CN101871083A - 超厚低合金高强度q345系列钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超厚低合金高强度Q345D(E)钢板，包含如下质量量百分比的化学成分：C：0.08～0.16、Si：0.20～0.50、Mn：1.15～1.60、P：≤0.020、S：≤0.010、微合金化元素(Nb+Ti+Ni+Cr)：≤0.20、Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素；碳当量：≤0.43。本发明还公开了该钢板的生产方法，包括转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、控冷、缓冷、热处理，通过合理的采取较低碳、低锰、多元复合微合金元素化学成分设计，钢质洁净，各类夹杂物级别总和不超过3.0，晶粒比较细小，控轧态达到6.0～7.0级，正火处理后达到8.0～9.0级，为确保各项性能创造了前提。该钢板应用于出口的油压机牌坊等主要设备，实现了以轧代锻，提高了钢板成材率，大大降低了生产制造成本。

Description

超厚低合金高强度Q345系列钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及到钢材，具体涉及到一种超厚低合金高强度Q345D(E)钢板及其生产方法。

背景技术

Q345系列钢是一种低合金高强度工程结构用钢，包括：Q345A钢、Q345B钢、Q345C钢、Q345D钢和Q345E钢，它具有较高的强度，良好的冷变形能力，较好的塑性与韧性，能抵抗过载能力，被广泛应用于各个领域。近年来，低合金高强度钢的应用更为广泛，国内对此有了大量的研究。但关于厚度在200mm(含200mm)以上的保性能、保探伤Q345系列低合金高强度钢板以其生产难度大、工艺装备要求特殊等原因无法生产。

发明内容

针对上述问题，本发明人经过摸索，获得了一种厚度在200mm以上的特厚保性能、保探伤低合金高强度Q345系列钢板，从而完成了本发明。

因此，本发明的目的在于提供一种特厚厚度在200mm以上的保性能、保探伤低合金高强度Q345系列钢板。

本发明的另一目的在于提供这种该钢板的生产方法。

为达到上述第一个目的，本发明采取的技术方案是该特厚厚度在200mm以上的保性能、保探伤低合金高强度Q345系列钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：

C：0.08～0.16、Si：0.20～0.50、Mn：1.15～1.60、P：≤0.020、S：≤0.010、微合金化元素(Nb+Ti+Ni+Cr)：≤0.20、Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素。

碳当量[Ceq＝C+Mn/5+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]：≤0.43。

上述化学元素的作用分析如下：

C：是钢中最基础的强化元素，提高强度，但C影响钢的焊接性能和影响韧性。综合考虑，碳的含量尽量控制的低一些。

Si：是固溶强化元素，对提高钢板的强度有利。

Mn：是固溶强化元素，对提高钢板的强度和韧性均有利。

P：对焊接不利，且具有一定的冷脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量低。

S：易形成MnS类夹杂物，具有一定的热脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量低。

V、Nb、Ti：在钢中能够与C、N结合，形成微细碳化物或碳氮化物，能起细化晶粒和弥散强化作用，从而达到有效提高钢材的强韧性的综合效果。

Ni：适量的加入可以有效提高钢板的低温冲击韧性。

Al：可以起到细化晶粒强化作用。

Cr：能在钢表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力；同时可以提高钢的淬透性。

所述保性能、保探伤低合金高强度Q345系列钢板的厚度在200mm以上。

为达到上述目的，本发明采取的生产方法包括：转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理，在所述转炉冶炼中，出钢碳≥0.06％，出钢P≤0.012％，S≤0.012％；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣；在所述LF精炼中，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间控制在15min以上；在所述真空精炼中，在≤67Pa下的保压时间按≥20min进行控制；在所述加热中，均热坑的保温温度控制在1200℃～1300℃；在所述轧制中，开轧温度1050℃～1150℃；一阶段终轧温度在950℃～1000℃，二阶段开轧温度在830～850℃，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度≤820℃；在所述控冷中，返红温度＜760℃，冷速控制在5～15℃/s；在所述缓冷中，入缓冷坑温度≥300℃；堆冷时间≥24小时。

通过合理的采取较低碳、低锰、多元复合微合金元素的化学成分设计，LF+VD工艺来保证钢质的洁净度，达到各类夹杂物级别总和不超过3.0，通过控轧控冷+正火处理使钢的晶粒度达到8.0～9.0级，通过上述等措施的有效实施，成功地生产出了≥200mm特厚保探伤、保力学性能的Q345D(E)低合金高强度钢板。

对铁水预处理到整个热处理全过程，制订了严格的工艺点控制标准，并严格执行，产品的实物质量达到了Q345E级水平，性能富余量较大，其中屈服富余量在65～115Mpa，抗拉富余量在45～75Mpa，伸长率富余量为5～10％，冲击性能达到了E级水平。直接以轧代锻，应用于出口的油压机牌坊等主要设备，大大降低了生产成本。

附图说明

下面结合附图，对本发明做进一步阐述。

图1是本发明工艺流程图。

图2是本发明TMCP轧制后的金相组织图(100X)。

图3是本发明热处理后的金相组织图(100X)。

具体实施方式

本发明所述特厚厚度在200mm以上的保性能、保探伤低合金高强度Q345D(E)钢板包含如下重量百分比的化学成分(单位，wt％)：

C：0.08～0.16、Si：0.20～0.50、Mn：1.15～1.60、P：≤0.020、S：≤0.010、微合金化元素(Nb+Ti+Ni+Cr)：≤0.20、Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素。

碳当量[Ceq＝C+Mn/5+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]：≤0.43。

本发明采取的生产方法包括：转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理，在所述转炉冶炼中，出钢碳≥0.06％，出钢P≤0.012％，S≤0.012％；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣；在所述LF精炼中，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间控制在15min以上；在所述真空精炼中，在≤67Pa下的保压时间按≥20min进行控制；在所述加热中，均热坑的保温温度控制在1200℃～1300℃；在所述轧制中，开轧温度1050℃～1150℃；一阶段终轧温度在950℃～1000℃，二阶段开轧温度在830～850℃，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度≤820℃；在所述控冷中，返红温度＜760℃，冷速控制在5～15℃/s；在所述缓冷中，入缓冷坑温度≥300℃；堆冷时间≥24小时。

实施例1

通过转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理工艺，获得如下表1所述化学成分的Q345D成品钢，其中各工艺参数及力学性能见如下表4、5、6。

表1  实施例1钢的化学成分

C(％)	Si(％)	Mn(％)	P(％)	S(％)	Nb+Ti+Ni+Cr(％)	AlS(％)	CEq
								0.12	0.30	1.35	0.013	0.002	0.10-0.15	0.030	≤0.38

实施例2

通过转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理工艺，获得如下表2所述化学成分的Q345D成品钢，其中各工艺参数及力学性能见如下表4、5、6。表2实施例2钢的化学成分

C(％)	Si(％)	Mn(％)	P(％)	S(％)	Nb+Ti+Ni+Cr(％)	AlS(％)	CEq
								0.10	0.28	1.38	0.010	0.002	0.13	0.020	≤0.35

实施例3

通过转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理工艺，获得如下表3所述化学成分的Q345D成品钢，其中各工艺参数及力学性能见如下表4、5、6。表3实施例3钢的化学成分

C(％)	Si(％)	Mn(％)	P(％)	S(％)	Nb+Ti+Ni+Cr(％)	AlS(％)	CEq
								0.13	0.35	1.38	0.012	0.002	0.12	0.028	≤0.35

本发明的工艺路线：铁水KR深脱硫→转炉冶炼→LF精炼→VD真空处理→模铸锭浇注→钢锭缓冷→加热→除磷→控制轧制→控制冷却→控制矫直→下线缓冷→表面检查→热处理→精整→探伤→检测→判定→合格品入库。

1.1炼钢部分

1.1.1成分设计

由于该钢板厚度较厚，保探伤和保机械性能是难点和重点，在成分设计上必须综合考虑，才能有效达到两者的统一。考虑钢锭较厚，凝固时间长，内部偏析和疏松严重的特点，故为保探伤，结合实际经验，碳锰偏析对探伤影响较大，因此采取低碳、低锰路线，但是碳锰过低对机械性能影响较大，尤其是对正火热处理的钢板。综合考虑以上因素，采取多元微合金化成份设计的路线，结合后续的热处理工艺共同来弥补，从而有效解决两者兼顾统一问题。为确保探伤和性能，同时采取洁净钢冶炼技术，严控钢种[P]、[S]、[N]、[H]、[O]五大有害元素含量。

1.1.2锭型选择

由于保三级探伤，同时对性能指标要求严格，结合以往实践经验，压缩比至少≥3。常规模铸锭有24T、26T、32T、33T、43T和48T，水冷模锭有50T和60T，优选33T钢锭，该钢锭平均厚度890mm，平均压缩比3.28，可以达到设计要求。

1.1.3转炉冶炼工艺点要求

按洁净钢冶炼工艺标准进行控制，出钢碳≥0.06％，出钢P≤0.012％，S≤0.012％；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣。

1.1.4LF精炼工艺点要求

采取大渣量进行造渣，确何白渣保持时间控制在15min以上；杜绝渣稀现象；严格按照吹氩标准执行吹氩操作，禁止暴吹。

1.1.5真空精炼工艺点要求

在≤67Pa下的保压时间按≥20min进行控制；破真空后立即进行Ca处理，对夹杂物进行改性，软吹大于5min后吊钢。

1.1.6浇注工艺点要求

严格按设定的Q345D厚板钢锭浇注工艺控制，坚持“高温慢注，低温快注”原则。具体浇注工艺要求见表4。表4模铸浇铸工艺

注：T₁₁代表液相线温度，动车、脱帽和脱锭时间从注完开始计算。

1.1.7坯锭管理

按正常工艺脱锭后入模铸专用缓冷坑缓冷48h以上，对表面清理检查后送轧。

1.2轧钢工艺点控制要求

1.2.1加热工艺点

钢锭加热按33T低合金系列加热曲线再增加保温时间2h的工艺进行，以确保钢充分烧透、烧均匀；均热坑的保温温度按照1260℃～1290℃执行。

1.2.2轧制工艺

严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，开轧温度1050℃～1150℃；采用CR轧制，凉钢厚度为300mm，为确保变形渗透，在板厚≥500mm时，道次压下量按60±10mm控制，工作辊轧制线速度按≤1.5m/s控制，一阶段终轧温度在950℃～1000℃，二阶段开轧温度在830～850℃，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度≤820℃。

1.2.3控冷工艺

轧制后进入ACC反复冷却，尽量减少表面和内部的温差，确保返红温度＜760℃，冷速控制在5～15℃/s，然后送往强力矫直机进行热矫直。

1.2.4缓冷工艺

钢板下线后进行缓冷，入缓冷坑温度≥300℃；堆冷时间不小于24小时；

1.2.5热处理

执行工艺为保温温度：930±30℃；加热时间：1.5-2.5min/mm；冷却方式：先风冷后空冷，以确保性能合格。

2.1化学成份

为保证良好的焊接性能，应控制碳当量Ceq在0.43以内，碳作为强化元素之一，在成分设计内控范围内采用中下限控制，避免碳偏析影响探伤的同时，对焊接性能不会造成恶化；Mn是细化晶粒元素之一，用以提高强度，降低钢材脆性转变温度，改善低温冲击韧性，但Mn含量过高时，对韧性和焊接性能不利，且容易造成Mn偏析，对探伤有一定的影响。所以Mn含量控制在1.40％左右。Nb元素具有显著的细化晶粒作用，改善钢的综合性能比较明显，但Nb含量高时，成本较大，但单一加入时，综合强化效果并不明显。考虑到该钢板较厚，添加适量的Ni等合金元素用于确保低温冲击功，所以Nb、Ni、Ti的复合加入是最佳选择。P、S含量控制在一个较低的范围内，总之，整体成分控制比较稳定，满足Q345D超厚板的成分设计要求。

2.1.1表面质量要求按GB/T714-2008严格执行。

2.1.2探伤执行JB/T2970-2004III级探伤标准执行。

2.1.3成份及机械力学性能按GB/T1591-2008执行，具体见表5。

表5  Q345D钢板机械力学性能

本次共试生产250mm厚Q345D 10批，其中：屈服强度控制在330～380MPa，平均达到了350MPa，比标准富裕85MPa；抗拉强度控制在515～545MPa，平均达到了530MPa，比标准富裕60MPa；伸长率控制在25％-30％，平均达到27％，比标准富裕7％；-20℃V型冲击功控制在82～121J，平均达到了106J，性能指标完全满足了Q345D开发要求。同时为了进一步了解该次实验的实物真正性能水平，对该次实验的钢板进行-40℃V型冲击功指标进行了检测，其值控制在39～48J，平均达到了43J。结果表明，本次开发的250mm超厚Q345D低合金高强度板已达到了100mm Q345E的性能级别。

2.3外检及探伤

所研制的钢板外检，正品率100％，按JB/T 2970-2004进行探伤，合一级率为60％，合三级率为100％，达到了预期效果。

2.4金相检验

对控轧和正火后的产品厚度1/4处分别作了金相组织检验，结果见图2、图3。

表6  产品的控扎和正火后金相组织

结合表6和图2、图3分析，控轧后的钢板组织为铁素体和珠光体，晶粒度达到6～7级。正火处理后，钢板中的铁素体和珠光体组织更加均匀，晶粒细化，达到8～9级。

Claims (10)

1.一种超厚低合金高强度Q345系列钢板，其特征在于所述钢板包含如下质量百分比的化学成分：C：0.08～0.16、Si：0.20～0.50、Mn：1.15～1.60、P：≤0.020、S：≤0.010、微合金化元素(Nb+Ti+Ni+Cr)：≤0.20、Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素；其中碳当量：≤0.43。

2.如权利要求1所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板，其特征在于所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的厚度在200mm以上。

3.如权利要求1或2所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，包括转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理，其特征在于在所述转炉冶炼中，出钢碳≥0.06％，出钢P≤0.012％，S≤0.012％；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣。

4.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于在所述LF精炼中，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间控制在15min以上。

5.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于在所述真空精炼中，在≤67Pa下的保压时间按≥10min进行控制。

6.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于在所述加热中，均热坑的保温温度控制在1200℃～1300℃。

7.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于在所述轧制中，开轧温度1050℃～1150℃；一阶段终轧温度在950℃～1000℃，二阶段开轧温度在830～850℃，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度≤820℃。

8.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于在所述控冷中，返红温度＜760℃，冷速控制在5～15℃/s。

9.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于在所述缓冷中，入缓冷坑温度≥300℃；堆冷时间≥24小时。

10.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于执行工艺为保温温度：930±30℃；加热时间：1.5-2.5min/mm。

Images