本发明属于特种钢冶炼，具体涉及一种冷弯性能优异的超高强钢板及其制造方法。
背景技术：
1、高强度钢板作为一种现代轻量化钢铁材料广泛应用于工程机械、特种车辆和设备领域，如大型其中设备的吊臂、大吨位车辆的车梁等。目前国内关于高强度钢板的标准普遍使用gb/t 16270-2009，其中规定钢板的最高强度调质钢板的屈服强度为960mpa级别。随着装备制造和焊接水平的提升，国内以兴澄特钢为代表的特钢企业已经开发出屈服强度1100mpa级别钢板，并批量应用于国内特种装备制造企业，关于屈服强度高于1100mpa的超高强钢板普遍处于研发阶段，未见批量应用，其中研发主要集中于屈服强度1100-1300mpa级别。
2、中国专利cn113430467a介绍了一种薄规格1400mpa级贝氏体钢及其制造方法，生产的钢卷抗拉强度级≥1400mpa，断后延伸率≥13％，钢卷厚度0.8-1.8mm，该厚度在大型工程机械设备上应用受到限制。中国专利cn104532156a报道了一种屈服强度1300mpa级调制高强钢，屈服强度不超过1400mpa，抗拉强度大于1500mpa，强度级别偏低，且产品以板卷交货，工艺不适用于国内较常见的平轧设备，材料的加工性能也未进一步描述。本专利旨在提供一种屈服强度超过1500mpa，抗拉强度近1800mpa，具有优异冷弯性能的超高强钢板。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种4-30mm的具有优异冷弯性能的屈服强度大于1500mpa超高强度钢板及其制造方法，钢板的主要力学性能：屈服强度＞1500mpa，抗拉强度＞1650mpa，延伸率≥8％；-40℃夏比冲击功≥20j；钢板折弯90°冷弯半径：厚度≤8mm钢板，冷弯半径≥3t；8＜厚度≤15mm钢板，冷弯半径≥4t；15＜厚度≤30mm钢板，冷弯半径≥6t。
2、本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种冷弯性能优异的超高强钢板，所述钢的化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.25～0.35，si：0.10～0.40，mn：0.50～1.50，cr：0.30～1.00，mo：0.20～0.60，ni：1.00～2.00，nb：0.01～0.03，v：0.01～0.03，al：0.04～0.08，p≤0.010，s≤0.003，o：≤0.0008，n：0.0020-0.0045，h：≤0.0001，其余为fe和不可避免的杂质。
3、以下对本发明中所含组分的作用及用量选择作具体说明：
4、c：碳的含量对钢板的强度级别和低温韧性影响交大。碳含量越高，淬火马氏体转变越完全，则钢板强度高，但韧性、塑性会降低；碳含量越低，钢板韧性越好，但钢板淬透性降低，不利于马氏体相强化从而获得超高强度。基于钢板强韧性匹配，本发明控制碳含量为0.25～0.35％。
5、si：硅是钢中重要的脱氧元素，适量的硅可以提高钢的弹性极限、屈服点以及抗拉强度，含量过高会恶化马氏体高强钢的韧性，对材料冷弯性能不利，同时钢板表面质量下降。本发明硅含量控制为0.10～0.40％。
6、mn：锰是常用的固溶强化元素，在钢中具有推迟奥氏体向铁素体转变的作用，促进马氏体转变，但锰含量添加过高容易产生偏析，降低材料韧性，恶化钢板性能。本发明锰含量控制为0.50～1.50％。
7、cr：铬是提高钢淬透性的元素，能够抑制多边形铁素体和珠光体的形成，促进低温组织贝氏体或马氏体的转变，提高钢板的强度。本发明铬含量控制在0.30～1.00％。
8、mo：钼可提高材料淬透性，添加一定含量的钼会提高钢板的强度，而不会影响钢板的低温冲击性能。本发明中钼的含量控制在0.20～0.60％。
9、ni：镍在钢中能够增加钢的淬透性，镍的加入有利于提高材料的冷加工性能和改善焊接接头性能。本发明将其含量控制在1.00～2.00％。
10、al：铝是强脱氧元素，也是细化晶粒的重要元素，本发明控制铝含量控制在0.04～0.08％。
11、nb和v：铌和钒都是微合金元素，与钢种的碳、氮等元素形成纳米级析出物。铌可以提高未再结晶温度，扩大轧制窗口；钒在回火钢中可以有效提高材料的强度。本发明规定铌含量为0.01～0.03％；钒含量范围为0.01～0.03％。
12、p：磷为钢中的杂质元素，易形成晶间偏析，给高强钢板的韧性带来不利的影响，应尽量减少其含量。本发明控制磷不大于0.010％。
13、s：硫在钢中一般为有害元素，其在钢中容易以硫化物的夹杂物存在，降低钢的延展性和韧性，本发明中硫的含量控制在不大于0.003％。
14、h、o：氢、氧都是有害气体元素，其中氢易导致钢种白点产生，其含量过高会导致超高强钢板易开裂。氧含量越高，夹杂物越多，降低钢板塑性、韧性和折弯性能。本发明严格控制氢含量不大于0.0001％，氧含量不大于0.0008％。
15、n：氮一般为有害气体元素。适量的氮有助于铝、铌等微合金元素形成阻碍晶粒长大的微合金，有助于提高材料的强度、韧性以及冷弯性能，结合本发明的微合金设计含量，本发明氮含量为0.0020-0.0045％。
16、上述4-30mm的超高强钢板的制造方法，主要步骤包括：
17、一、炼钢
18、钢水采用转炉冶炼，然后经过lf精炼炉进行精炼，精炼后进行第一阶段ca处理，并经过rh真空脱气炉进行高真空处理，真空度要求不高于67pa，处理时间不低于35min，保证钢水中的h含量在目标要求以内，适当增加钢水脱气时间也有助于ca与夹杂物的接触率，提高钢水纯净度；破空后，进行第二阶段ca处理，喂入剩余ca丝线，期间取样进行n含量分析，小于目标下限时需要适当吹氮气进行增氮；ca处理后，钢水进行底吹氩软搅拌，搅拌时间不小于12分钟，确保夹杂物充分变性和上浮。
19、二、连铸
20、浇铸采取低过热度、氩气保护浇铸，要求钢水过热度为10～20℃，钢水凝固末端采用电磁搅拌和动态轻压下技术，凝固末端的糊状区最小压下量为3mm，最终浇铸成150mm厚连铸板坯。每炉钢的连铸板坯在线切割取低倍试样，检验坯料中心偏析。在线切割分段的板坯下线进行堆垛入坑或加罩缓冷，板坯目标缓冷温度650±50℃，该温度区间目标缓冷时间≥12小时，旨在达到扩氢的目的，有助于提高最终成品钢板的加工性能。
21、三、轧制
22、挑选铸坯中心偏析不高于c类1.0级的连铸板坯进行加热和轧制，加热至1200～1250℃，板坯加热到温后保温时间不低于2小时，旨在保证合金元素充分固溶，减缓偏析。采用双机架两阶段控制轧制工艺，钢坯出炉后经高压水除鳞处理后进行“粗轧+精轧”实现两阶段控制轧制，粗轧的开轧温度≥1000℃，要求粗轧最后两道次的压下率≥13％，待温厚度≥2.0h，其中h为成品厚度，粗轧高温大变形轧制的目的是实现钢板芯部质量提升以及晶粒细化；精轧开轧目标温度860～940℃，经3～8道次轧制成钢板，轧制钢板经热矫直机后至冷床冷却，钢板冷却至300±50℃时再次返回热矫直机矫直处理，避免热轧钢板出现大的瓢曲，保证热轧钢板后续能够进连续炉加热并进行淬火处理。
23、四、热处理
24、钢板经过淬火+低温回火热处理，淬火温度880±20℃，钢板加热到温后保温30-80min；加热后经淬火机快速水冷至室温，确保获得均匀的淬火马氏体组织；淬火钢板需要进行低温回火处理，回火温度180±20℃，保温时间40-200min，加热后至冷床空冷至室温，该回火工艺有助于应力释放且强度不降低，有助于提高材料的冷弯性能；低温回火后钢板进行强力矫直处理，目的是进一步释放钢板应力且保证钢板不平度≤3mm/m。
25、与现有技术相比，本发明的优点在于：
26、本发明的4-30mm的具有优异冷弯性能的屈服强度大于1500mpa超高强度钢板成分设计为c：0.25～0.35，si：0.10～0.40，mn：0.50～1.50，cr：0.30～1.00，mo：0.20～0.60，ni：1.00～2.00，nb：0.01～0.03，v：0.01～0.03，al：0.04～0.08，p≤0.010，s≤0.003，o：≤0.0008，n：0.0020-0.0045，h：≤0.0001，其余为fe和不可避免的杂质。成分设计中采用较高含量的常用元素al进行微合金化作用，并配合少量的nb和v进行微合金的复合强化，成分设计了一定范围内的n含量要求，旨在充分有效的发挥出微合金的析出强化作用，达到细化晶粒，提高钢板强韧性的目的。
27、本发明的成分设计严格要求o和h的含量，目的是保证最终钢板的冷弯性能，避免在较小的冷弯角度下开裂。炼钢过程中采用两次ca处理、高真空长时间处理、软吹氩长时间搅拌处理，目的是实现钢水中夹杂物的充分去除，有害气体o和h的含量的极限控制。
28、本发明钢水浇铸严格控制钢水过热度，要求钢水过热度为10～20℃，旨在提升连铸板坯的低倍质量，且要求钢水凝固末端采用电磁搅拌和动态轻压下技术，凝固末端的糊状区最小压下量为3mm，有助于减缓连铸板坯的偏析和疏松。
29、本发明要求连铸板坯下线进行堆垛入坑或加罩缓冷，板坯目标缓冷温度650±50℃，该温度区间目标缓冷时间≥12小时，旨在达到扩氢的目的，有助于提高最终成品钢板的加工性能。
30、本发明挑选优质坯料进行钢板轧制，要求铸坯中心偏析不高于c类1.0级，要求板坯加热到温后保温时间不低于2小时，旨在保证合金元素充分固溶，减缓偏析。
31、本发明采用双机架两阶段控制轧制工艺，轧制钢板经热矫直机后至冷床冷却，钢板冷却至300±50℃时再次返回热矫直机矫直处理，避免热轧钢板出现大的瓢曲，保证热轧钢板后续能够进连续炉加热并进行淬火处理。
32、本发明钢板经过淬火+低温回火热处理，要求回火后钢板进行强力矫直处理，实现钢板应力进一步释放且实现钢板不平度≤3mm/m。
1.一种冷弯性能优异的超高强钢板，其特征在于：该钢板的化学成分组成及其质量百分含量为c：0.25～0.35，si：0.10～0.40，mn：0.50～1.50，cr：0.30～1.00，mo：0.20～0.60，ni：1.00～2.00，nb：0.01～0.03，v：0.01～0.03，al：0.04～0.08，p≤0.010，s≤0.003，o：≤0.0008，n：0.0020-0.0045，h：≤0.0001，其余为fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种冷弯性能优异的超高强钢板，其特征在于：所述钢板的厚度为4-30mm，屈服强度＞1500mpa，抗拉强度＞1650mpa，延伸率≥8％；-40℃夏比冲击功≥20j。
3.根据权利要求2所述的一种冷弯性能优异的超高强钢板，其特征在于：钢板折弯90°冷弯半径：厚度≤8mm钢板，冷弯半径≥3t；8＜厚度≤15mm钢板，冷弯半径≥4t；15＜厚度≤30mm钢板，冷弯半径≥6t，t表示钢板厚度。
4.一种如权利要求1所述的冷弯性能优异的超高强钢板的制造方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种冷弯性能优异的超高强钢板的制造方法，其特征在于：步骤(1)中钢水冶炼过程中进行分阶段ca处理，分别在lf精炼后和rh脱气破空后喂入钙丝，在第二次喂入钙丝处理后进行底吹氩软搅拌，搅拌时间不小于12分钟，浇铸前钢水n含量控制在0.0020-0.0035％。
6.根据权利要求4所述的一种冷弯性能优异的超高强钢板的制造方法，其特征在于：步骤(2)中浇铸钢水过热度10～20℃，连铸过程中利用动态轻压下和中间包加热技术，在凝固末端的糊状区最小压下量为3mm。
7.根据权利要求4所述的一种冷弯性能优异的超高强钢板的制造方法，其特征在于：步骤(3)中分段的板坯下线进行堆垛入坑或加罩缓冷，进行扩氢处理，板坯目标缓冷温度650±50℃，该温度区间目标缓冷时间≥12小时。
8.根据权利要求4所述的一种冷弯性能优异的超高强钢板的制造方法，其特征在于：步骤(4)中粗轧的开轧温度≥1000℃，粗轧最后两道次的压下率≥13％，待温厚度≥2.0h，其中h为成品厚度；精轧开轧目标温度860～940℃，经3～8道次轧制成钢板。
9.根据权利要求4所述的一种冷弯性能优异的超高强钢板的制造方法，其特征在于：步骤(5)中轧制钢板经热矫直机后至冷床冷却，钢板冷却至300±50℃时再次返回热矫直机矫直处理。
10.根据权利要求4所述的一种冷弯性能优异的超高强钢板的制造方法，其特征在于：步骤(5)中钢板淬火温度880±20℃，钢板加热到温后保温30-80min；加热后经淬火机快速水冷至室温；淬火钢板进行低温回火处理，回火温度180±20℃，保温时间40-200min，加热后至冷床空冷至室温。
