CN102029305B

CN102029305B - 一种特厚钢板的生产方法

Info

Publication number: CN102029305B
Application number: CN 200910187778
Authority: CN
Inventors: 曹忠孝; 李文斌; 吕丹; 付魁军; 韩鹏; 马玉璞; 李云
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: CN102029305A

Abstract

本发明公开了一种特厚钢板的生产方法，主要包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、板坯连铸、轧制及冷却，其特征在于，采用LF精炼处理，VD脱气；出钢前加入钒铁，其加入量为1～1.5公斤/吨钢，连铸过程中投入电磁搅拌技术，轧前板坯加热温度控制在1150～1220℃以保证细小的奥氏体晶粒，轧前和轧制过程中用高压水充分除鳞，钢坯开轧温度控制在1100±50℃，中间坯厚度控制在1.2～1.49倍成品厚度；厚度为71～100mm的终轧温度为830±20℃，然后空冷到室温；厚度为101～150mm的终轧温度为860±20℃进入层流冷却，冷却后的返红温度为720±20℃。本发明具有生产效率高，有利于大批量生产，机械性能良好等优点，屈服强度Rel≥330MPa，-20℃冲击功AKv≥150J，适用于大部分机械构件及使用温度。

Description

一种特厚钢板的生产方法

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，特别涉及到一种特厚钢板的生产方法。

背景技术

在科学技术和现代工业高速发展的今天，机械和建筑等用特厚钢板市场需求越来越大，对钢板的性能要求越来越高，厚度规格要求也由以前的60mm以下上升到70mm以上甚至100mm以上。特厚板能广泛的应用于工程机械、桥梁、容器、车辆、船舶、电力设备及其他结构件，但如此大的厚度规格上保证性能合格均匀，其生产难度较大。

目前生产特厚板大部分都采用模铸，其成材率较低，生产效率也低，生产成本较高。如舞阳钢铁有限责任公司申请的名为“一种大厚度调质高强度钢板及其生产方法”的专利，专利申请号为200810141457.9，公开号为CN 101363101A，提供一种厚度为100～114mm的大厚度钢板，具有高强度、较好的抗层状撕裂性能和良好的低温韧性，但其生产工艺采用了模铸和调质，使其生产成本过高。

济南钢铁股份有限公司申请的名为“一种生产特厚钢板的工艺方法”的专利（申请号为200810249817.7），提供一种生产特厚钢板的方法，将两块板坯经过切割、平正、清洁，通过抽真空并焊合成一块新的板坯，然后进行加热、轧制，以解决大型模铸心部偏析和疏松的问题。但其工序复杂，生产效率较低，并且容易出现分层缺陷。

首钢总公司申请的名为“一种100mm低合金高强度特厚钢板及其制造方法”的专利（申请号为200810119503.5）提供一种厚度为100mm的低合金特厚钢板；首钢总公司申请的另一名为“一种100mm低合金高强度特厚钢板及其制造方法”的专利（申请号为200810224732.3），提供一种100mm、400MPa级高强度特厚钢板，都具有较高的屈服强度，且不需要热处理，且其生产厚度只有100mm，不能满足市场对钢板厚度越来越大的需求。

由以上对比专利可知，目前可用于机械设备等构件的特厚板存在如下不足：

采用模铸、调质工艺生产，生产节奏慢、成本高；

生产工艺复杂，生产效率低，容易产生分层缺陷；

产品厚度规格较小，适用范围窄。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生产工艺简单，具有高生产效率、低能耗，最大厚度规格为150mm特厚钢板的生产方法。

在本发明中，所涉及钢种的化学成分含量（Wt%）：C0.10%～0.16%、Si0.25%～0.35%、Mn1.25%～1.55%、P≤0.020%、S≤0.005%、Nb0.03%～0.05%、V0.02%～0.04%、Ti0.005%～0.015%、Al0.015%～0.045%，其余为Fe以及不可避免的杂质。本发明所以选择以上合金元素种类及其含量是因为：碳：在特厚板钢的化学成分设计中，碳对钢的强度、韧性、焊接性能、冶炼成本影响很大。为了使钢板具有良好的焊接性能、较好的低温冲击韧性，必须降低钢中的含碳量，使其控制在中下限。因为碳是较强的固溶强化元素，能显著提高钢板强度，但碳含量过高，不利于焊接和渗碳体等第二相难控制，会使韧性、塑性和钢板焊接性能明显恶化，本发明的碳含量定为0.10%～0.16%。锰：锰是提高强度和韧性的有效元素，它是弱碳化物形成元素，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。一般用低碳高锰类型的钢作为焊接结构钢时，锰/碳比值越大（达2.5以上），钢的低温韧性就越好。锰含量过高时，则钢硬化而延展性变坏，本发明的锰含量定为1.25%～1.55%。硅：硅起到脱氧剂的作用，同时有固溶强化作用，还可以极大的延缓碳化物的形成，滞后渗碳体的长大，增加了奥氏体稳定性。但是硅含量高，钢种易出现夹杂物，钢材易生锈，热轧生产中铁锈容易被轧入钢板表层，热镀锌性能差，同时硅都显示出对多线程焊接时局部脆性区域有危害性，本发明的硅含量定为0.25%～0.35%。磷：磷是钢中的有害元素，虽然它是固溶强化效果最好的元素之一，但是磷偏析晶界，恶化韧性，含量直接影响到钢板的塑性和韧性。磷对钢是非常有害的元素。应尽量减少其含量，应该尽量控制其含量到最低。硫：硫是钢中的有害元素。硫化锰、氧化物夹杂或碳化物等第二相颗粒的存在都会降低钢的塑性和强韧性，降低钢的延伸率。硫化锰有一定塑性，随轧制方向拉长延伸，加大了钢的各向异性，这对钢的横向性能非常不利。硫形成的硫化铁使钢在热轧和焊接中产生热脆裂纹，含硫较高时，抗硫化氢腐蚀能力大为下降，尽量控制其含量最低。铝：铝是脱氧元素，可作为氮化铝形成元素，有效地细化晶粒，其含量不足0.01%时，效果较小；超过0.07%时，脱氧作用达到饱和；再高则对母材及焊接热影响区韧性有害。所以，在特厚板中将铝含量限定在0.015%～0.045%的范围内。铌：铌能够有效地延迟变形奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒。铌细化晶粒的强烈效果与在轧制时碳氮化铌析出延迟奥氏体的再结晶有关系。此外它有较强的析出强化作用。同时改善强度和韧性；它也可以提高淬透性，在低碳钢中降低转变温度促使贝氏体组织的形成。随着Nb钢中的固溶铌含量增大，形成贝氏体的趋势增大。成分设计中参照国标将铌含量限定在0.03%～0.05%范围内。钒：在合金元素中是钢中的强化元素，由于VC、V（CN）的沉淀强化，可使钢的强度明显提高。但是提高韧脆转变温度，其含量一般控制在0.10%以下，本发明将钒含量定为0.02%～0.04%。钛：加入微量的钛，是为了固定钢中的氮元素。另外钛有强烈的析出强化作用，可以提高钢的强度，对焊接热影响区处的硬度也有好的影响作用在最佳状态下，钛的氮化物颗粒的存在可抑制焊接热影响区的晶粒粗化阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。钛低于0.005%时，固氮效果差，超过0.03%时，固氮效果达到饱和，过剩的钛可以单独或与铌一起形成碳氮化物，强化钢材，但有时会形成尺寸较大的析出相，将会使钢的韧性恶化。过多的钛含量会引起钛的氮化物的粗化，对低温韧性不利，故将本发明中钛含量定为0.005%～0.015%。

以上是添加各种元素的含量范围以及作用，本发明以300mm厚的连铸坯、较小的压缩比为基本特征，提供一种最大厚度为150mm的特厚钢板的生产方法：利用电磁搅拌技术生产300mm厚的连铸坯，对连铸坯进行探伤和清理，在宽厚板轧机上采用交叉轧制和控制轧制控制冷却的方法，生产出探伤合格、性能合格的特厚钢板，其所用的生产工艺特征如下：

生产工艺流程：铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼（LF）—微Ti处理—板坯连铸（电磁搅拌）—原料验收、清理—加热—轧制—矫直—层流冷却—堆垛缓冷—探伤—取样检验—切割—喷印标记—检查—入库。

炼钢工艺特征：采取转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行深脱碳，采用LF处理，VD脱气，降低有害气体O、H、N等以及S的有害作用；进行微合金化，出钢前加入钒铁，其加入量为1～1.5公斤/吨钢（含钒50%），连铸过程中投入电磁搅拌技术，电磁搅拌强度控制在800*800A～1000*1000A，搅拌频率为3.5～4.5Hz，浇铸成厚度为300mm的连铸坯。

轧制工艺特征：对来料连铸坯进行探伤和清理，轧前的加热温度控制在1150～1220℃以保证细小的奥氏体晶粒，起到轧后细化晶粒的作用。轧前和轧制过程中用高压水充分除鳞，板坯开轧温度控制在1100±50℃，中间坯厚度控制在1.2～1.49倍成品厚度；保证终轧温度，厚度为71～100mm的终轧温度为830±20℃，然后空冷到室温；厚度为101～150mm的终轧温度为860±20℃，然后进入层流冷却，冷却后的返红温度为720±20℃。300mm的连铸坯生产厚度为150mm的钢板，探伤合格，性能稳定。

按上述方案生产的耐磨钢具有以下有益效果：

利用300mm的连铸坯生产特厚钢板，生产效率高，有利于大批量生产，最大能生产150mm厚度的钢板，探伤合格；

具有良好的机械性能，屈服强度Rel≥330MPa，－20℃冲击功AKv≥150J，适用于大部分机械构件及使用温度。

具体实施方式

本发明的化学成分及生产工艺，其钢坯成分如表1，本发明的实际工艺参数如表2，本发明的实物性能检验结果如表3。

表1钢坯化学成分，Wt%

编号	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti	V	Al
										1#	0.10	0.32	1.53	0.010	0.005	0.04	0.008	0.04	0.040
2#	0.16	0.35	1.54	0.015	0.004	0.04	0.012	0.04	0.042
										3#	0.14	0.29	1.50	0.015	0.004	0.03	0.008	0.04	0.045

表2 本发明实际工艺参数

表3 本发明实物检验结果

Claims

1.一种特厚钢板的生产方法，主要包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、板坯连铸、轧制及冷却，其特征在于，采用LF精炼处理，VD脱气；出钢前加入钒铁，其加入量为1～1.5公斤/吨钢，连铸过程中投入电磁搅拌技术，轧前板坯加热温度控制在1150～1220℃以保证细小的奥氏体晶粒，轧前和轧制过程中用高压水充分除鳞，钢坯开轧温度控制在1100±50℃，中间坯厚度控制在1.2～1.49倍成品厚度；厚度为71～100mm的终轧温度为830±20℃，然后空冷到室温；厚度为101～150mm的终轧温度为860±20℃，然后进入层流冷却，冷却后的返红温度为720±20℃。

2.根据权利要求1所述的一种特厚钢板的生产方法，其特征在于，电磁搅拌强度控制在800*800A～1000*1000A，搅拌频率为3.5～4.5Hz，浇铸成厚度为300mm的连铸坯。

3.根据权利要求1所述的一种特厚钢板的生产方法，其特征在于，板坯化学成分的质量百分比为C0.10%～0.16%、Si0.25%～0.35%、Mn1.25%～1.55%、P≤0.020%、S≤0.005%、Nb0.03%～0.05%、V0.02%～0.04%、Ti0.005%～0.015%、Al0.015%～0.045%，其余为Fe及不可避免杂质。