表1、本發(fā)明實施例化學成分(wt % )
實 施 例CMnSiCrTiNbVPS板材 厚度強度級 別10.0392.080.320.0140.00420mm500MPa20.0642.180.820.0160.00230mm500MPa30.0522.220.20.060.0120.00330mm500MPa40.0331.890.420.0290.010.004420mm620MPa50.0331.960.0420.0290.0080.008730mm620MPa60.0432.170.920.0330.0220.0150.007420mm670MPa70.0562.310.890.0220.020.0170.08430mm670MPa80.0482.560.850.520.0250.0340.0090.00650mm660MPa90.0592.871.211.140.0270.0230.0130.008280mm640MPa100.0632.420.891.20.0250.0330.040.0150.01120mm640MPa表2、本發(fā)明實施例的實物性能實厚度抗拉強屈服強延伸率AKV/J冷彎/焊接預熱例度/MPa度/MPa/%室溫-40 180 "C溫度廠C120mm74055722.5>140>140合格無預熱230mm75258724.5lit86合格無預熱330mm69255523289260合格50 420mm80263819.5228178合格無預熱530mm80565419238170合格無預熱620mm87569018.5224180合格無預熱730mm77171218.7190145合格無預熱850mm82572818.5188190合格無預熱980mm81965219.013751合格100 "C10120mm8186442216638合格100
權利要求
一種錳系超低碳貝氏體鋼，其特征在于用常規(guī)煉鋼冶煉后，鋼中各成分的重量百分比為C0.01～0.08wt％Mn1.8～3.2wt％Si0.2～1.5wt％Cr0～1.5wt％Nb0～0.08wt％Ti0～0.04wt％V0～0.1wt％P0～0.02wt％S0～0.01wt％其余為Fe。
2.一種使用如權利要求1所述的錳系超低碳貝氏體鋼制備鋼板的方法，其特征在于該 方法包括以下步驟(1)用常規(guī)煉鋼工藝冶煉后，連鑄成板坯，使鋼中各成分的重量百分比為 C 0. 01 0. 08wt%Mn 1. 8 3. 2wt% Si :0. 2 1. 5wt% Cr 0 1. 5wt% Nb 0 0. 08wt% Ti 0 0. 04wt%V:0 0. Iwt % P :0 0. 02wt% S :0 0. 01wt% 其余為Fe ；(2)將上述板坯加溫至1200 1250°C，保溫1 2小時；(3)將上述板坯冷卻至1050 1100°C時，對板坯進行軋制，至800 850°C時結束軋 制，得到板材；(4)將上述板材冷卻至200 500°C時，對板材進行校直，然后空冷至室溫。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于其中對板材進行校直前的冷卻速度為1 30°C / 秒。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于還包括將板材在200 600°C回火1 2小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種錳系超低碳貝氏體高強鋼及其制備方法，屬于合金鋼設計領域。采用C、Mn、Si作為主合金元素，其成分為C0.01～0.08wt％，Mn1.8～3.2wt％，Si0.2～1.5wt％，P≤0.02wt％，S≤0.005wt％，其余為Fe。該鋼種還可加入一種或兩種以上的下列元素Cr0～1.5wt％，Nb0～0.06wt％，Ti0～0.03wt％，V0～0.1wt％；采用合理的軋制工藝、冷卻制度、熱處理工藝，從而獲得不同厚度、不同強度級別的超低碳貝氏體鋼板。該鋼種合金成本低，工藝簡單，強度系列化，低溫韌性良好，冷彎性能良好，焊接性能良好，抗HIC、SCC能力良好，可應用到工程機械、管線、船舶、橋梁以及海洋平臺。
文檔編號C22C33/04GK101967607SQ201010523358
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權日2010年10月22日
發(fā)明者馮春, 張寒, 白秉哲, 羅開雙, 鄭燕康, 高古輝 申請人:清華大學