一种420MPA级含矾氮钢及其生产方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103361573 A (43)申请公布日 2013.10.23 CN 103361573 A *CN103361573A* (21)申请号 201210092226.X (22)申请日 2012.03.30 C22C 38/58(2006.01) C22C 38/46(2006.01) C21D 8/02(2006.01) C21C 7/072(2006.01) C21C 7/10(2006.01) (71)申请人 鞍钢股份有限公司 地址 114021 辽宁省鞍山市铁西区鞍钢厂区 内 (72)发明人 李文斌 赵坦 李广龙 原思宇 高冰 郭晓波 王军生 钟莉莉 李宏杰。

2、 (54) 发明名称 一种 420MPa 级含矾氮钢及其生产方法 (57) 摘要 本发明公开一种 420MPa 级含矾氮钢及其生 产方法， 按重量百分比 C0.04 0.07、 Si0.30 0.50、 Mn1.50 1.70、 Cu0.30 0.50、 Ni0.10 0.30、 Cr0.20 0.40、 V0.04 0.06、 N0.012 0.014、 Al0.02 0.04， 其余为 Fe 以及不可避免 的杂质。精炼结束后开始向真空熔炼炉内吹入氮 气， 氮气的压力控制在 550-560Pa ； 轧前的加热温 度控制在10501100， 保温100110分钟， 板 坯开轧温度控制在1000。

3、1050之间， 经反复轧 制到目标厚度 ； 开冷温度在 700 800之间， 冷 却速度在 10 20 /s 之间， 返红温度在 450 550之间。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 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4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103361573 A CN 103361573 A *CN103361573A* 1/1 页 2 1. 一种 420MPa 级含矾氮钢及其生产方法， 其特征在于其化学成分的含量按重量百 分比为 C0.04 0.07、 Si0.30 0.50、 Mn。

4、1.50 1.70、 Cu0.30 0.50、 Ni0.10 0.30、 Cr0.20 0.40、 V0.04 0.06、 N0.012 0.014、 Al0.02 0.04， 其余为 Fe 以及不可避免 的杂质。 2. 一种根据权利要求 1 所述的 420MPa 级含矾氮钢的生产方法， 包括冶炼、 控制轧制和 控制冷却， 其特征在于所述冶炼过程中， 精炼结束后开始向真空熔炼炉内吹入氮气， 氮气的 压力控制在550-560Pa ； 轧前的加热温度控制在10501100， 保温100110分钟 ； 板坯 开轧温度控制在 1000 1050之间， 经反复轧制到目标厚度 ； 开冷温度在 700 80。

5、0之 间， 冷却速度在 10 20 /s 之间， 返红温度在 450 550之间。 权 利 要 求 书 CN 103361573 A 2 1/4 页 3 一种 420MPa 级含矾氮钢及其生产方法 技术领域 0001 本发明属于金属材料结构用钢技术领域， 特别涉及到一种 420MPa 级含矾氮钢及 其生产方法。 背景技术 0002 随着社会和经济的发展， 对钢材在使用中的载重、 抗震、 耐蚀等的性能要求越来越 高， 因而， 要求钢材不仅要有优异的强度和韧性、 良好的可焊性、 低的屈强比以保证大载荷 下抗断裂性能， 而且要有良好的耐大气腐蚀性能以提高构件的使用寿命和安全性。 0003 马鞍山钢铁。

6、股份有限公司申请的公开号 CN101760704A，“一种含矾氮经济型高强 度高耐候热轧 H 型钢用钢及其轧制方法” 专利， 该方法生产的可获得高强度、 高韧性及高耐 候性的热轧 H 型钢， 但其含碳最高达 0.12， 将降低材料的焊接使用性能。 0004 马鞍山钢铁股份有限公司申请的 “中碳硅钒氮微合金化非调质钢” 专利， 其专利申 请号为 ： 200510039213.6， 利用该专利生产的钢材成本较低， 但是其碳含量较高 C ： 0.37 0.44， 必然导致其焊接性能较低， 且缺少必要的合金元素， 使得钢材的耐候性能较差， 钢 材的使用范围较窄。 0005 东北大学申请的 “一种屈服强。

7、度 460MPa 级低合金高强度结构钢板材的制造方法” 专利， 其专利申请号为 ： 03134046.6， 利用该技术生产的 460MPa 级结构钢板， 添加有 Nb ： 0.01 0.02， 增加了炼钢成本， 还可能有铸坯开裂现象发生 ； C ： 0.13 0.20， 必然 降低钢的韧性和冲击性能 ； 加热温度 1200 1250， 能源消量耗较大 ； 终轧温度较低， 在 780 820之间， 对轧机的能力要求较高， 影响生产节奏和生产效率。 0006 日本株式会社神户制钢所申请的 “具有高屈服强度非调质钢板” 中国专利， 其专利 申请号为 ： 200610092574.1， 利用该技术生产。

8、的可作为桥梁结构用的钢板， 其屈服强度能达 到450500MPa左右， 但由于其含有较高的Nb、 Ti、 Ni元素， 重量百分比分别为0.06、 0.03、 0.8， 不但增加吨钢成本， 还给连铸生产带来很大的技术难度， 不利于大工业化连铸生产， 且 过剩的 Ti 会引起冲击韧性的降低 ； 0007 由以上对比专利可知， 目前结构用钢存在如下不足 ： 1、 碳含量较高， 降低钢的韧性 和焊接性能 ； 2、 含有较高的 Ni、 Nb、 Ti 合金元素， 生产成本较高 ； 3、 低温冲击韧性较低， 使得 钢板寒冷地区的使用安全性降低。 发明内容 0008 为了克服上述现有技术的缺点， 本发明的目的。

9、是提供一种成分合理、 工艺简单、 低 成本、 高耐腐蚀性能、 较低的焊接预热要求及高屈服强度的结构用钢板， 其屈服强度达到了 420MPa， 不含 Nb 元素、 较少的 Ni 元素， 且具有良好的冲击性能。 0009 本发明以较低的C含量， 取消Nb， 添加V、 N元素为基本特征， 在本发明中， 其化学成 分的含量 (Wt ) ： C0.04 0.07、 Si0.30 0.50、 Mn1.50 1.70、 Cu0.30 0.50、 Ni0.10 0.30、 Cr0.20 0.40、 V0.04 0.06、 N0.012 0.014、 说 明 书 CN 103361573 A 3 2/4 页 4。

10、 Al0.02 0.04， 其余为 Fe 以及不可避免的杂质。 0010 本发明所以选择以上合金元素种类及其含量是因为 ： C ： 碳对强度、 韧性、 焊接性 能影响很大。碳太低强度达不到目标要求， 碳高于 0.11， 使延伸、 韧性降低。本发明确定 最适合的含量 0.04 0.07 ； 0011 Si ： 硅是炼钢脱氧的必要元素。也具有一定固溶强化的作用。为了得到充分的脱 氧效果和提高钢的清洁度， 本发明硅的含量范围为 0.30 0.50 ； 0012 Mn ： 锰是提高强度和韧性的主要元素， 成本十分低廉， 是本发明的主要添加元素， 含量限定在 1.50 1.70 ； 0013 Al ： 。

11、铝是脱氧元素， 可以作为 AlN 形成元素， 有效地细化晶粒， 为了达到很好的脱 氧效果本发明的 Al 含量的范围为 Al0.02 0.04 ； 0014 Cu ： 铜不仅对焊接热影响区硬化性及韧性没有影响， 又可使母材的强度提高， 并 且使低温韧性大大提高， 特别还能提高美标桥梁钢的耐腐蚀性能。但铜含量过高容易在加 热或热轧时产生裂纹或使表面质量恶化， 必须加入适量的 Cu 以阻止裂纹的产生， 在本发明 中， Cu 的含量控制在 0.30 0.45 ； 0015 Ni ： 镍对焊接热影响区硬化性及韧性没有影响， 可使母材的强度提高， 并且使低 温韧性大大提高， 但其昂贵的价格会导致钢的成本大。

12、幅度地提高， 而添加镍元素的目的主 要是阻止含铜量高的钢坯在加热或热轧时产生裂纹的倾向， 故本发明中， Ni 的含量控制在 0.10 0.30 ； 0016 Cr 能扩大铁素体区， 提高淬火硬化、 耐蚀性的优点， 故本发明中加入了 Cr， 其含量 为 0.20 0.40 ； 0017 V 和 C、 N 有极强的亲和力， 形成稳定的 V(C、 N) 化合物， 提高钢的硬度。弥散的化 合物可以细化晶粒， 提高晶粒的粗化温度 ； V 在钢中以置换溶质原子存在时， V 原子比铁原 子尺寸大， 易在位错线上偏聚， 对位错攀移产生强烈的拖曳作用， 使再结晶形核受到抑制， 因而对再结晶具有强烈的阻止作用 ；。

13、 V 在钢中可以形成 VC 或 VN 等间隙中间相， 在再结晶过 程中， 因 VC、 VN 对位错的钉扎及对亚晶界的迁移进行阻止等作用， 从而大大增加了再结晶 的时间， 在高于临界温度时， V 元素对再结晶的作用表现为溶质拖曳机制， 而在低于临界温 度时， 则表现为析出钉扎机制， V 在钢中的特点就是提高奥氏体的再结晶温度， 从而达到细 化奥氏体晶粒的目的， V(C、 N) 在 HAZ 的析出促进晶内铁素体的形成， 使铁素体和珠光体均 匀分布在晶内和晶界， 因而提高热影响区的韧性， 有利于焊接性能的提高， 本发明中钒含量 为 0.04 0.06 ； 0018 氮作为间隙原子极容易与 V、 Al。

14、 结合形成特殊的氮化物， 在 V 钢中加 N， 可以提高 V 的碳氮化物在奥氏体中的析出温度， 本发明中 N 含量为 0.012 0.014 ； 0019 钢中杂质元素 P 0.020， S 0.005， 以减少杂质元素的有害作用。 0020 本发明生产屈服强度 420MPa 含矾氮钢所用的生产工艺包括冶炼、 控制轧制和控 制冷却。其特征如下 ： 冶炼过程中， 精炼结束后开始向真空熔炼炉内吹入氮气， 氮气的压力 控制在 550-560Pa ； 轧前的加热温度控制在 1050 1100以保证细小的奥氏体晶粒， 保温 100 110 分钟， 使奥氏体均匀化的同时起到轧后细化晶粒的作用。板坯开轧温度。

15、控制在 1000 1050之间， 经反复轧制到目标厚度 ； 开冷温度在 700 800之间， 冷却速度在 10 20 /s 之间， 返红温度在 450 550之间， 最后得到贝氏体组织。 说 明 书 CN 103361573 A 4 3/4 页 5 0021 按上述方案生产的桥梁用钢具有以下有益效果 ： 1、 屈服强度波动范围为 420 515MPa， TMCP 热轧状态可交货 ； 2、 -20冲击大于 150J， 耐腐蚀指数 I 6.0， 钢材使用范围 广 ； 3、 化学成分中添加成本较低的 V、 N 元素。 附图说明 0022 图 1 是本发明实施例 4 的典型贝氏体组织图。 具体实施方式。

16、 0023 以下实施例仅为本发明一些最优的实施方式， 并不对前述发明范围和技术手段有 任何限制。 0024 本发明采取 200Kg 真空感应电炉进行冶炼， 精炼结束后开始向真空熔炼炉内吹入 氮气， 氮气的压力控制在 558Pa， 冶炼结束后浇铸成 65Kg 的钢锭， 在 500mm 中厚板试验轧机 上进行轧制， 轧前的加热温度控制在 1080， 以保证细小的奥氏体晶粒， 保温 110 分钟， 然 后出炉进行轧制。 0025 本发明的化学成分及生产工艺 ： 其钢锭熔炼成如表 1 所示成分， 轧制工艺参数如 表 2， 实物性能将达到如表 3 所示结果。 0026 表 1 各实施例熔炼成分， Wt 。

17、0027 0028 表 2 各实施例工艺参数 0029 编号 厚度 mm 加热温度 开轧温度 开冷温度 返红温度 1# 20 1080 1050 752 490 2# 20 1080 1050 740 470 3# 20 1080 1050 742 460 4# 15 1080 1035 732 525 5# 15 1080 1040 730 530 0030 表 3 各实施例实物性能 0031 说 明 书 CN 103361573 A 5 4/4 页 6 0032 图 1 为本发明实施例 4 的典型贝氏体组织图。 说 明 书 CN 103361573 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103361573 A 7 。