CN101864536B - 一种100mm厚Q390E级特厚钢板及其制造方法 - Google Patents

一种100mm厚Q390E级特厚钢板及其制造方法 Download PDF

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范益
赵亚娟
夏速萍
庄茜
鞠海兵
王发仓
朱红宇
潘宇浩
石小军
朱爱玲
王青峰
王玉辉
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南京钢铁股份有限公司
燕山大学
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Abstract

本发明公开了一种100mm厚Q390E级特厚钢板及其制造方法,钢板中钢的化学成分重量百分数为:C:0.08~0.13%,Mn:1.20~1.60%,Si:0.10~0.25%,P:≤0.015%,S:≤0.005%,Ni:0.10~0.40%,Nb:0.010~0.030%,V:0.020~0.050%,Al:0.020~0.040%,余量为Fe及不可避免的杂质,符合0.26%≤C+6Nb+4V≤0.40%的配比关系。轧制工艺为:厚度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,粗轧每道次压下率10~20%,终轧温度1000~1050℃,粗轧成1.5~2.0倍成品厚度的中间坯,精轧开轧温度850~900℃,每道次压下率8~12%,轧后采用层流冷却,终冷温度500~650℃,冷却速率5~10℃/s,高温下线温度450~550℃,堆冷时间60~72小时。本发明采用260mm铸坯轧制,设备资金投入少,-40℃低温冲击韧性优异,无需热处理,生产成本较低。

Description

—种100mm厚Q390E级特厚钢板及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明属于特厚钢板生产技术领域,具体地说是一种IOOmm厚Q390E级特厚钢板及其制造方法。
背景技术
[0002] 随着我国国民经济的快速发展和大跨度结构项目的不断增加,市场在对机械和建筑用厚钢板的需求量增大的同时,也对产品规格和性能提出了更高的要求。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生产厚度IOOmm特厚钢板的能力,但冲击性能不能保 证。而且为了保证其大压缩比,普遍采用320mm厚铸坯轧制,对连铸设备和技术的要求均较高。在现有技术中还不能利用260_厚铸坯来生产出具有良好低温冲击韧性的特厚钢板。
发明内容
[0003] 为了克服现有技术存在的问题,本发明的目的是提供一种IOOmm厚Q390E级钢板及其制造方法。该制造方法通过优化合金成分、合理的控轧控冷(TMCP)工艺,轧后不需热处理就能生产出具有良好_40°C低温冲击韧性的特厚钢板;不仅可以降低钢板的生产成本和设备的资金投入,而且还将大大提高使用安全性。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0005] 一种IOOmm厚Q390E级特厚钢板,其特征在于:所述钢板中钢的化学成分重量百分比为:C :0. 08 〜0. 13%, Mn :1. 20 〜I. 60%,Si :0. 10 〜0. 25%,P :彡 0. 015%,S :(0. 005%, Ni :0. 10 〜0. 40%, Nb :0. 010 〜0. 030%, V :0. 020 〜0. 050%, Al :0. 020 〜
0. 040%,余量为Fe及不可避免的杂质;所述钢中C、Nb、V的化学成分重量百分比符合如下配比关系:0. 26 % 彡 C+6Nb+4V 彡 0. 40 %。
[0006] 为使所述钢达到良好的强度与-40°C低温冲击韧性匹配,本发明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。
[0007] 本发明所述钢板中钢的化学成分重量百分比优选为:C :0. 11%, Mn :1. 49%,Si :
0. 24%, P :0. 008%, S :0. 0010%, Ni :0. 18%, Nb :0. 012%, V :0. 049%, Al :0. 030%,余量
为Fe及不可避免的杂质。
[0008] 一种IOOmm厚Q390E级特厚钢板的制造方法,其特征在于该方法采用如下控轧控冷工艺:
[0009] (I)连铸坯加热工艺:厚度260mm的连铸坯料加热温度为1220〜1260°C,均热段温度为1200〜1240°C,在炉内的加热时间控制在4. 0〜4. 5小时;
[0010] (2)轧制工艺:连铸坯料出炉温度控制在1180〜1220°C ;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%,粗轧终轧温度1000〜10500C,粗轧成I. 5〜2. 0倍成品厚度的中间坯,精轧开轧温度为850〜900°C,每道次压下率为8〜12% ;[0011] (3)轧后冷却工艺:采用层流冷却,终冷温度500〜650°C,冷却速率5〜10°C /s ;
[0012] (4)高温下线缓冷工艺:钢板热矫后置于冷床冷却,下线温度450〜550°C,堆冷时间60〜72小时,得到IOOmm厚Q390E级特厚钢板。
[0013] 本发明连铸坯料中钢的化学成分重量百分比为:C :0. 08〜0. 13%,Mn :1. 20〜
I. 60%,Si :0. 10 〜0. 25%,P :彡 0. 015%,S :彡 0. 005%,Ni :0. 10 〜0. 40%,Nb :0. 010 〜0. 030%, V :0. 020〜0. 050%,Al :0. 020〜0. 040%,余量为Fe及不可避免的杂质;其中C、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彡0. 40%。
[0014] 本发明中,由于钢的化学成分是影响力学性能的关键因素之一,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: [0015] I、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,-40°C冲击功偏低。但是,当碳含量低于0.08%时,要使钢的强度达到Q390,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。
[0016] 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I. 20〜I. 60%的范围内。
[0017] 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°C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% ;但由于娃是炼钢时最有效的脱氧兀素之一,当娃含量低于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。
[0018] 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彡0. 005%和彡0. 015%以下。
[0019] 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. 40%。
[0020] 6、添加微量铌,形变诱导析出的Nb (C,N)对奥氏体晶界具有钉扎作用,可有效地抑制形变奥氏体的再结晶,但由于本发明轧制过程中压缩比较小,抑制再结晶的效果将被弱化,因此,考虑节约成本,铌不宜多加,应控制在0. 010〜0. 030%的范围内。
[0021] 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。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. 050 %。因此,钒含量应控制在0. 020〜0. 050 %。
[0022] 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. 040 %。
[0023] 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Q390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彡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-40°C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。
[0024] 本发明通过优化合金成分、合理的TMCP工艺,轧后不需热处理就能生产出具有良好_40°C低温冲击韧性的IOOmm厚Q390E级特厚钢板,不仅可以降低钢板的生产成本和设备的资金投入,而且还将大大提高结构的使用安全性。本发明具有如下优点:
[0025] I、具有优异的低温韧性,钢板在表层下1/4处的_40°C纵向冲击功彡60J。
[0026] 2、米用260mm连铸还,设备资金投入低。
[0027] 3、制造方法的生产工艺简便,产品性能质量稳定。
附图说明 [0028] 图I表示本发明所述IOOmm厚Q390E级钢板表层的金相组织主要由贝氏体构成。
[0029] 图2表示本发明所述IOOmm厚Q390E级钢板表层下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7〜8级。
[0030] 图3表示本发明所述IOOmm厚Q390E级钢板表层下1/2处的金相组织是由多边形铁素体,珠光体和少量贝氏体偏析带构成,晶粒度达到7〜8级。
具体实施方式
[0031] 以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0032] 一种IOOmm厚Q390E级特厚钢板,钢板中钢的化学成分重量百分比为:C :0. 08〜0. 13%,Mn :1. 20 〜I. 60%, Si :0. 10 〜0. 25%,P :彡 0. 015%,S :彡 0. 005%, Ni :0. 10 〜0. 40 %, Nb :0. 010 〜0. 030 %,V :0. 020 〜0. 050 %, Al :0. 020 〜0. 040 %,余量为 Fe
及不可避免的杂质。钢中C、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 彡 0. 40%。
[0033] 一种IOOmm厚Q390E级特厚钢板的制造方法,该方法采用如下控轧控冷工艺:
[0034] (I)连铸坯加热工艺:厚度260mm的连铸坯料加热温度为1220〜1260°C,均热段温度为1200〜1240°C,在炉内的加热时间控制在4. 0〜4. 5小时;连铸坯料中钢的化学成分重量百分比为:C :0. 08 〜0. 13%,Mn :1. 20 〜I. 60%,Si :0. 10 〜0. 25%,P :彡 0. 015%,S :彡 0. 005%,Ni :0. 10 〜0. 40%,Nb :0. 010 〜0. 030%,V :0. 020 〜0. 050%,Al :0. 020 〜0. 040%,余量为Fe及不可避免的杂质;其中C、Nb、V的化学成分重量百分比符合如下配比关系:0. 26 % 彡 C+6Nb+4V 彡 0. 40 %。
[0035] (2)轧制工艺:连铸坯料出炉温度控制在1180〜1220°C ;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%,粗轧终轧温度1000〜10500C,粗轧成I. 5〜2. 0倍成品厚度的中间坯,精轧开轧温度为850〜900°C,每道次压下率为8〜12% ;
[0036] (3)轧后冷却工艺:采用层流冷却,终冷温度500〜650°C,冷却速率5〜10°C /s ;
[0037] (4)高温下线缓冷工艺:钢板热矫后置于冷床冷却,下线温度450〜550°C,堆冷时间60〜72小时,得到IOOmm厚Q390E级特厚钢板。
[0038] 按上述方法,试制了 6炉试验钢,作为三个实施例。工艺流程为:转炉冶炼一LF精炼一RH真空处理一钢坯连铸一钢坯验收一表面清理一钢坯加热一高压水除鳞一粗轧机轧制一中间还待温一精轧机轧制一ACC —矫直一闻温下线缓冷一探伤一检查一入库。
[0039] 连铸坯料厚度为260mm,坯料化学成分见表I。
[0040] 表I本发明实施例的化学成分(wt % )
[0041]
实施
Figure CN101864536BD00061
[0042] 从表I可以看出,试验钢的化学成分均符合本发明所述要求。
[0043] 钢坯采用控轧控冷工艺生产厚度IOOmm的Q390E厚钢板。
[0044] 坯料实际加热工艺参数见表2。
[0045] 表2本发明实施例的坯料加热工艺
[0046]
Figure CN101864536BD00062
[0047] 钢板实际控轧和控冷工艺参数见表3。
[0048] 表3本发明实施例的控轧和控冷工艺参数
[0049]
Figure CN101864536BD00063
[0050] 对各实施例试验钢板取样,按照GB/T 13239-2006标准,釆用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-40°C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。
[0051 ] 表4本发明实施例的实物性能
[0052]
Figure CN101864536BD00071
[0053] 可以看出,按照本发明生产的试验厚钢板,屈服强度均达到Q390级,抗拉强度彡490Mpa,且-40°C冲击功均彡60J。

Claims (2)

1. 一种IOOmm厚Q390E级特厚钢板的制造方法,其特征在于该方法采用如下控轧控冷工艺: (1)连铸坯加热工艺:厚度260mm的连铸坯料加热温度为1220〜1260°C,均热段温度为1200〜1240°C,在炉内的加热时间控制在4. 0〜4. 5小时;连铸坯料中钢的化学成分重量百分比为:C :0. 08 〜0. 13%, Mn :1. 20 〜I. 60%, Si :0. 10 〜0. 25%, P :彡 0. 015%, S :(0. 005%, Ni :0. 10 〜0. 40%, Nb :0. 010 〜0. 030%, V :0. 020 〜0. 050%, Al :0. 020 〜0. 040%,余量为Fe及不可避免的杂质;其中C、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% ; (2)轧制工艺:连铸坯料出炉温度控制在1180〜1220°C ;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%,粗轧终轧温度1000〜 10500C,粗轧成I. 5〜2. 0倍成品厚度的中间坯,精轧开轧温度为850〜900°C,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500〜650°C,冷却速率5〜10°C /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450〜550°C,堆冷时间60〜72小时,得到IOOmm厚Q390E级特厚钢板。
2.根据权利要求I所述的IOOmm厚Q390E级特厚钢板的制造方法,其特征在于:步骤(I)中连铸坯料加热温度为1253°C,均热段温度为1238°C,在炉内的加热时间控制在257分钟;步骤⑵中粗轧终轧温度1015°C,粗轧成I. 5倍成品厚度的中间坯,精轧开轧温度为8530C ;步骤(3)中终冷温度555°C ;步骤(4)中钢板下线温度452°C。
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