[发明专利]一种低焊接裂纹敏感性钢板及其制造方法

摘要

本发明涉及一种低焊接裂纹敏感性钢板及其制备方法，其化学成分及重量百分数wt.％为：C：0.03～0.09％、Si：0.20～0.60％、Mn：1.40～1.80％、P≤0.020％，S≤0.005％，Cr：0.15～0.45％、Nb：0.03～0.06％、Ti：0.006～0.04％、Als：0.015～0.04％、B：0.0008～0.003％、As≤0.04%、Sn≤0.03%、N≤0.005%、O≤0.003%、H≤0.0002%，余量为Fe和不可避免的杂质；采用了控轧轧制+驰豫+快速冷却技术，不须淬火加回火或回火等热处理工序，获得超细的贝氏体板条，在保证强度、韧性、焊接性的同时降低了工序成本。

主权项

一种低焊接裂纹敏感性钢板，通过公式Pcm＝C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B来确定焊接裂纹敏感性指数Pcm，其特征是：其化学成分及重量百分数wt.％为：C：0.03～0.09％、Si：0.20～0.60％、Mn：1.40～1.80％、P≤0.020％，S≤0.005％，Cr：0.15～0.45％、Nb：0.03～0.06％、Ti：0.006～0.04％、Als：0.015～0.04％、B：0.0008～0.003％、As≤0.04%、Sn≤0.03%、N≤0.005%、O≤0.003%、H≤0.0002%，余量为Fe和不可避免的杂质；焊接裂纹敏感系数Pcm≤0.25%，屈服强度≥690MPa、抗拉强度≥770MPa、伸长率≥15%，夏氏冲击功Akv (‑40℃)大于100J；其中碳是传统的钢的强化元素，但它对韧性和焊接性十分有害，碳含量小于0.1%时具有良好的焊接性，而随着微合金化和控轧控冷等技术的发展，使得含碳量降低的同时还能保持其较高强韧性，但当钢的含碳量＜0.01%时，由于间隙碳原子的减少和Nb、C、N的沉淀析出减少而弱化了晶界，使热影响区晶界相对脆化，从综合性能出发，碳含量范围定在0.03%~0.09%；Si主要起固溶强化作用，炼钢过程中加Si作为还原剂和脱氧剂；Si含量增加可使钢的硬度和强度增加，但塑性及韧性下降并降低钢的焊接性能，本发明控制其范围在0.20～0.60％；Mn主要起固溶强化的作用，在碳含量相同的情况下，随着Mn含量的增加，强度增加，且韧性不恶化，固溶在奥氏体中的Mn通过溶质拖曳效应，降低扩散相变的相变驱动力，一方面抑制了铁素体相变，另一方面抑制了贝氏体板条的端面扩散控制长大，细化了贝氏体板条，提高了钢板的强度和韧性，所以Mn是不可缺少的元素，但Mn含量过高，造成钢板带状组织严重，增强各向异性，本发明控制其范围在1.40～1.80%，S易与Mn结合生成MnS夹杂，影响钢材的低温冲击韧性；磷在钢材中是容易造成偏析的元素，它还会恶化焊接性能，显著降低钢的低温冲击韧性，提高韧脆转变温度，因此， P、S元素应尽量去除，P≤0.020%，S≤0.005%；而由于As、Sn元素它们的电负性因素和尺寸因素，使得它们极易在晶界偏聚，降低晶界内聚力，对宏观性能的影响为钢材的断裂功减小，冲击韧性明显降低，因此，应该对其含量予以特别地适当控制；铌是取得良好的控轧效果最有效的微合金化元素之一，通常含铌钢加热到1200℃以上、均热2H后，钢中铌可固溶于奥氏体中，这种固溶铌在加热过程中可以阻碍奥氏体晶粒长大，在轧制中会在位错、亚晶界、晶界上沉淀析出铌的碳、氮化物，阻碍奥氏体动态再结晶，细化晶粒，提高强度，提高钢板韧性；Cr固溶在钢中，提高钢板的淬透性，Cr是碳化物形成元素，会形成细小的碳化物，提高钢板的强度，Cr固溶在钢中，提高钢板的淬透性，本发明中加入0.15～0.45％的Cr，保证钢板的强度和冲击功；Ti的作用主要是其未溶解的碳、氮化物颗粒分布在奥氏体晶界上，用微Ti来固定钢中的氮，由于形成难溶的TiN而消除了钢中的自由氮，从而改善钢的韧性，TiN可阻碍钢在热加工前的加热过程中奥氏体晶粒长大，提高奥氏体状态下铌的固溶度，进一步发挥铌的细化晶粒和沉淀强化作用，另外，微量Ti可以防止在焊接热影响区出现粗晶，保证在焊接热影响区具有高韧性，Ti的加入量过多，会形成对韧性不利的TiC，因此，实际生产中Ti含量控制在0.006‑0.030%，N含量控制在0.001‑0.005%；Al在较高温度时和钢中N形成细小而弥散的AlN析出，抑制晶粒长大，达到细化晶粒、提高钢在低温下的韧性的目的，本发明中加入0.015～0.04％的Al细化晶粒，提高钢板的韧性并保证其焊接性能，B在钢中的位错和缺陷处富集，降低晶界能量，抑制了铁素体转变，促进了钢在中温区域的贝氏体转变，增加了钢板强度，B含量较低时，对贝氏体相变的促进效果不明显，B元素过高，会导致晶界强度大幅降低，形成“硼脆”现象，因此，本发明中B的加入量为0.0008～0.003％；O 以Al2O3、SiO2夹杂物形式存在于钢中，H则会造成氢脆，影响钢板的韧性，因此均需控制，本发明中要求O≤0.003%，H≤0.0002%。