CN103014283A

CN103014283A - 一种连铸坯生产水电站用特厚钢板的制造方法

Info

Publication number: CN103014283A
Application number: CN2012105765373A
Authority: CN
Inventors: 赵楠; 隋鹤龙; 邹扬; 秦丽晔; 姜中行; 刘建明; 吴斌; 金茹; 张学峰; 冯路路
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: CN103014283B

Abstract

一种连铸坯生产水电站用特厚钢板的制造方法，属于连铸钢板生产技术领域。采用“连铸→轧制→轧后冷却→奥氏体淬火→亚温淬火→高温回火”的工艺步骤,使钢板心部在高温回火后形成铁素体+针状铁素体+细小粒状贝氏体+细小残余奥氏体的复相结构。优点在于，该工艺在较小的压缩比下，通过热处理工艺的组合和组织控制，得到了与薄规格钢板同等的性能，相比于模铸、锻造等方法，简便易行、成材率高、降低生产成本。

Description

一种连铸坯生产水电站用特厚钢板的制造方法

技术领域

本发明属于连铸钢板生产技术领域。特别涉及一种连铸坯生产水电站用特厚钢板的制造方法。主要针对600Mpa级特厚钢板的制造。

背景技术

水电是清洁能源，可再生、无污染、运行费用低，便于进行电力调峰，有利于提高资源利用率和经济社会的综合效益。水电站用600Mpa级特厚钢板多用在高压引水管段、月牙肋、岔管、水轮机组蜗壳四个关键部位制作上，对钢板的承压能力、焊接性能特别是低温冲击韧性要求极高。

但通常利用连铸坯生产特厚水电站用钢板时，由于最大连铸坯厚度的限制，热轧压缩比很难高于4.0，钢板在轧制过程中由于变形渗透及晶粒细化不够，从而导致钢板的冲击韧性恶化，尤其是钢板心部的韧性更加恶化。在高强度钢板用于多向承压等复杂受力，尤其是特厚钢板边部加工后用于焊接坡口的情况下使用钢板，对钢板心部的低温冲击韧性要求非常严格，在保证钢板高强度、低屈强比的同时，要保证钢板心部低温冲击韧性优良。因此，在钢板的制造过程中，通常会要求钢板的压缩比不小于4.0。要生产75mm以上厚度的高强度钢板，就要求采用300mm以上厚度的连铸板坯。

目前，我国在生产的最大厚度的板坯厚度为400mm，按照4.0的压缩比要求，最大只能保证100mm厚度高强钢板的要求。在当前大型钢结构、压力容器等大型化、高参数化发展的同时，也对钢板的厚度、强度提出了越来越高的要求。受当前我国板坯连铸机厚度的影响，对于压缩比小于4.0的高强高韧性特厚钢板还需要依赖进口。

在高强度厚规格钢板的生产中，可以采用模铸来保证钢板的压缩比，但模铸具有成材率低、生产效率低、成本高等特点，而且模铸在国内中厚板企业的普及率较低，不能成为经济型的生产方式。利用高质量的板坯连铸生产高质量的特厚钢板已经成为钢铁技术发展的一个趋势。在高可靠性特厚钢板制造技术方面，JFE公司采用高质量连铸板坯，发展了通过锻造一轧制工艺制造特厚钢板的技术，可以用310mm厚的连铸坯生产出厚度最大为240mm（压下比为1.29）的具有优良内部质量的特厚钢板，但由于增加了锻造工序，生产效率依然较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连铸坯生产水电站用特厚钢板的制造方法。解决了现有技术无法满足钢板高强度、高低温冲击韧性的问题。

本发明特别针对满足厚度400mm，板坯心部中心偏析C类1级的连铸坯生产水电站用600Mpa级特厚钢板的制造方法。采用“连铸→轧制→轧后冷却→奥氏体淬火→亚温淬火→高温回火”的工艺步骤，其关键在于“奥氏体淬火→亚温淬火→高温回火”过程中参数的控制，特别是亚温淬火的温度控制。在工艺中控制的技术参数如下：

（1）连铸：采用动态轻压下技术，连铸坯厚度400mm，连铸坯心部中心偏析C类1级；

（2）轧制：将连铸坯加热至1100～1250℃，在炉时间300～350分钟，出炉温度1200℃；连铸坯轧前采用19MPa高压水进行除鳞，去除表面氧化铁皮使表面洁净光亮；开轧温度较出炉温度降低30℃，采用Ⅰ阶段（奥氏体再结晶区）直接轧制法轧制，单道次压下率为15%～20%，充分细化奥氏体晶粒，为后序热处理做好组织上的准备，终轧温度为970～1020℃，轧制完毕钢板厚度为110～150mm；

（3）轧后冷却：钢板轧后进入ACC冷却区域，冷却速度为5～10℃/s,终冷温度为600±50℃；

（4）奥氏体淬火：钢板保温0.5～1小时后淬火，加热温度为890～920℃，淬火冷速为7～12℃/s，至钢板心部温度淬到室温；

（5）亚温淬火：钢板保温0.5～1小时后淬火，加热温度为760℃～810℃，淬火冷速为7～12℃/s，至钢板心部温度淬到室温；

（6）高温回火：钢板加热到550℃～650℃保温0.5～1小时后空冷至室温。

连铸坯的化学成分重量百分比为：C：0.05～0.15%，Si：0.15～0.40%，Mn：0.90～1.60%，P＜0.01%,，S＜0.01%，Ni：1.0～2.0%，Mo：0.1～0.50％，B：0.0008～0.0015%，V：0.01～0.08%，余量为Fe。

钢板心部在高温回火后形成铁素体+针状铁素体+细小粒状贝氏体(平均尺寸≤10um)+细小残余奥氏体（平均尺寸1～3 um）的复相结构。

钢板在亚温淬火保温时形成65～85%体积百分数的逆转奥氏体，这些奥氏体均匀地分布在奥氏体淬火形成的基体组织中，并在随后的亚温淬火冷却过程中重新发生贝氏体转变。逆转奥氏体所生成的贝氏体组织与奥氏体淬火过程中所形成的基体组织之间的界面为大角度晶界（取向差大于10°的晶界），这些大角度晶界在裂纹扩展的过程中可以有效的改变裂纹的扩展方向，从而有效提高钢板心部的低温冲击韧性。

钢板在高温回火后软相铁素体的体积百分比为20～35%。

本发明中加入1.0～2.0wt%的Ni的原因在于：镍可以有效提高钢的淬透性，尤其显著改善特厚钢板心部的淬透性，保证在钢板厚度方向上热处理的均匀性；同时Ni具有提高钢的强度而不降低韧性的特点，其Ceq系数较低，必要时可平衡Ceq系数，不使Ceq过高，满足低焊接裂纹敏感性钢板的性能要求。镍在焊接时不易烧损，有利于提高焊缝的性能。

若在高于760℃～810℃温度区间进行亚温淬火，钢板加热过程中奥氏体比例增加，铁素体比例下降（低于15%），使逆转奥氏体比例过高，造成逆转奥氏体之间缺少铁素体相阻隔，逆转奥氏体之间相互合并，回火后大角度晶界急剧减少，导致钢板低温冲击韧性显著降低。

若在低于760℃～810℃温度区间进行亚温淬火，会造成铁素体比例增加，奥氏体比例下降，导致热处理后钢板组织中铁素体软相比例过高（大于40%），这会导致钢板强度显著下降，使钢板强度偏低。

利用高Ni成分及完全奥氏体淬火+特定温度区间亚温淬火+高温回火的热处理工艺生产的高强度特厚水电站用钢板的特点如下：

1、钢板厚度方向低温冲击韧性均匀稳定；

2、钢板心部可以在较低的压缩比下获得高低温冲击韧性；

3、特厚钢板满足低焊接裂纹敏感性钢的焊接性能要求，焊缝焊接性能良好；

4、在不增加钢板碳当量的情况下，保证钢板在厚度增加的同时拥有高强度，同时由于Pcm值不增加，保证了钢板具有同薄规格钢板一致的焊接性能。

本发明的优点在于，在连铸板坯厚度有限的情况下生产特厚钢板，通过成分上增加Ni含量及特殊的热处理工艺制度，在较低的压缩比下获得具有厚度方向稳定低温冲击韧性的水电站用钢板，特别是特厚板心部具有优良冲击韧性，实现了利用连铸坯直接热轧生产具有优良低温冲击韧性特厚钢板。通过采用多次热处理，虽增加了热处理工序的处理时间，但与采用模铸、锻造等方式生产特厚钢板相比，具有不增加额外生产设备、高效、低成本、通用性好的特点。

附图说明

图1为实施例1中400mm厚度连铸板坯低倍照片。

图2为实施例1中1#钢板回火后表层位置金相照片。

图3为实施例1中1#钢板回火后1/4层位置金相照片。

图4为实施例1中1#钢板回火后心部位置金相照片。

图5为实施例2中400mm厚度连铸板坯低倍照片。

图6为实施例2中2#钢板回火后表层位置金相照片。

图7为实施例2中2#钢板回火后1/4层位置金相照片。

图8为实施例2中2#钢板回火后心部位置金相照片。

具体实施方式

实施例1：

采用400mm规格连铸坯生产110mm规格水电钢。连铸采用动态轻压下技术，铸坯化学成分重量百分比为：C：0.078%，Si：0.22%，Mn：1.26%，P：0.009%，S：0.001%，Ni：1.05%，Mo：0.36%，B：0.001%，V：0.042%，余量为Fe；Ceq为0.42%，Pcm为0.20%（其中：Ceq = C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14、Pcm = C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B）。400mm厚度连铸坯低倍照片如附图1所示，偏析等级≤C类1级，疏松≤1.0级。板坯加热温度1230℃，在炉320min，出炉温度1200℃。轧前采用19MPa高压水进行除鳞，开轧温度1170℃，各道次压下率均在15%～20%内，终轧温度990℃，轧制完毕钢板厚度110mm，钢板轧制压缩比为3.63。钢板轧后进入ACC冷却区域，冷却速度为8℃/s，终冷温度为580℃。

轧后钢板编号为1#，在900℃进行奥氏体淬火处理，随后1#钢板在807℃进行亚温淬火热处理，淬火后钢板在600℃进行高温回火。1#钢板力学性能如表1所示。

表1 1#钢板力学性能

实施例1#钢板经过上述工艺处理后，在3.63的压缩比下，110mm厚的钢板在厚度方向特别是心部表现出良好的低温冲击韧性，同时强度值也在适当范围内。1#钢板回火后的钢板表层、1/4层及心部组织分别如附图2、附图3、附图4所示。

实施例2：

实施例2在实施例1的基础上，采用400mm厚钢坯制造150mm厚钢板，钢板的压缩比进一步降低。连铸采用动态轻压下技术，铸坯化学成分重量百分比为：C：0.083%，Si：0.23%，Mn：1.30%，P：0.009%，S：0.002%，Ni：1.10%，Mo：0.38%，B：0.0013%，V：0.043%，余量为Fe；Ceq为0.43%，Pcm为0.21%。400mm厚度连铸坯低倍照片如附图5所示，偏析等级≤C类1级，疏松≤1.0级。板坯加热温度1240℃，在炉330min，出炉温度1200℃。轧前采用19MPa高压水进行除鳞，开轧温度1170℃，各道次压下率均在15%～20%内，终轧温度1000℃，轧制完毕钢板厚度150mm，钢板轧制压缩比为2.67。钢板轧后进入ACC冷却区域，冷却速度为9℃/s，终冷温度为560℃。

轧后钢板编号为2#。2#钢板均在900℃进行完全奥氏体淬火处理。随后2#钢板在805℃进行亚温淬火热处理。亚温淬火后钢板在580℃进行高温回火。2#钢板力学性能如表2所示。

表2 2#钢板力学性能

从表2可以看出，实施例2的2#钢板在压缩比只有2.67的情况下，通过合适的热处理制度，仍然获得了较佳的强韧性匹配，钢板厚度方向的-20℃冲击性能基本均在200J以上，-40℃冲击性能基本均在100J以上，完全符合高性能特厚钢板低温冲击韧性的要求。2#钢板回火后的钢板表层、1/4层及心部组织分别如附图6、附图7、附图8所示。

Claims

1.一种连铸坯生产水电站用特厚钢板的制造方法，其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数如下：

（2）轧制：将连铸坯加热至1100～1250℃，在炉时间为300～350分钟，出炉温度为1200℃；连铸坯轧前采用19MPa高压水进行除鳞，去除表面氧化铁皮；开轧温度较出炉温度降低30℃，奥氏体再结晶区采用直接轧制法轧制，单道次压下率为15%～20%；终轧温度为970～1020℃，轧制完毕钢板厚度为110～150mm；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的连铸坯的化学成分重量百分比为：C：0.05～0.15%，Si：0.15～0.40%，Mn：0.90～1.60%，P＜0.01%,，S＜0.01%，Ni：1.0～2.0%，Mo：0.1～0.50％，B：0.0008～0.0015%，V：0.01～0.08%，余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤（6）高温回火后钢板心部形成铁素体+针状铁素体+平均尺寸≤10um的细小粒状贝氏体+平均尺寸1～3um的细小残余奥氏体的复相结构。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤（5）中钢板保温时形成65～85%体积百分比的逆转奥氏体，这些奥氏体均匀地分布在奥氏体淬火形成的基体组织中，并在随后的冷却过程中重新发生贝氏体转变，逆转奥氏体所生成的贝氏体组织与步骤（4）中形成的基体组织之间的界面为取向差大于10°的晶界。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤（6）高温回火后钢板中铁素体的体积百分比为20～35%。