CN101775559A

CN101775559A - 一种易焊接高强度高韧性的船板钢及生产工艺

Info

Publication number: CN101775559A
Application number: CN 201010127896
Authority: CN
Inventors: 武会宾; 张�杰; 王立军; 唐荻; 蔡庆伍; 赵爱民
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2030-03-17
Also published as: CN101775559B

Abstract

本发明属于金属材料领域，涉及一种易焊接高强度高韧性的船板钢及生产工艺。特征是采用低碳多元素低合金设计，连铸板坯TMCP+回火工艺生产。板坯成分为：C 0.02-0.08，Si 0.2-0.4，Mn 0.5-1.5，Alt 0.02-0.04，Nb 0.02-0.08，V 0.005-0.1，Ti 0.008-0.02，Cr 0.3-0.7，Mo 0.2-0.5，Ni 0.3-1.4，Cu 0.2-1.2，B 0.001-0.002，P＜0.013，S＜0.005，O＜0.0012，N＜0.0045，H＜0.00015，余量为Fe。220-300mm厚板坯轧前加热温度为1250℃；粗轧开轧温度为1100-1180℃；精轧开轧温度≤860℃，精轧终轧温度790-830℃；轧制钢板厚度10-60mm。精轧后快速进入ACC控冷，冷速8-15℃/s；返红温度：450-600℃。回火温度500-680℃，时间90-180min。本发明产品具备良好的综合力学性能和易焊接性。

Description

一种易焊接高强度高韧性的船板钢及生产工艺

技术领域

本发明属于低合金高强度钢生产领域，特别涉及一种控轧控冷+回火生产高强度高韧性船板钢的工艺方法。

背景技术

造船、海洋石油产业的不断发展以及船舶向大型化、高速化方向发展的趋势使得高强度高韧性船板钢的需求日益增加。国外最初的船板钢使用铁素体加珠光体组织，随后开始使用经过调质热处理的回火马氏体钢HY-80/HY-100。

传统铁素体+珠光体组织的钢尽管在一定的冷却范围内强度可以得到提高，韧性得到改善，但提高和改善是有限度的。回火马氏体钢一般合金元素的加入量较大、生产周期长，工艺复杂，需要投入较多专用设备，生产过程的能耗及成本高，在保证板形及表面质量方面需要许多的投入。HSLA-100钢主要强调析出强化对强度增加的影响，对重要的合金元素添加较多，而对组织的研究相对较少。

国内现有船板钢生产专利技术的不足之处为：强度低，多为铁素体+珠光体组织，并且在对提高钢耐海水腐蚀性能的合金元素选取和添加量方面考虑较少。如：“宽厚规格高强度船板钢及其生产工艺”(CN 101418417A)、“控制控冷海洋平台用钢及其生产方法”(CN 101358320A)。

因此，开发其它组织类型的船板钢，并充分考虑合金元素对钢材焊接性能的作用，是获得综合性能良好的船板钢的新途径。

发明内容

本发明目的在于提供一种易焊接高强度高韧性的船板钢生产方法，尤其解决传统工业生产船板钢工业复杂，强韧性和焊接性能不足的问题。

一种易焊接高强度高韧性的船板钢生产工艺，钢的质量百分比成分为：

C 0.02-0.08％，Si 0.2-0.4％，Mn 0.5-1.5％，Alt 0.02-0.04％，Nb 0.02-0.08％，V 0.005-0.1％，Ti 0.008-0.02％，Cr 0.3-0.7％，Mo 0.2-0.5％，Ni 0.3-1.4％，Cu0.2-1.2％，B 0.001-0.002％，P＜0.013％，S＜0.005％，O＜0.0012％，N＜0.0045％，H＜0.00015％。其余为Fe和不可避免杂质。

钢中夹杂元素的含量上限控制在P＜0.013％，S＜0.002％，O＜0.0012％，N＜0.0045％，H＜0.00015％为宜。

焊接裂纹敏感系数：

Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.33。

本发明的钢种主要采用针状铁素体的组织设计原则，其原理在于：针状铁素体是变形奥氏体连续冷却到发生贝氏体相变前首先形成的，晶内针状铁素体三维形态在空间不是针状，而是三维的不规则板片状。这些板块相互联结或通过晶界，在空间把变形原始奥氏体晶粒分成了许多独立区域，随后产生的板条贝氏体束或粒状贝氏体团都只能在这些已遭分割的小范围内进行，最终组织变得很细，该组织对于钢材塑韧性的改善发挥重要作用。由于针状组织既有晶界形核，又有晶内形核生长的，因此可实现其均匀分布。另外，针状铁素体是逐渐长大和增多，因此在缓慢冷却过程能实现对该类组织数量的控制。

此外，本发明采用板条贝氏体和第二相粒子析出强化进步改善钢的强度和韧性。在不同冷却条件下，得到其他贝氏体转变组织(如粒状贝氏体等)和亚结构。调整好各相的比例对获得良好的综合性能(强度、韧性、塑性、焊接性、冷加工性等)非常有利。

基于以上组织设计，在成分的选择上，本发明采用Mo-Cu-Nb-B复合作用，可在少量添加其他合金元素条件下实现高强度、高韧性、可焊性和耐海水腐蚀性。

主要成分和作用如下：

碳：不再对本钢种的强度起决定性作用，虽然碳是较强的固溶强化元素，能显著提高钢板强度，但为了使钢板具有良好的焊接性能、较好的低温冲击韧性，在保证形成足够的NbC、TiC等高熔点的碳化物的情况下，必须降低钢中的含碳量。

锰：弱碳化物形成元素，它在冶炼中的作用是脱氧和消除硫的影响，还可以降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒，对提高钢板强度和韧性有益。同时还能固溶强化铁素体和增加钢的淬透性。Mn/C达2.5以上时钢的低温韧性有较好的改善。

铝：在钢中和其它元素形成细小弥散分布的难熔化合物，故能细化钢的晶粒，提高钢的晶粒粗化温度，主要是AlN的影响。

铌：能产生显著的晶粒细化和中等的沉淀强化作用。

钼：存在于钢的固溶体和碳化物中，有固溶强化作用，并可提高钢的淬透性。钼减缓C化物在奥氏体中的溶解速度，对钢由奥氏体分解为珠光体的转变有强烈的抑制作用。

铜：可以提高钢的耐蚀性、强度，改善焊接性、成型性与机加工性能等。面心立方ε-Cu从α-Fe中析出可使钢材强化。

硼：强烈提高淬透性的元素。在得到相同淬透性的情况下，添加B要比添加其他合金元素更有利于钢的焊接性。加入微量B可明显抑制铁素体在奥氏体晶界上的形核，使铁素体转变曲线明显右移，同时使贝氏体转变曲线变得扁平，从而在低碳的情况下，能在较宽冷却速度范围内得到贝氏体组织。

Mo、Nb、Cu与B的联合作用：Mo与B联合作用显著推迟铁素体转变；Nb与B相互促进，复合加入时降低贝氏体的转变温度，进一步细化组织，提高基体中位错密度；Cu与B联合会进一步抑制贝氏体转变前的先共析铁素体生成；Cu可使Nb的碳化物高温应变诱导析出加速，再结晶停止温度升高，有利于进行非再结晶区控轧及进一步细化相转变产物。

铬：主要用于提高钢的耐腐蚀性能和淬透性。

镍：能韧化基体，特别是提高钢的低温韧性，随着钢中镍含量的增加，韧脆转变温度显著降低，低温韧性得到明显提高。

钛：一种重要的微合金元素，可形成细小的钛的碳、氮化物颗粒，在板坯再加热过程中可通过阻止奥氏体晶粒的粗化从而得到较为细小的奥氏体显微组织。另外，钛的氮化物颗粒的存在可抑制焊接热影响区的晶粒粗化。

钒：钢中的强化元素，由于VC、V(CN)的沉淀强化，可使钢的强度明显提高。钒可以固定氮，在V、Nb、Ti共存的情况下，适当的钒含量对提高和焊缝韧性具有良好的作用。

本发明提供的具体工艺措施如下：

冶炼工艺方面，采用转炉炼钢，顶底复合吹炼深脱碳，采用RH真空处理进一步脱碳，并进行合金化。

本发明采用连铸板坯TMCP+回火工艺进行生产，工艺步骤为：

将满足化学成分要求的钢水浇铸成220-300mm厚板坯。轧前进行装炉加热，加热段和均热段温度为1250℃，加热速度8-10min/cm，加热时间200-400min。

粗轧工序中，开轧温度为1100-1180℃，粗轧终轧温度≥990℃；中间坯待温厚度为100-150mm；精轧开轧温度≤860℃，精轧终轧温度790-830℃。

精轧后快速进入ACC控冷，即加速控制冷却，冷速8-15℃/s；

返红温度：450-600℃；回火温度500-680℃，时间90-180min。

本发明生产出的产品具备良好的综合性能：因碳当量低，可以焊接。力学性能R_eH＞550MPa，R_m＞670MPa，横向伸长率A＞14％，-40℃夏比冲击吸收功横向值＞60J，Z向拉伸断面收缩率＞35％，冷弯性能良好。

附图说明

图1是实施例1的表层金相组织图。

图2是实施例2的心部金相组织图。

具体实施方式

实施例1

本实施例的高强度高韧性船板钢按重量百分比计的设计成分为：C 0.07，Si0.23，Mn 1.28，P 0.009，S 0.002，Alt 0.033，Nb 0.027，V 0.051，Ti 0.015，Cr0.5，Mo 0.35，Ni 0.7，Cu 0.9，其余为Fe和不可避免杂质。

按以上成分冶炼并浇铸成300mm厚板坯；将板坯送入加热炉，加热温度1250±10℃，加热时间300min；出炉温度≥1180℃，粗轧开轧温度为1160℃，粗轧终轧温度≥990℃；中间坯待温厚度150mm；精轧开轧温度840℃，精轧终轧温度800℃；精轧后快速进入ACC控冷，冷速8-12℃/s；返红温度450±20℃，产品厚度60mm。将此厚板送入加热炉进行回火，回火温度550℃，回火时间100min。

图1是本实施例的表层金相组织图，由图可知钢板表面金相组织为粒状贝氏体和板条贝氏体混合组织。产品的R_eH＝695MPa，R_m＝773MPa，横向伸长率A＝16％，-40℃夏比冲击吸收功横向值达55J以上，Z向拉伸断面收缩率均在35％以上，冷弯性能良好。

实施例2

本实施例的高强度高韧性船板钢按重量百分比计的设计成分为：C 0.07，Si0.23，Mn 1.28，P 0.009，S 0.002，Alt 0.033，Nb 0.027，V 0.005，Ti 0.015，Cr0.45，Mo 0.34，Ni 0.83，Cu 0.89，其余为Fe和不可避免杂质。

按以上成分冶炼并浇铸成300mm厚板坯；将板坯送入加热炉，加热温度1250±10℃，加热时间300min；出炉温度≥1180℃，粗轧开轧温度为1160℃，粗轧终轧温度≥990℃；中间坯待温厚度150mm；精轧开轧温度840℃，精轧终轧温度800℃；精轧后快速进入ACC控冷，冷速8-12℃/s；返红温度450±20℃，产品厚度60mm。将此厚板送入加热炉进行回火，回火温度630℃，回火时间100min。

图2是本实施例的心部金相组织图，由图可知钢板表面金相组织为针状铁素体、粒状贝氏体和板条贝氏体混合组织。产品的R_eH＝606MPa，R_m＝730MPa，横向伸长率A＝23％，-40℃夏比冲击吸收功横向值达65J以上，Z向拉伸断面收缩率均在35％以上，冷弯性能良好。

Claims

1.一种易焊接高强度高韧性的船板钢，其特征是化学成分质量百分比为：C 0.02-0.08％；Si 0.2-0.4％；Mn 0.5-1.5％；Alt 0.02-0.04％；Nb 0.02-0.08％；V 0.005-0.1％；Ti 0.008-0.02％；Cr 0.3-0.7％；Mo0.2-0.5％；Ni 0.3-1.4％；Cu 0.2-1.2％；B 0.001-0.002％；P≤0.013％；S≤0.005％；O≤0.0012％；N≤0.0045％；H≤0.00015％；余量为Fe。

2.如权利要求1所述的易焊接高强度高韧性船板钢，其特征是生产工艺包括铁水脱硫、转炉顶底吹炼、真空处理、连铸，控轧控冷，回火处理，工艺步骤为：

(1)将满足化学成分要求的钢水浇铸成220-300mm厚板坯；轧前进行装炉加热，加热段和均热段温度为1250℃，加热速度8-10min/cm，加热时间200-400min；

(2)粗轧工序中，开轧温度为1100-1180℃，粗轧终轧温度≥990℃；中间坯待温厚度为100-150mm；精轧开轧温度≤860℃，精轧终轧温度790-830℃；

(3)精轧后快速进入ACC控冷，冷速8-15℃/s；

(4)返红温度：450-600℃；

(5)回火温度：500-680℃，时间90-180min。