CN101812635A - 一种80mm厚Q345F级钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种80mm厚Q345F级钢板及制造方法。钢板中的化学成分重量百分数为：C：0.08～0.13％，Mn：1.20～1.60％，Si：0.10～0.40％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Ni：0.10～0.30％，Nb：0.010～0.030％，V：0.010～0.030％，Al：0.020～0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质，且符合0.26％≤C+6Nb+4V≤0.40％的配比关系。轧制工艺为：厚度240～260mm连铸坯加热温度1200～1250℃，保温时间4.0～4.5小时，出炉温度1180～1220℃；采用两阶段控制轧制，轧后采用层流冷却，终冷温度650～725℃，冷却速率5～10℃/s，高温下线温度400～450℃，堆冷时间60～72小时。本发明力学性能沿厚向分布差异小，-60℃低温冲击韧性优异，无需热处理，生产成本较低。

Description

一种80mm厚Q345F级钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于厚钢板生产技术领域，具体地说是一种80mm厚Q345F级钢板及制造方法。

背景技术

在我国寒冷的东北、华北和西北地区，在建和规划的大型石化装备和高层建筑，对具有优异低温韧性的宽厚钢板，具有显著而迫切的需求。其中Q345级高强度厚钢板在上述工程结构中使用量大、应用面广，要求集多种特性为一体，即不但要求钢板具有较高的强度和塑性，还要求钢板具有较低的屈强比、良好的低温韧性、良好的抗层状撕裂性能和焊接性能。但是，厚钢板受连铸坯内部冶金质量、压缩比小和坯料加热间长等因素的限制，性能合格率往往难以保证。因此，目前国内仅有少数几家钢厂具有批量生产厚度80mm(或以上)特厚钢板的能力，而且，这类特厚钢板低温冲击功普遍只能达到E级，探伤也普遍采用II级标准。另外，为了确保低温韧性，轧后通常还需要对钢板进行正火热处理。如能通过探索优化的合金成分、合理的TMCP工艺，轧后不需热处理就能生产出具有良好-60℃低温冲击韧性的特厚钢板，将不仅可以降低钢板的生产成本，而且还将大大提高结构的使用安全性。

发明内容

为解决现有技术在制造80mm厚Q345F级钢板中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种80mm厚Q345F级钢板及其制造方法。该钢板具有优异的低温韧性、碳当量低，具有良好的焊接性能；且制造方法简便，性能质量稳定。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种80mm厚Q345F级钢板，其特征在于：该钢板的化学成分重量百分比为：C：0.08～0.13％，Mn：1.20～1.60％，Si：0.10～0.40％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Ni：0.10～0.30％，Nb：0.010～0.030％，V：0.010～0.030％，Al：0.020～0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质。

为使所述钢达到良好的强度与-60℃低温冲击韧性匹配，可以对钢中碳含量与微合金化元素Nb、V的含量之间的配比关系加以限定，即所述钢板中C和Nb、V的化学成分重量百分比还符合如下配比关系：0.26％≤C+6Nb+4V≤0.40％。

为使所述钢达到良好焊接性能，所述钢板中的化学成分符合碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.40％。

一种80mm厚Q345F级钢板的制造方法，其特征在于该方法采用如下控轧控冷工艺得到80mm厚Q345F级钢板：

(1)连铸坯加热工艺：厚度240～260mm的连铸坯料加热温度为1220～1260℃，均热段温度为1200～1250℃，在炉加热时间控制在4.0～4.5小时；

(2)轧制工艺：连铸坯料出炉温度控制在1180～1220℃；采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两阶段控制轧制，粗轧每道次压下率10～20％，终轧温度1000～1050℃，粗轧成1.7～2.0倍成品厚度的中间坯，精轧开轧温度为880～900℃，每道次压下率为8～12％；

(3)轧后冷却工艺：采用层流冷却，终冷温度650～725℃，冷却速率5～10℃/s；

(4)高温下线缓冷工艺：钢板热矫后置于冷床冷却，下线温度400～450℃，堆冷时间60～72小时。

由于钢的化学成分是影响力学性能的关键因素之一，本发明为了使所述钢获得优异的低温冲击韧性能，对所述钢的化学成分进行了特别的限定，主要原因在于：

1、碳是影响低合金高强度特厚钢板力学性能的主要元素，当碳含量高于0.13％时，所述钢在TMCP交货状态下，-60℃冲击功偏低。但是，当碳含量低于0.08％时，要使钢的强度达到Q345，必须添加较高的合金成分，增加钢的生产成本。因此，碳含量宜控制在0.08～0.13％的范围内。其中，TMCP(ThermoMechanicalControlProcess：热机械控制工艺)就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制(ControlRolling)的基础上，再实施空冷或控制冷却及加速冷却(AcceleratedCooling)的技术总称。

2、锰在所述钢中推迟奥氏体向铁素体的转变，对细化铁素体，提高强度和韧性有利。当锰的含量低于1.20％时，上述作用不显著，使强度和韧性偏低。当锰的含量高于1.60％时，易在轧态特厚钢板中形成严重的带状偏析和带状珠光体组织。因此，锰含量应控制在1.20～1.60％的范围内。

3、硅在连铸坯加热时在氧化铁皮/钢基本界面上生成层状铁橄榄石(Fe₂SiO₄)，当温度低于1170℃时，Fe₂SiO₄呈固相，使氧化铁皮(FeO)对钢基体附着力增加而降低除鳞效果，在后续轧制过制中氧化铁皮压入钢板而造成表面缺陷，因此，硅的含量不宜高于0.25％；但由于硅是炼钢时最有效的脱氧元素之一，当硅含量低于0.10％时，钢水易被氧化。因此，硅含量应控制在0.10～0.25％的范围内。

4、硫和磷严重损害所述钢和焊接近缝区的低温韧性。因此，硫、磷含量应分别控制在≤0.005％和≤0.015％以下。

5、镍是一种能显著提高低温韧性的元素，但由于镍的价格偏高，不宜多加。因此，适宜的镍含量范围是0.10～0.30％。

6、微量铌的溶质拖曳作用和Nb(C，N)对奥氏体晶界的钉扎作用，均抑制形变奥氏体的再结晶，结合TMCP，可以细化铁素体晶粒，但过高的铌，促进连铸坯产生表面裂纹，因此，铌含量应控制在0.010～0.030％的范围内。

7、钒在所述钢中与氮结合形成VN粒子，VN粒子在钢板层流冷却的返红过程中析出，可提高钢的强度。当钒的含量低于0.010％时，上述作用不显著。但是，随着钒含量的增加，钢的强度提高，但低温韧性有降低的趋势，其含量不宜超过0.030％。因此，钒含量应控制在0.010～0.030％。

8、铝是炼钢过程中一种重要的脱氧元素，即使在钢水中加入微量的铝，也可以有效减少钢中的夹杂物含量，并细化晶粒。但过多的铝，会促进连铸坯产生表面裂纹，降低连铸工艺性能，因此，铝含量应控制在0.020～0.035％。

9、关于碳含量与Nb、V等微合金成分之间的匹配关系。降碳的同时复合添加Nb和V，是保持钢的强度且提高韧性的行之有效的冶金措施。但是，对于Q345级的特厚钢板来说，在碳含量与Nb、V含量之间存在最佳的配比范围。申请人经过大量试验，发现，在上述工艺条件下，当C+6Nb+4V≥0.40％，钢的强度偏高，韧性偏低；当C+6Nb+4V≤0.40％，钢的韧性改善，但强度不足。因此，要使所述钢达到良好的强度与-60℃低温冲击韧性匹配，所述钢中C和Nb、V的化学成分重量百分比必须满足0.26％≤C+6Nb+4V≤0.40％这一配比关系。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明所述的一种80mm厚Q345F级钢板，具有优异的低温韧性，钢板在表层下1/4处的-40℃纵向冲击功≥200J、表层下1/4处的-60℃纵向冲击功≥140J。

2、本发明所述的一种80mm厚Q345F级钢板，碳当量低，具有良好的焊接性能。

3、本发明所述的一种80mm厚Q345F级钢板的制造方法，生产工艺简便，性能质量稳定。

本发明力学性能沿厚向分布差异小，-60℃低温冲击韧性优异，无需热处理，生产成本较低。

附图说明

图1是本发明所述钢板表层的金相组织主要由贝氏体构成的示意图。

图2是本发明所述钢板表层下1/4处的金相组织是由多边形铁素体和珠光体构成，晶粒度达到8～9级的示意图。

图3是本发明所述钢板表层下1/2处的金相组织是由多边形铁素体和珠光体构成，晶粒度达到8～9级的示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明涉及的一种低温韧性优异的低碳当量高强度厚钢板及制造方法作进一步的详细描述。

按本发明所述方法，试制了6炉试验钢，作为实施例。工艺流程为：转炉冶炼→LF精炼→RH真空处理→钢坯连铸→钢坯验收→表面清理→钢坯加热→高压水除鳞→粗轧机轧制→中间坯待温→精轧机轧制→ACC→矫直→高温下线缓冷→探伤→检查→入库。

连铸坯料厚度为260mm，坯料化学成分见表1。

表1本发明实施例的化学成分(wt％)

实施例	C	Mn	Si	P	S	Nb	V	Al	Ceq
										1	0.083	1.452	0.161	0.011	0.0012	0.030	0.025	0.032	0.33
2	0.092	1.471	0.173	0.012	0.0011	0.025	0.027	0.033	0.34
										3	0.097	1.462	0.182	0.013	0.0018	0.022	0.024	0.032	0.35
4	0.093	1.462	0.172	0.010	0.0013	0.024	0.028	0.031	0.34
										5	0.105	1.474	0.170	0.009	0.0015	0.021	0.020	0.029	0.35

实施例	C	Mn	Si	P	S	Nb	V	Al	Ceq
										6	0.120	1.471	0.172	0.011	0.0017	0.018	0.015	0.028	0.37

从表1可以看出，按照本发明制备的6种试验钢，化学成分均符合本发明所述要求。

钢坯按所述方法，采用控轧控冷工艺生产厚度80mm的Q345F厚钢板，主要工艺要点如下：

(1)连铸坯加热工艺：厚度240～260mm的连铸坯料加热温度为1220～1260℃，均热段温度为1200～1240℃，在炉加热时间控制在4.0～4.5小时。

(2)轧制工艺：连铸坯料出炉温度控制在1180～1220℃；采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两阶段控制轧制，粗轧每道次压下率10～20％，终轧温度1000～1050℃，粗轧成1.7～2.0倍成品厚度的中间坯，精轧开轧温度为880～900℃，每道次压下率为8～12％。

(3)轧后冷却工艺：采用层流冷却，终冷温度650～725℃，冷却速率5～10℃/s。

(4)高温下线缓冷工艺：钢板热矫后置于冷床冷却，下线温度400～450℃，堆冷时间60～72小时。

坯料实际加热工艺参数见表2。

表2本发明实施例的坯料加热工艺

实施例	加热段温度/℃	均热段温度/℃	在炉加热时间/min
				1	1249	1243	247
2	1257	1243	250
				3	1256	1245	253
4	1256	1245	256
				5	1258	1244	269
6	1258	1244	271

钢板实际控轧和控冷工艺参数见表3。

表3本发明实施例的控轧和控冷工艺参数

实施例	粗轧开轧温度/℃	粗轧终轧温度/℃	中间坯厚度/mm	精轧开轧温度/℃	精轧终轧温度/℃	终冷温度/℃	下线温度/℃
								1	1080	1024	120	861	844	637	450
2	1083	1064	120	855	834	685	450
								3	1096	1050	140	855	840	689	450
4	1052	1020	140	860	860	715	450
								5	1100	1073	140	878	885	725	450
6	1090	1050	140	870	887	722	450

对各实施例试验钢板和比较钢取样，按照GB/T 13239-2006标准，采用MTS NEW810型拉伸试验机，以3mm/min恒定的夹头移动速率进行拉伸，测试横向拉伸性能，取样部位为板厚的1/4处，试验结果取2个试样的平均值。按照GB/T 229-2007标准，采用NCS系列500J仪器化摆锤式冲击试验机，测试-60℃夏比冲击功，取样部位为板厚的1/4处，试验结果取3个试样的平均值。钢板力学性能测试结果见表4。

表4本发明实施例的实物性能

实施例	屈服强度MPa	抗拉强度MPa	延伸率％	冲击功-60℃，J	Z向断面收缩率/％	冷弯(d/a＝3)
							1	340	495	77.59	130	77.59	合格
2	325	490	78.61	192	78.61	合格
							3	365	495	80.85	155	80.85	合格
4	330	505	72.24	117	72.24	合格
							5	345	490	72.87	144	72.87	合格
6	325	515	69.84	179	69.84	合格

可以看出，按照本发明生产的试验厚钢板，屈服强度均达到Q345级，抗拉强度≥490Mpa，且-60℃冲击功均≥100J。

本发明力学性能沿厚向分布差异小，-60℃低温冲击韧性优异，无需热处理，生产成本较低。

Claims (4)

1.一种80mm厚Q345F级钢板，其特征在于：该钢板的化学成分重量百分比为：C：0.08～0.13％，Mn：1.20～1.60％，Si：0.10～0.40％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Ni：0.10～0.30％，Nb：0.010～0.030％，V：0.010～0.030％，Al：0.020～0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种80mm厚Q345F级钢板，其特征在于：所述钢板中C和Nb、V的化学成分重量百分比符合如下配比关系：0.26％≤C+6Nb+4V≤0.40％。

3.根据权利要求1所述的一种80mm厚Q345F级钢板，其特征在于：所述钢板中的化学成分重量百分比符合碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.40％。

4.一种权利要求1所述的80mm厚Q345F级钢板的制造方法，其特征在于该方法采用如下控轧控冷工艺得到80mm厚Q345F级钢板，具体如下：

(1)连铸坯加热工艺：厚度240～260mm的连铸坯料加热温度为1220～1260℃，均热段温度为1200～1250℃，在炉加热时间控制在4.0～4.5小时；

(2)轧制工艺：连铸坯料出炉温度控制在1180～1220℃；采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两阶段控制轧制，粗轧每道次压下率10～20％，终轧温度1000～1050℃，粗轧成1.7～2.0倍成品厚度的中间坯，精轧开轧温度为880～900℃，每道次压下率为8～12％；

(3)轧后冷却工艺：采用层流冷却，终冷温度650～725℃，冷却速率5～10℃/s；

(4)高温下线缓冷工艺：钢板热矫后置于冷床冷却，下线温度400～450℃，堆冷时间60～72小时。

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