CN102912234A

CN102912234A - 一种抗应变时效e36级大厚度船板钢的制造方法

Info

Publication number: CN102912234A
Application number: CN2012104347040A
Authority: CN
Inventors: 崔强; 车马俊; 吴年春; 尹雨群; 武会宾
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2013-02-06

Abstract

本发明涉及一种低合金钢的制造方法，是一种抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，船板钢的组成成分及质量百分比为：C0.1-0.3%，Si0.2-1.0%，Mn0.3-1.8%，P＜0.008%，S<0.005%，V0.04-0.15%，Nb0.02-0.08%，Ti0.005-0.02%，Als0.02-0.06%，Ni0.2-0.3%，Cu0.1-0.4%，余量为Fe和微量杂质。按上述成分冶炼浇铸后，对坯料进行锻造，然后进行TMCP（控轧控冷）轧制，获得该种抗应变时效E36级船板钢，在达到各国船级社对E36级力学性能要求的同时，具有良好的抗应变时效脆性的能力。

Description

一种抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法

技术领域

本发明涉及一种低合金钢的制造方法，具体的说是一种抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法。

背景技术

应变时效是存在于钢材中较普遍的现象，其优点是可提高强度，缺点是会导致塑、韧性降低。船体或海洋平台建造过程中，钢板要经受包括冷矫、辊弯、模压、卷边和折边弯等冷加工塑性变形，在冷加工过程中由于出现了应变时效会使钢板强度上升，塑性和韧性下降。对一般的船板钢而言，在加速时效时，每增加1%的加工硬化，钢材的韧脆转变温度会升高5℃，因此船级社对应变时效性能的检验是船板钢认证中不可缺少的项目。钢的时效倾向主要是由C、N原子的扩散所致。氮在铁素体中的溶解度在591℃时可达0.1%左右（质量分数），室温时降低至10^-7左右，含氮量高的钢，由高温快速冷却时过剩的氮便过饱和地溶解在铁素体中，在室温静置时自由氮将重新析出，导致钢的硬度、强度升高，而韧性和塑性降低。

目前，应变时效现象是国内多家船板钢制造企业的问题，对于厚度60mm以下薄规格的钢板，大多数厂家采用TMCP工艺交货，由于该工艺一般采用低碳成分设计，另外，由于目前大多钢厂采用转炉冶炼工艺流程，均能将N含量控制到60ppm以下，这种低碳、低氮的成分体系辅以良好的控轧控冷工艺，使得60mm以下的船板钢的应变时效行为不太明显。随着船舶及海洋平台用钢厚度的增加，60mm以上的钢板需求量越来越大，TMCP工艺已经不太适合大厚度钢板的生产，大部分厂家采用正火工艺交货，一般企业正火后钢板的性能均比较稳定，但经过应变时效后冲击韧性会出现较大波动，这也正是困扰企业的生产大厚度船板钢的问题。大厚度船板钢出现明显的应变时效现象主要原因有以下两个方面，其一、由于采用正火交货，一般钢板为了保证强度大多采用中碳的成分设计，使得碳含量明显高于TMCP交货的钢板，尽管N含量较低，由于C含量的升高仍然会导致较明显的应变时效现象；其二，由于连铸坯厚度受限，大厚度钢板的轧制总压缩比相对变小，一般仅为3倍左右，同时由于厚度增加，导致单道次压下量相对减小，心部变形不够，从而导致心部应变时效显现更为明显。

从微观角度分析来看，应变时效处理过程中，材料经过冷变形，使铁素体中位错密度增加。有研究指出，若低碳钢经正火后位错密度为10⁸cm^-2，经过10%以上的冷变形，平均位错密度可增到10¹⁰cm^-2，此时，位错线的平均间隔是10^-5cm，应变后在晶内会出现非常密集的位错缠结，这样碳原子就能够以更短的路程达到位错等晶体缺陷及应力集中处，而富集于他们周围形成柯氏气团，所以要使位错继续移动，就需要增加外力，这就使得钢板的强度、硬度升高，冲击韧性下降。同时在应变时效过程中并不会有新生的碳氮化物析出，也不会有碳化物的聚集长大，所以随着时效时间的延长，强化效应不会消失。

因此，为了保证钢板在使用过程中的性能稳定性及使用安全性，有必要对钢板的应变时效行为与其成分、工艺的关系进行深入的研究与分析，开发一种满足E36钢级强度并抗应变时效所致脆性的大厚度船板用钢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，可以满足E36钢级强度并抗应变时效所致脆性。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，抗应变时效E36级大厚度船板钢化学成分质量比为：C 0.1-0.3%，Si 0.2-1.0%，Mn 0.3-1.8%，P＜0.008%，S<0.005%，V 0.04-0.15%，Nb 0.02-0.08%，Ti 0.005-0.02%，Als 0.02-0.06%，Ni 0.2-0.3%，Cu 0.1-0.4%，余量为Fe和微量杂质；

制造方法按以下工序进行：

锻造：1120℃-1180℃开锻，终锻880℃-920℃；

轧制：加热温度为1220℃-1280℃，加热时间为2h-4h；

粗轧：开轧1050℃-1150℃，终轧960℃-1000℃；

精轧：开轧900℃-1000℃，终轧800℃-900℃；

冷却：水冷至500℃-650℃。

本发明的抗应变时效E36级大厚度船板钢的各合金成分的的作用机理如下：

碳（C）：是保证钢管力学性能和抗应变时效能力的必要元素，为了获得高的强度，碳含量不能过低，碳含量低于0.1%是淬透性和强度难以保证，高于0.3%则会因C原子的扩散而降低抗应变时效的性能，因而碳含量要适当。

硅（Si）：起到脱氧和改善韧性的作用，低于0.2%效果不明显，高于1.0%加工性和韧性差。

锰（Mn）：改善钢的强韧性的重要元素，小于0.3%时作用小，当含量大于1.8%时，成本上升。

磷、硫（P、S）：磷在钢中是一种易偏析元素，偏析区的淬硬性约是碳的2倍，磷还会恶化钢的焊接性能，显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的脆性转变温度，使钢板发生冷脆，对于高质量的船板钢应严格控制钢中的磷含量；硫是危害船板钢质量的主要元素之一，随着钢中硫含量的增加，裂纹敏感率显著增加，硫还影响船板钢的冲击韧性，硫含量升高冲击韧性值急剧下降，另外，硫还导致管线钢各向异性，在横向和厚度方向上韧性恶化，高钢级船板钢对硫含量的要求很苛刻。

钒（V）、铌（Nb）、钛（Ti）：能有效提高钢的强韧性，能有效的结合钢种的自由C、N原子形成碳氮化物，从而提高抗应变时效的能力，不同的含量配合能够获得不同的力学性能和抗应变时效能力。

酸溶铝（Als）：起到脱氧和细化晶粒的作用，提高钢的强韧性，加入量低于0.02%时效果不明显，加入量大于0.09%时，力学性能下降。

镍（Ni）：可以提高钢的韧性，由于可降低形成高温δ铁素体的趋势，利于高温轧制，且可降低冷脆转变温度，加入量低于0.2%时，效果不明显，加入量大于0.3%时，成本增加。

铜（Cu）：改善钢的强度，加入量小于0.1%时，效果不明显，大于0.4%时，加工性能下降。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法， E36级大厚度船板钢的力学性能及抗应变时效性能：屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥490MPa，伸长率≥21%，-40℃夏比冲击试验冲击功≥280J，应变时效后-40℃夏比实验冲击功≥200J。

前述的抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，抗应变时效E36级大厚度船板钢化学成分质量比为：C 0.12%，Si 0.25%，Mn 1.4%，P 0.007%，S 0.0024%，V 0.047%，Nb 0.025%，Ti 0.007%，Als 0.0027%，Ni 0.25%，Cu 0.20%，余量为Fe和微量杂质；

制造方法按以下工序进行：锻造：1120℃开锻，终锻880℃；轧制：加热温度为1250℃，加热时间为3h；粗轧：开轧1100℃，终轧980℃；精轧：开轧950℃，终轧870℃；冷却：水冷至550℃。

前述的抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，抗应变时效E36级大厚度船板钢化学成分质量比为：C 0.11%，Si 0.31%，Mn 1.48%，P 0.008%，S 0.0019%，V 0.043%，Nb 0.028%，Ti 0.008%，Als 0.0038%，Ni 0.22%，Cu 0.22%，余量为Fe和微量杂质；

制造方法按以下工序进行：锻造： 1180℃开锻，终锻920℃；轧制：加热温度为1280℃，加热时间为2h；粗轧：开轧1150℃，终轧1000℃；精轧：开轧980℃，终轧900℃；冷却：水冷至650℃。

前述的抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，抗应变时效E36级大厚度船板钢化学成分质量比为：C 0.11%，Si 0.31%，Mn 1.48%，P 0.008%，S 0.0022%，V 0.038%，Nb 0.033%，Ti 0.009%，Als 0.0042%，Ni 0.28%，Cu 0.22%，余量为Fe和微量杂质；

制造方法按以下工序进行：锻造：1150℃开锻，终锻900℃；轧制：加热温度为1220℃，加热时间为4h；粗轧：开轧1050℃，终轧960℃；精轧：开轧900℃，终轧820℃；冷却：水冷至500℃。

本发明的有益效果是：

⑴本发明采用低磷、低硫的低合金纯净钢，保证了钢板的组织均匀，同时采用TMCP控轧控冷技术，保证E36级钢板具有高强度、良好应变时效低温韧性的力学性能特征。

⑵本发明生产的E36级大厚度船板钢，在成分上采用以低碳为主与其他微量合金元素配合的方式，有效的加强了低合金钢的抗应变时效能力。同时较低含量的Nb、V、Ti能够有效的控制成本。

⑶本发明通过成分设计和工艺优化两种途径，开发出了一种E36级大厚度船板钢，屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥490MPa，伸长率≥21%，-40℃夏比冲击试验冲击功≥280J，应变时效后-40℃夏比实验冲击功≥200J，完全满足船级社的要求。

因此，本发明抗应变时效E36级大厚度船板钢既满足了对于较高的力学性能的要求，又提高了抗应变时效的能力，同时考虑了成本的控制，具有重大的经济和社会意义。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，抗应变时效E36级大厚度船板钢化学成分质量比为：C 0.12%，Si 0.25%，Mn 1.4%，P 0.007%，S 0.0024%，V 0.047%，Nb 0.025%，Ti 0.007%，Als 0.0027%，Ni 0.25%，Cu 0.20%，余量为Fe和微量杂质；

实施例2

本实施例是一种抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，抗应变时效E36级大厚度船板钢化学成分质量比为：C 0.11%，Si 0.31%，Mn 1.48%，P 0.008%，S 0.0019%，V 0.043%，Nb 0.028%，Ti 0.008%，Als 0.0038%，Ni 0.22%，Cu 0.22%，余量为Fe和微量杂质；

制造方法按以下工序进行：锻造1180℃开锻，终锻920℃；轧制：加热温度为1280℃，加热时间为2h；粗轧：开轧1150℃，终轧1000℃；精轧：开轧980℃，终轧900℃；冷却：水冷至650℃。

实施例3

本实施例是一种抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，抗应变时效E36级大厚度船板钢化学成分质量比为：C 0.11%，Si 0.31%，Mn 1.48%，P 0.008%，S 0.0022%，V 0.038%，Nb 0.033%，Ti 0.009%，Als 0.0042%，Ni 0.28%，Cu 0.22%，余量为Fe和微量杂质；

各实施例的力学性能及抗应变时效性能如下表所示：

实施例的力学性能及抗应变时效性能

编号	屈服强度/Mpa	抗拉强度/MPa	伸长率/%	-40℃冲击功/J	应变时效后-40℃冲击功/J
						实施例1	375	530	31	>300	231
实施例2	383	567	28	278	208
						实施例3	381	555	29	>300	218

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，其特征在于：

所述抗应变时效E36级大厚度船板钢化学成分质量比为：C 0.1-0.3%，Si 0.2-1.0%，Mn 0.3-1.8%，P＜0.008%，S<0.005%，V 0.04-0.15%，Nb 0.02-0.08%，Ti 0.005-0.02%，Als 0.02-0.06%，Ni 0.2-0.3%，Cu 0.1-0.4%，余量为Fe和微量杂质；

制造方法按以下工序进行：

锻造：1120℃-1180℃开锻，终锻880℃-920℃；

轧制：加热温度为1220℃-1280℃，加热时间为2h-4h；

粗轧：开轧1050℃-1150℃，终轧960℃-1000℃；

精轧：开轧900℃-1000℃，终轧800℃-900℃；

冷却：水冷至500℃-650℃。

2.如权利要求1所述的抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，其特征在于：E36级大厚度船板钢的力学性能及抗应变时效性能：屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥490MPa，伸长率≥21%，-40℃夏比冲击试验冲击功≥280J，应变时效后-40℃夏比实验冲击功≥200J。

3.如权利要求1或2所述的抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，其特征在于：所述抗应变时效E36级大厚度船板钢化学成分质量比为：C 0.12%，Si 0.25%，Mn 1.4%，P 0.007%，S 0.0024%，V 0.047%，Nb 0.025%，Ti 0.007%，Als 0.0027%，Ni 0.25%，Cu 0.2%，余量为Fe和微量杂质；

4.如权利要求1或2所述的抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，其特征在于：所述抗应变时效E36级大厚度船板钢化学成分质量比为：C 0.11%，Si 0.31%，Mn 1.48%，P 0.008%，S 0.0019%，V 0.043%，Nb 0.028%，Ti 0.008%，Als 0.0038%，Ni 0.22%，Cu 0.22%，余量为Fe和微量杂质；

制造方法按以下工序进行：锻造：1180℃开锻，终锻920℃；轧制：加热温度为1280℃，加热时间为2h；粗轧：开轧1150℃，终轧1000℃；精轧：开轧980℃，终轧900℃；冷却：水冷至650℃。

5.如权利要求1或2所述的抗应变时效E36级大厚度船板钢的制造方法，其特征在于：所述抗应变时效E36级大厚度船板钢化学成分质量比为：C 0.11%，Si 0.31%，Mn 1.48%，P 0.008%，S 0.0022%，V 0.038%，Nb 0.033%，Ti 0.009%，Als 0.0042%，Ni 0.28%，Cu 0.22%，余量为Fe和微量杂质；