一種厚度超過(guò)120mm的Q460E鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于Q460E鋼板制造領(lǐng)域，具體涉及一種厚度超過(guò)120mm的特厚 Q460E(S460NL)鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 國(guó)內(nèi)特厚鋼板一般是指厚度超過(guò)60_的鋼板，根據(jù)鋼板具有的不同強(qiáng)度，特厚鋼 板進(jìn)一步可分為Q345及以下級(jí)別、Q390及以下級(jí)別、Q460及以下級(jí)別、Q550及以下級(jí)別、 Q690及以下級(jí)別以及Q690以上級(jí)別。
[0003] 特厚鋼板有著不同的交貨狀態(tài)，主要分別是控軋態(tài)，TMCP態(tài)交貨(含回火處理)、正 火態(tài)、調(diào)質(zhì)態(tài)等等。
[0004] 正火態(tài)交貨的鋼板由于經(jīng)過(guò)正火后鋼板的強(qiáng)度下降均很明顯，因此不論是國(guó)標(biāo) GB1591-2008還是歐標(biāo)EN10024-2004中均提到Q460(S460)為最高強(qiáng)度級(jí)別，且在標(biāo)準(zhǔn)中根 據(jù)厚度組距對(duì)應(yīng)不同的最低強(qiáng)度要求。如S460強(qiáng)度級(jí)別100~150mm厚鋼板只需380Mpa 即可，同時(shí)正火處理中，因鋼板越厚，鋼板在空冷環(huán)境下冷卻越慢，所獲得的鐵素體晶粒度 也越小，如在IOOmm厚以上的正火處理鋼板的晶粒度通常不高于7~7. 5級(jí)。如何將120mm 以上鋼板正火處理后的屈服強(qiáng)度提高到不低于460Mpa、低溫沖擊韌性良好，且能將晶粒度 控制在8級(jí)以上是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。
[0005] 申請(qǐng)專(zhuān)利號(hào)CN201310329673 "大單重特厚Q460級(jí)別高強(qiáng)度鋼板及其制造方法"， 該的發(fā)明專(zhuān)利有如下特點(diǎn)：鋼板交貨態(tài)為T(mén)MCP態(tài)，屈服強(qiáng)度為400MPa級(jí)別。申請(qǐng)專(zhuān)利號(hào) CN201310730180 "一種120mmQ460級(jí)結(jié)構(gòu)鋼板及其生產(chǎn)方法"，該申請(qǐng)專(zhuān)利有如下特點(diǎn)：交 貨態(tài)為正火態(tài)，厚度實(shí)際為100mm，且強(qiáng)度為400Mpa級(jí)別，同時(shí)未提到晶粒度級(jí)別。前述兩 個(gè)專(zhuān)利雖然均為特厚板，且強(qiáng)度級(jí)別按照標(biāo)準(zhǔn)劃分要求均在Q460 (S460歐標(biāo)）級(jí)別，但是實(shí) 際強(qiáng)度均只能達(dá)到400Mpa，要實(shí)現(xiàn)鋼板的厚度進(jìn)一步增加到120mm以上且正火態(tài)交貨，使 保證鋼板屈服強(qiáng)度保持在460Mpa及以上，需要對(duì)現(xiàn)有鋼板及鋼板的制造方法做出進(jìn)一步 優(yōu)化。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種厚度超過(guò)120mm、屈服 強(qiáng)度達(dá)到460MPa以上的Q460E (S460NL)鋼板，低溫沖擊韌性良好，且能將晶粒度控制在8 級(jí)以上，具有優(yōu)良的機(jī)械性能。
[0008] 本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀提供一種制造上述厚 度超過(guò)120mm、屈服強(qiáng)度達(dá)到460MPa以上的鋼板制造方法。
[0009] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為，一種厚度超過(guò)120mm的Q460E鋼 板，該鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為C :0. 15~0. 19%，Mn :1. 5~1. 75%，Si :0. 20~ 0. 50%，S :彡 0. 01%，P :彡 0. 015%，Nb :0. 03 ~0. 055%，Ti :0. 015 ~0. 03%，V :0. 07 ~0. 14%， Al :彡 0· 06%，N :彡 0· 010%，O :彡 0· 006%，Mo :彡 0· 25%，Cu :0· 25 ~0· 35%，Ni :0· 15 ~ 0. 25%，Cr < 0. 3%，Ca :0. 0005~0. 0015%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素；所述鋼板的 厚度為120~160_，屈服強(qiáng)度彡460MPa，抗拉強(qiáng)度為彡600MPa，延伸率彡24%，晶粒度達(dá)到 8. 0級(jí)及以上。
[0010] 本發(fā)明厚度超過(guò)120mm的Q460E鋼板的化學(xué)成分是這樣確定的： C :鋼中最經(jīng)濟(jì)、最基本的強(qiáng)化元素，正火態(tài)下，通過(guò)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化可明顯提高鋼 的強(qiáng)度，但對(duì)鋼的韌性及延性以及焊接性能帶來(lái)不利影響，考慮到本發(fā)明為超厚規(guī)格，同時(shí) 需要保證鋼板具有一定的焊接性能，故將鋼中C含量控制在0. 15~0. 19% Mn :正火態(tài)下，主要通過(guò)固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)鋼的韌性不會(huì)發(fā)生明顯惡化，Mn 同時(shí)還是擴(kuò)大γ相區(qū)的元素，可降低鋼的γ - α相變溫度，有助于獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物， 可提高鋼的韌性，但過(guò)高的Mn含量會(huì)導(dǎo)致Mn偏析，尤其是生產(chǎn)特厚鋼板需要特厚板坯的情 況下，由于連鑄規(guī)律，厚規(guī)格板坯容易在鑄坯心部形成帶狀偏析，本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路始終圍 繞在細(xì)化晶粒度上面，將Mn控制在1. 5~1. 75%能夠控制偏析程度。
[0011] Nb :是晶粒細(xì)化元素，對(duì)晶粒細(xì)化的作用非常明顯，同時(shí)也起到析出強(qiáng)化作用。通 過(guò)Nb的固溶拖曳及熱軋過(guò)程中的Nb (C、N)應(yīng)變誘導(dǎo)析出可阻礙形變奧氏體的回復(fù)、再結(jié) 晶，在TMCP過(guò)程中，使未再結(jié)晶區(qū)軋制的形變奧氏體在相變時(shí)即轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的相變產(chǎn)物， 以助于提高鋼板的強(qiáng)度和韌性。正火態(tài)下可控制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，且隨后在鋼板冷卻過(guò)程 中，部分Nb (C、N)化物析出，起到析出強(qiáng)化作用。
[0012] V :正火態(tài)下具有較高的析出強(qiáng)化和較弱的晶粒細(xì)化作用，在Nb、V、Ti三種微合金 化元素復(fù)合使用時(shí)，V主要起析出強(qiáng)化作用，本發(fā)明通過(guò)添加一定的V，充分發(fā)揮V在鋼中的 析出強(qiáng)化作用，但過(guò)高的V將會(huì)弱化鋼的韌性，因此本發(fā)明將V控制在0. 07~0. 14% Ti :是強(qiáng)的固N(yùn)元素，Ti/N的化學(xué)計(jì)量比為3. 42,利用0. 02%左右的Ti就可固定鋼中 60ppm以下的N，在板坯連鑄過(guò)程中即可形成TiN析出相，這種細(xì)小的析出相可有效阻止板 坯在加熱過(guò)程中奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，有助于提高Nb在奧氏體中的固溶度，同時(shí)可改善焊接 熱影響區(qū)的沖擊韌性。
[0013] Mo :可推遲γ - α相變時(shí)先析出鐵素體相的形成，促進(jìn)針狀鐵素體形成的主要元 素，對(duì)控制相變起到重要作用，同時(shí)也是提高鋼的淬透性元素，本發(fā)明中Mo不作為主要元 素，但鋼中Mo含量達(dá)到0. 1%以上時(shí)，可通過(guò)后續(xù)DQ工藝進(jìn)行調(diào)整，即Mo對(duì)本發(fā)明的影響 不大。
[0014] S、P :是鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，希望越低越好，但過(guò)低的S、P含量將增加冶煉 成本，本發(fā)明的原則是在滿(mǎn)足使用性能的情況下，不必過(guò)低，即本發(fā)明對(duì)S、P元素具有較高 的容忍度。
[0015] Cu、Ni :正火態(tài)情況下，利用Cu的析出強(qiáng)化可提高鋼的強(qiáng)度，但過(guò)高的Cu將引起 鋼的熱脆性，因此Cu含量控制在0. 25~0. 35%，同時(shí)為保證連鑄順利，鋼中添加適量的Ni， 這也是本發(fā)明的特點(diǎn)。
[0016] Cr :Cr的加入可提高鋼的淬透性，屬于強(qiáng)度提高元素。
[0017] 本發(fā)明解決另一技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是提供一種上述Q460E特厚鋼板的制造方 法，具體工藝步驟如下： 首先將冶煉原料依次經(jīng)KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH真空精煉和連鑄，制造 出滿(mǎn)足化學(xué)成分要求、厚度為350mm或以上的連鑄坯；將連鑄坯再加熱至1210~1240°C， 保溫7小時(shí)及以上；出爐后進(jìn)行兩階段軋制：第一階段為再結(jié)晶區(qū)軋制，終軋溫度控制在 1000~1100°C，再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)控制連續(xù)兩道次的單道次壓下率不低于17% ;第二階段為 非再結(jié)晶區(qū)軋制，開(kāi)軋溫度控制不高于880°C，終軋溫度控制在790~820°C，非再結(jié)晶區(qū) 軋制的累計(jì)變形量不低于50% ;然后將鋼板DQ快速冷卻至500~550°C，待鋼板自回溫至 610~630°C，鋼板下線，堆冷至室溫；最后對(duì)鋼板進(jìn)行正火處理，正火加熱溫度為AC3~ 40°C，正火時(shí)間為3. 0~4. Omin/mm，出爐后即獲得鋼板成品。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)： 本發(fā)明針對(duì)目前正火態(tài)交貨的結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)力消除和強(qiáng)度提高難以兼顧的現(xiàn)狀，尤其是對(duì) 于強(qiáng)度難以進(jìn)一步提高的Q460E特厚鋼板，使用優(yōu)化的成分設(shè)計(jì)，以細(xì)化晶粒和整理強(qiáng)化 為主線，且創(chuàng)造性地添加了 Cu、V兩種析出強(qiáng)化元素，在鋼板正火處理后，鋼板的強(qiáng)化機(jī)理 主要是鋼板的固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化，而基本上不帶相變強(qiáng)化，只存在極少量的位錯(cuò)強(qiáng)化。
[0019] 另外，在正火態(tài)交貨且板材較厚的情況下，由于鋼材的冷卻速度很慢，晶粒粗大， 因而晶粒細(xì)化效果相對(duì)困難，基于此，本發(fā)明改進(jìn)了生產(chǎn)工藝，考慮到不同合金元素在正火 態(tài)下的作用機(jī)理，配合Cu、v合金組合，控制軋制、DQ快速冷卻的溫度在一定的低溫范圍內(nèi)， 再利用大厚度鋼板具有較高心部溫度而在較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)自回溫的現(xiàn)象，將鋼板回溫后的 整體溫度控制在620°C左右，在此回溫區(qū)域，一方面鐵素體晶粒保持細(xì)小，另一方面鋼材也 能夠充分釋放殘余應(yīng)力，鋼材內(nèi)外溫差減小，整體均化。隨后緩冷至室溫，最后正火處理，在 正火處理時(shí)利用Cu、V的析出強(qiáng)化作用，充分