CN100540708C - 高强度船体结构用钢及其板卷生产方法 - Google Patents
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Abstract
高强度船体结构用钢及其板卷生产方法属低合金钢，尤其涉及船体结构用钢及其生产方法。钢的成份(wt%)包括0.03-0.075%C、0.01-0.35%Si、1.40-1.60%Mn、0.015-0.100%Als、0.020-0.080%V，余为Fe及杂质元素；其生产方法特点是在CSP生产线上，采用专用的温度制度、压下制度及冷却制度，钢水由连铸机铸坯，液压剪剪成定尺坯入均热炉加热，热坯除鳞后进入立辊侧向轧边、七机架四辊轧机连轧成带钢，再进入层流冷却装置控制冷却，最后卷成板卷。优点是合金品种少，工艺简化、生产线短，设备少，生产效率高，成材率高，能耗低；产品性能均匀、稳定，强度高；板形好，板厚、横向及纵向尺寸、凸度、平直度精度高，表面质量好，可提高造船加工的成材率。
Description
技术领域
本发明属于低合金钢，尤其涉及船体结构用钢及其生产方法。
背景技术
随着造船工业的发展，普通的船用钢板已不能满足船舶大型化、专业化的要求，人们首选性能优异的低合金钢。中国国家标准GB712-2000公开的高强度船板钢成份(wt％)C≤0.18％、Si≤0.50％、0.90-1.60％Mn、Als≥0.015、0.02-0.05％Nb、0.05-0.10％V、Ti≤0.02％、Cu≤0.35％、Cr≤0.02％、Ni≤0.40％、Mo≤0.08％，其余为Fe及杂质元素。这种钢合金元素达11种之多，其缺陷是添加合金品种多，一些合金元素价格不菲，增加了炼钢成本，还给炼钢生产带来不便。现在船体结构用钢板多采用常规流程生产，由炼钢车间冶炼、铸坯，冷却后或红送至轧钢车间，先进行二次加热，再轧制成材。其缺陷是工艺复杂，设备多，生产线长，基建投资高；生产周期长，从冶炼钢水到轧制成船板约需2天以上，占用流动资金多；板坯二次加热，能耗高；板坯加热温度不稳定，沿长度和宽度方向截面温度分布不均匀，影响船板的性能，影响板厚、凸度、平直度和宽度的精度：成材率低，一般为88％；由于受轧机轧制等方面的限制，生产薄规格的船板更显得困难。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高强度船体结构用钢，节省合金元素，简化冶炼；另一个目的是提供一种该钢板卷的生产方法，采用CSP连铸连轧工艺生产7mm以下厚度的船体结构用钢板卷，获得良好的板形、力学性能，提高生产效率。
高强度船体结构用钢，其成份(wt％)包括0.03-0.075％C、0.01-0.35％Si、1.40-1.60％Mn、0.015-0.100％Als、0.020-0.080％V、其余为Fe及杂质元素。
本发明船体结构用钢采用低碳，用V、Al作细化晶粒元素，适当提高Mn含量，由常规的转炉或电炉冶炼、LF炉进行精炼，生产出合格的钢水。
C含量的降低可避开包晶钢范围，确保薄板坯连铸的稳定性，同时为保证较低的碳当量，改善钢板的焊接性能，提高其韧性；Mn推迟珠光体转变，可提高淬透性，起到固溶强化、细化铁素体晶粒和减少碳化物尺寸，提高钢板强度，增加韧性的作用；同时Mn降低A3、A1临界点，在推迟珠光体转变的同时，也推迟铁素体转变；Al主要进行终脱氧和控制晶粒度，Al与N有较大的亲和力，生成AlN化合物，这样Al可起到固定钢中[N]的作用，同时生成Al2O3，固定钢中[O]，也细化了晶粒，从而减轻钢对缺口的敏感性，减少时效现象，并提高冲击韧性，特别是降低脆性转变温度。V与控制控冷工艺相配合，在钢中形成碳、氮化物，这些析出物的细小质点可以钉扎晶界，具有强烈阻碍晶粒长大的作用。从而细化铁素体晶粒，而起到固熔强化、析出强化、时效强化和淬硬性作用。达到提高钢强度和韧性及改善焊接性能。
本发明的高强度船体结构用钢板卷的生产方法，包括由CSP连铸机、液压剪、均热炉、除鳞机、立辊、连轧机组、冷却装置、卷取机依次相连，构成CSP连铸连轧生产线，特点是在CSP连铸连轧生产线上、采用专用的温度制度、压下制度及冷却制度，钢水由连铸机按专用连铸工艺铸坯，液压剪剪成定尺坯入均热炉加热，热坯除鳞后进入立辊侧向轧边、七机架四辊轧机连续轧制成带钢，再进入层流冷却装置控制冷却，最后卷取成板卷。生产连续、高速进行，从冶炼钢水到轧制成板卷仅需2小时。
(1)连续铸坯与定尺剪切
钢水由钢包直接运至连铸机，按照设定的冷却曲线和振动曲线进行浇注，由计算机控制。开浇温度1550～1580℃、浇铸速度3.8～4.8m/min、铸坯断面宽度900～1600mm；厚度45→90mm；铸坯经液压剪剪成定尺坯，长度10～44m，半无头轧制铸坯最大长度262m。
(2)铸坯均热
连铸机、液压剪、均热炉紧凑相连，定尺热坯100％装入均热炉中，加热所需能耗低。铸坯加热均匀，板坯在轧制过程中温度均匀、稳定，使板坯沿长度和宽度截面的温度分布均匀，铸坯入炉温度950-1000℃，均热炉加热温度1170-1190℃，炉膛压力3-10Pa，铸坯出炉温度1140-1160℃。
(3)铸坯除鳞
铸坯出炉后进入除鳞机，采用高压水除鳞，入口侧水压24MPa出口侧水压38MPa，喷射宽度1700mm，4组除鳞集管，上部2组可调，下部2组固定，每个集管有35个平喷嘴，采用计算机控制。
(4)连续轧制
立辊首先进行侧向轧边，用于微量调整板坯宽度和提高带钢边部质量，并保证铸坯对中进入连续排列的七机架四辊轧机进行连续轧制，机组采用CVC轧机，由计算机精确控制。
(4.1)轧辊辊径、轧制速度及轧制力
(4.2)热轧压下制度，相对压下率F分别为
第一机架相对压下率F1：35-45％
第二机架相对压下率F2：35-45％
第三机架相对压下率F3：35-45％
第四机架相对压下率F4：35-45％
第五机架相对压下率F5：30-34％
第六机架相对压下率F6：30-34％
第七机架相对压下率F7：23-28％
(4.3)轧制温度
开轧温度1040-1060℃
终轧温度880-900℃
(4.4)轧制中二次除鳞，在后续机架前设置二次除鳞装置。
带钢成品规格：厚度1.0-12.7mm，宽度900-1600mm。
成材率95％
(6)轧后冷却，确保带钢力学性能
采用层流冷却装置，由冷却水管喷水冷却，由计算机控制层流开闭，对轧后带钢进行冷却。带钢的力学性能为Rel≥400MPa；600MPa≥Rm≥500MPa；A≥24％；纵向冲击功(-20℃)≥60J；冷弯d＝3a，120°合格
(7)带钢卷取成卷
层流冷却至卷取机之间设飞剪，对带钢头部进行剪切，剪头后带钢进入卷取机，卷成板卷。卷取最大速度26m/s，卷取温度620-640℃，钢卷最大重量29t。
(8)生产过程由计算机控制。
本发明进一步改进，CSP连铸连轧生产线的连铸机、均热炉、除鳞机、事故剪、立辊、连轧机组、层流冷却装置、卷取机依次相连，配置紧凑，间隔合理，占地面积少，生产连续高速，保持良好的生产节奏。
连铸机采用特定的冷却曲线、振动曲线，供浇注铸坯时选择，以保证铸坯表面和内在质量。
均热炉与除鳞机之间还设置事故剪，供处理故障时用。
本发明与现有技术相比优点是：
(1)该发明使用合金元素品种减少，降低冶炼成本，冶炼操作简便；
(2)工艺简化、设备减少、生产线短，从而大幅度降低了基本建设投资，使得吨钢投资下降19～34％；
(3)生产周期短，生产效率高，从冶炼钢水至钢卷送到运输链，仅需约2h，从而减少了大量流动资金；
(4)成材率提高，约95％，能耗降低约20％，从而降低了生产成本，使吨材成本降低；
(5)产品性能均匀稳定，强度高，板形好，纵向、横向尺寸及板厚、板宽精度高，产品表面质量好，凸度、平直度优于传统工艺生产的船板。
附图说明
图1高强度船体结构用钢板卷的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例对本明作进一步说明，按指定的成份在氧气顶底复吹转炉冶炼，LF精炼炉进行炉外精炼，CSP连铸连轧设备上进行控制轧制、控制冷却，最后卷取成板卷。
实施例1：轧制3.5mm船板，合格钢水，经过CSP连铸机1(结晶器保护渣188GA3、冷却曲线2#、振动曲线6#)浇注速度4.0m/min浇注成铸坯，经液压剪2剪成定尺(35m×70mm×1500mm)，进入均热炉3加热，均热温度控制在1180±10℃，出均热炉经高压水除鳞机4除鳞，进入立辊轧机5侧压后进入七机架连轧机6连轧，开轧温度1050±10℃，终轧温度890±10℃。出最后一架轧机，经过层流装置7后段控制冷却，经飞剪9切头，由卷取机8卷曲成热轧板卷，卷取温度在640℃，然后下线，其钢板成份列于表1中，其性能测试数据列于表2中，有关工艺参数列于表3中。
实施例2：同实施例1的方法，轧制4.0mm的船板，其钢板成份列于表1中，其性能测试数据列于表2中，有关工艺参数列于表3中。
实施例3：同实施例1的方法，轧制5.5mm的船板，其钢板成份列于表1中，其性能测试数据列于表2中，有关工艺参数列于表3中。
实施例4：同实施例1的方法，轧制7.5mm的船板，其钢板成份列于表1中，其性能测试数据列于表2中，有关工艺参数列于表3中。
表1 高强度船体结构用钢成份(wt，％)
| 编号 | C | Si | Mn | P | S | Als | V |
| 实施例1 | 0.052 | 0.059 | .1.54 | 0.0090 | 0.0060 | 0.026 | 0.052 |
| 实施例2 | 0.065 | 0.110 | 1.45 | 0.0066 | 0.0040 | 0.027 | 0.048 |
| 实施例3 | 0.072 | 0.100 | 1.52 | 0.0071 | 0.0008 | 0.023 | 0.053 |
| 实施例4 | 0.069 | 0.067 | 1.45 | 0.0076 | 0.0073 | 0.025 | 0.044 |
表2 高强度船体结构用钢力学性能
| 编号 | 规格 | Rel | Rm | A | 冷弯 | -20℃冲击功 |
| 实施例1 | 3.50 | 440.0 | 500.0 | 26.0 | 合格 | / |
| 实施例2 | 4.00 | 470.0 | 545.0 | 27.5 | 合格 | / |
| 实施例3 | 5.50 | 500.0 | 555.0 | 26.5 | 合格 | 117/129/128 |
| 实施例4 | 7.50 | 460.0 | 540.0 | 27.0 | 合格 | 116/102/112 |
表3 实施例工艺参数
结论：从表1、表2和表3可以看出，按照本发明设计的成分和工艺参数生产的薄规格高强度船板的性能完全符合GB712要求。
Claims (3)
1、高强度船体结构用钢，其化学成份(wt％)包括0.03-0.075％C、0.01-0.35％Si、1.40-1.60％Mn、0.015-0.100％Als、0.020-0.080％V、其余为Fe及杂质元素。
2、根据权利要求1所述的高强度船体结构用钢板卷的生产方法，包括由CSP连铸机(1)、液压剪(2)、均热炉(3)、除鳞机(4)、立辊(5)、连轧机组(6)、冷却装置(7)、卷取机(8)依次相连构成的CSP连铸连轧生产线，其特征在于在CSP连铸连轧生产线上，采用专用的温度制度、压下制度及冷却制度，钢水由连铸机(1)按专用连铸工艺铸坯，液压剪(2)剪成定尺坯入均热炉(3)加热，热坯除鳞后进入立辊(5)侧向轧边、七机架四辊轧机连续轧制成带钢，再进入层流冷却装置(7)控制冷却，最后卷取成板卷；
1)连续铸坯与定尺剪切
钢水由钢包直接运至连铸机(1)，按照设定的冷却曲线和振动曲线进行浇注，开浇温度1550-1580℃，浇铸速度3.8-4.8m/min、铸坯断面宽度900-1600mm，厚度45-90mm；铸坯经液压剪(2)剪成定尺坯，长度10-44m，半无头轧制铸坯最大长度262m；
2)铸坯均热
连铸机(1)、液压剪(2)、均热炉(3)紧凑相连，定尺坯100％装入均热炉(3)中，铸坯入炉温度950-1000℃，均热炉加热温度1170-1190℃，炉膛压力3-10Pa，铸坯出炉温度1140-1160℃；
3)铸坯除鳞
采用铸坯高压水除鳞，入口侧水压24MPa，出口侧水压38MPa，4组除鳞集管，每组集管有35个喷嘴，喷射宽度1700mm；
4)连续轧制
立辊(5)侧向轧边，用于微调板坯宽度，提高带钢边部质量及保证铸坯对中进入连续排列的七机架四辊轧机进行连续轧制，机组采用CVC轧机；
①、轧辊直径立辊700~750mm，F1、F2为Φ820~950×2000mm，F3、F4为Φ660~750×2000mm，F5、F6、F7为Φ540~620×2000mm；
②、轧制速度F1、F2为1.19~3.57m/s，F3为2.15~6.31m/s，F4为3.00~10.10m/s，F5为5.71-16.23m/s，F6、F7为8.11~23.05m/s；
③、最大轧制力立辊2500KN，F1、F244000KN，F3、F442000KN，F5、F6、F732000KN；
④、压下制度相对压下率F分别为：F1、F2、F3、F4为35-45％，F5、F6为30-34％，F7为23-28％；
⑤、轧制温度开轧温度为1040-1060℃，终轧温度880-900℃；
⑥、轧制中二次除鳞在后续轧制前设置二次除鳞装置；
⑦、轧后冷却采用层流冷却装置(7)，由冷却水管喷水冷却，由计算机控制层流开闭；
⑧、带钢卷取成卷卷取最大速度26m/s，卷取温度620-640℃，卷重29T；
⑨、生产过程由计算机控制。
3、根据权利要求2所述的高强度船体结构用钢板卷生产方法，其特征在于本发明生产的钢板卷力学性能为：Rel≥400MPa；600MPa≥Rm≥500MPa；A≥24％；纵向冲击功(-20℃)≥60J；冷弯d＝3a，120°合格。
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