CN103147005A

CN103147005A - 一种具有良好低温韧性的tmcp型e36船板及其制造方法

Info

Publication number: CN103147005A
Application number: CN2013101073429A
Authority: CN
Inventors: 肖亚; 王鑫; 唐志刚; 魏凡杰; 郑建华; 黄微涛; 孟刚; 毛基强
Original assignee: Chongqing Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Chongqing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: CN103147005B

Abstract

本发明公开了一种具有良好低温韧性的TMCP型E36船板及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C：0.04～0.12％；Mn：1.40～1.60％；Si：0.10～0.50％；P≤0.018％；S≤0.010％；Alt：0.020～0.070％；Ti：0.010～0.030％；Nb：0.010～0.040％；Ni：0.10～0.30％；Cu：0.08～0.30％；Mo：0.005～0.020％；余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。本发明得到的具有良好低温韧性的TMCP型E36船板具有合金成本低，生产周期短，产品综合性能稳定，质量波动小，具备柔性生产能力。

Description

一种具有良好低温韧性的TMCP型E36船板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有良好低温韧性的TMCP型E36船板及其生产制造方法，适用于船体结构及海洋平台建造领域。

背景技术

随着造船工业向大型化、轻量化、节能化趋势不断发展，以及一些特殊环境下的服役要求，使得对新一代船板的要求愈加严格，不仅需具备较高的强度，更需拥有优良的低温韧性。

按照各国船级社规范，通常将船体结构用钢分为一般强度级别、高强度级别以及超高强度级别。每一强度等级又按其冲击韧性的不同分为A、D、E、F级，其中，A、D、E、F分别表示其各自可分别在0℃、-20℃、-40℃和-60℃的情况下能达到的冲击韧性。E36船板属于高强度级别，同时要求-40℃冲击韧性，其交货状态一般为控轧、正火或TM。然而，传统控轧态一般难以满足-40℃低温冲击韧性要求；正火态钢板正火成本高、生产工序较多、交货周期很长，尤其＞60mm厚板生产流通环节容易造成表面缺陷，且冲击功稳定性较差；利用新型TMCP工艺的E36船板可以良好解决合金成本与性能波动问题，目前仅有少数钢厂可以批量生产。

TMCP（Thermo Mechanical Control Process：热机械控制工艺）就是在热轧过程中，在控制铸坯再加热温度、再结晶区与非再结晶区轧制温度和道次压下量的控制轧制的基础上，再实施空冷或控制冷却及加速冷却的技术总称。由于TMCP工艺在不添加过多合金元素，也不需要复杂的后续热处理的条件下生产出高强度高韧性的钢材，被认为是一项节约合金和能源、并有利于环保的工艺，故自20世纪80年代开发以来，已经成为生产低合金高强度宽厚板不可或缺的技术。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统控轧与正火工艺技术的不足而提供具有良好低温韧性的TMCP型E36船板的生产方法。成分采用低C路线，适当Mn含量，Nb、TI微合金化，并添加少量Mo、Ni、Cu等合金元素，应用TMCP方式生产，合金成本低、生产周期短、综合性能稳定、具备柔性生产能力。该船板厚度为10~70mm，屈服强度富余量有30~50Mpa，-40℃低温冲击韧性良好，甚至达到-60℃冲击要求，抗层状撕裂性能优异，达到Z35要求，可用于各种大中型船体及海洋平台主体结构的建造。

为了实现上述目的，本发明所设计的具有良好低温韧性的TMCP型E36船板，其化学成分重量百分比为：C：0.04～0.12％；Mn：1.40～1.60％；Si：0.10～0.50％；P ≤0.018％；S≤0.010％；Alt：0.020～0.070％；Ti：0.010～0.030％；Nb：0.010～0.040％；Ni：0.10～0.30％； Cu：0.08～0.30％； Mo ：0.005～0.020％；余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

本发明所述具有良好低温韧性的TMCP型E36船板化学成分限定理由如下：

碳：C元素在钢中起到固溶强化的作用，可显著提高钢的强度，但C含量过高会影响钢的延展性、塑韧性和焊接性能。因此，为满足E36船板低温韧性要求，需降低碳含量，从而减少或消除钢中间隙碳原子和“柯氏气团”带来的不利影响。故本申请C含量为0.04～0.12％，0.06~0.10%作为优选。

锰：Mn元素通过固溶强化提高钢的强度，是钢中补偿因C含量降低而引起强度损失的最主要、最经济的强化元素。Mn扩大γ相区，可降低γ-α相变温度，有助于获得细小的相变产物，从而提高钢的韧性、降低韧脆转变温度。因此，对E36船板Mn含量设定为 1.40～1.60％。

硅：是一种类金属元素，随着硅含量的提高，钢的强度虽有一定提高，但韧脆转变温度上升较快，影响钢板低温韧性。因此，本申请将Si含量按船规下限控制：0.10~0.50%，优选0.10~0.20%。

磷、硫：是不可避免的钢中有害杂质元素，易形成偏析、夹杂等缺陷，会恶化船板钢的焊接性能和冲击韧性。因此，本发明中P、S含量需严格控制，将P ≤0.018％；S≤0.010％作为判定范围，P≤0.010％，S≤0.005％作为优选。

铝：Al元素有利于细化晶粒，同时有助于冶炼脱氧，减少铸坯气孔、微裂纹等缺陷。故，设计中考虑添加Al：0.020~0.070%。

铌：Nb是现代微合金化钢中的最主要元素之一，对晶粒细化作用十分显著。微量Nb可大大提高再结晶温度Tnr，扩大γ相区，利于II型控轧（非再结晶区控轧）的进行。通过热轧过程中NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，经控制轧制和控制冷却是非再结晶区轧制的形变奥氏体组织在相变时转变为细小的相变产物，以使钢具有较高强度和高韧性，本发明添加Nb：0.010~0.040%。

钛：Ti是强固N元素，Ti/N的化学计量比为3.42，利用0.015%左右的Ti就可固定50ppm以下的N，在板坯连铸时可形成细小的高温稳定的TiN析出相。该种细小的TiN粒子可有效的阻碍板坯再加热时的奥氏体晶粒长大，有助于提高Nb在奥氏体中的固溶度，同时对改善焊接热影响区的冲击韧性有明显作用，故本申请设计Ti含量范围为：0.010～0.030％。

钒：V元素一般在钢中起到固溶强化作用，同时利用其碳化物在低温度轧制时的析出来阻碍位错运动，来达到强化作用，但对有害于钢材韧性，故在本申请中未添加V元素，V作为残余元素控制。

铜、镍：均可通过固溶强化作用提高钢的强度，同时Cu元素还可以改善钢的耐蚀性，并改善钢材时效性能；Ni的加入主要改善Cu在钢中易引起的热脆性，且可降低韧脆转变温度，在厚规格钢板中还可补偿因厚度的增加而引起的强度下降。本发明中Ni的含量范围为0.15～0.30％，Cu的含量范围为0.08～0.30％。

钼：是用于生产钢的重要材料，在低合金厚板钢中添加少量的Mo能延长光珠光体的孕育期，降低相变温度，降低贝氏体转变的临界冷速，有利于在较宽的冷速范围内促进贝氏体转变，使厚钢板具有较好的工艺适应性，能有效改善钢板厚度方向上强韧性能的稳定性。

本申请的另一个目的是提供上述具有优良低温韧性的TMCP型E36船板的制造方法，它包括：1）、按照上述E36船板所述组分进行冶炼、连铸后得到连铸坯；2）、将连铸胚进行再加热、粗轧和精轧；3）、对轧制后的连铸胚进行冷却；

在热轧工艺中，采用300mm厚连铸坯，再加热温度范围为1080~1180℃；再结晶区轧制温度范围为950~1130℃；非再结晶区轧制温度范围为780~920℃；

在粗轧工艺中，粗轧送料厚度≥2.5T；在精轧工艺中，精轧控轧厚度≥2.0T ，其中，T为成品厚度。

在冷却工艺中，轧后冷却速度≥5℃/s，返红温度为400~650℃，开始矫直温度为450~600℃。

优选地，再加热温度为1100~1150℃；

优选地，再结晶区轧制温度为980~1080℃；

优选地，非再结晶区轧制温度为800~900℃；

优选地，冷却速度为5~15℃/s；

优选地，返红温度为450~600℃，开始矫直温度为480~580℃

上述返红温度是指钢材热轧后经水冷进入空气后，钢材心部热量向外传递，使钢材表面温度回升所达到的最高温度，也叫自回火温度。返红温度是影响钢材组织和性能的最直接最有效的工艺参数，该温度不同时，所得钢材显微组织也就不同，进而影响钢材的性能。

上述开矫温度是指钢材经ACC冷却后进入十一辊热矫直机时的温度。主要与返红温度结合反映钢材在ACC出口与矫直机入口之间的温度变化情况，从而反映钢材冷却相变过程，是冷却工艺重要参数。

本申请所述一种具有良好低温韧性的TMCP型E36船板与传统控轧和正火态E36船板相比，不仅合金成本更低、工序更少，周期更短；而且在综合力学性能方面更加稳定，尤其-40℃冲击功大于200J，-60℃仍大于100J。低碳当量（Pcm值）的成分设计，焊接性能更加优异，更加匹配现代船板减量化发展趋势。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的特点做进一步说明。

本发明的实施例主要按照表1所示成分并按照以下工艺制造E36船板：

连铸坯加热温度为1080~1180℃，再结晶区轧制温度为950~1130℃，非再结晶区轧制温度为780~920℃，精轧压缩比≥2.5T，轧后冷却速度≥5℃/s，返红温度为400~650℃，开始矫直温度为450~600℃。

Figure 2013101073429100002DEST_PATH_IMAGE001

实施例1：

用于制造厚度规格为30mm的E36船板。使用铸坯厚度为250mm断面，铸坯再加热温度：1150℃，再结晶区轧制温度1100℃~980℃，中间待温厚度100mm，精轧控轧厚度80mm，非再结晶区温度900~800℃，返红温度600℃，开始矫直温度为581℃，冷却速度为10~15℃/s。

实施例2：

用于制造厚度规格为36mm的E36船板。使用铸坯厚度为250mm断面，铸坯再加热温度：1150℃，再结晶区轧制温度980℃~1100℃，中间待温厚度100mm，精轧控轧厚度80mm，非再结晶区温度800~900℃，返红温度595℃，开始矫直温度为575℃，冷却速度为10~15℃/s。

实施例3：

用于制造厚度规格为45mm的E36船板。使用铸坯厚度为250mm断面，铸坯再加热温度：1150℃，再结晶区轧制温度980℃~1100℃，中间待温厚度130mm，精轧控轧厚度100mm，非再结晶区温度810~890℃，返红温度601℃，开始矫直温度为581℃，冷却速度为8~15℃/s。

实施例4：

用于制造厚度规格为50mm的E36船板。使用铸坯厚度为250mm断面，铸坯再加热温度：1150℃，再结晶区轧制温度980℃~1100℃，中间待温厚度150mm，精轧控轧厚度130mm，非再结晶区温度810~890℃，返红温度585℃，开始矫直温度为563℃，冷却速度为8~13℃/s。

实施例5：

用于制造厚度规格为52mm的E36船板。使用铸坯厚度为300mm断面，铸坯再加热温度：1170℃，再结晶区轧制温度1000℃~1100℃，中间待温厚度160mm，精轧控轧厚度135mm，非再结晶区温度810~890℃，返红温度588℃，开始矫直温度为561℃，冷却速度为8~12℃/s。

实施例6：

用于制造厚度规格为55mm的E36船板。使用铸坯厚度为300mm断面，铸坯再加热温度：1170℃，再结晶区轧制温度1000℃~1100℃，中间待温厚度160mm，精轧控轧厚度140mm，非再结晶区温度800~890℃，返红温度591℃，开始矫直温度为567℃，冷却速度为8~12℃/s。

实施例7：

用于制造厚度规格为60mm的E36船板。使用铸坯厚度为300mm断面，铸坯再加热温度：1170℃，再结晶区轧制温度1000℃~1100℃，中间待温厚度160mm，精轧控轧厚度150mm，非再结晶区温度790~880℃，返红温度565℃，开始矫直温度为560℃，冷却速度为7~11℃/s。

实施例8：

用于制造厚度规格为65mm的E36船板。使用铸坯厚度为300mm断面，铸坯再加热温度：1170℃，再结晶区轧制温度1000℃~1100℃，中间待温厚度170mm，精轧控轧厚度150mm，非再结晶区温度790~880℃，返红温度553℃，开始矫直温度为571℃，冷却速度为5~10℃/s。

实施例9：

用于制造厚度规格为68mm的E36船板。使用铸坯厚度为300mm断面，铸坯再加热温度：1170℃，再结晶区轧制温度1000℃~1100℃，中间待温厚度170mm，精轧控轧厚度150mm，非再结晶区温度790~880℃，返红温度537℃，开始矫直温度为554℃，冷却速度为5~9℃/s。

实施例10：

用于制造厚度规格为70mm的E36船板。使用铸坯厚度为300mm断面，铸坯再加热温度：1170℃，再结晶区轧制温度1000℃~1100℃，中间待温厚度180mm，精轧控轧厚度160mm，非再结晶区温度790~880℃，返红温度525℃，开始矫直温度为543℃，冷却速度为5~9℃/s。

试验例

采用上述不同实施工艺进行轧制，并对成品板进行棒状拉伸。-60℃下全尺寸横纵向夏比冲击（10×10×55mm，大于40mm厚板取样为厚度1/4处）试验检验，得到的性能结果如表二所示。

表二为实施例的性能结果：

表二、性能表

与传统控轧及正火生产制造方法相比，采用TMCP技术生产的E36船板具有更好的低温韧性和焊接性能、综合性能稳定，且具有更低的制造成本和更短的生产周期。由以上实施例可预见，在设备条件允许的情况下，本生产操作很容易进行，具有很强的推广应用可能性，满足新一代船板发展需求。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种具有良好低温韧性的TMCP型E36船板，其特征在于：其化学成分重量百分比为：C：0.04～0.12％；Mn：1.40～1.60％；Si：0.10～0.50％；P ≤0.018％；S≤0.010％；Alt：0.020～0.070％；Ti：0.010～0.030％；Nb：0.010～0.040％；Ni：0.10～0.30％；Cu：0.08～0.30％； Mo ：0.005～0.020％；余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的具有良好低温韧性的TMCP型E36船板，其特征在于：所述钢板为厚10~70mm、宽1500~3800mm的热轧钢板。

3.根据权利要求1所述的具有良好低温韧性的TMCP型E36船板，其特征在于：所述钢板为厚40~70mm、宽2400~3200mm的热轧钢板。

4.根据权利要求1所述的TMCP型E36船板，其特征在于：P ≤0.010％，S≤0.005％。

5.根据权利要求1-4中任一所述的TMCP型E36船板，其特征在于：-40℃冲击韧性＞200J，-60℃冲击韧性＞100J。

6.根据权利要求1-5任一所述的TMCP型E36船板的制造方法，包括：1）、按照组分进行冶炼、连铸后得到连铸坯；2）、将连铸胚进行再加热、粗轧和精轧；4）、对轧制后的连铸胚进行冷却；其特征在于：

在第二道工序中的再加热温度为1080~1180℃；粗轧阶段进行再结晶区轧制，粗轧温度为950~1050℃；精轧阶段进行非再结晶区轧制，精轧温度为：780~920℃；所述粗轧送料厚度≥2.5T，精轧控轧厚度≥2.0T，T为成品厚度；冷却时，冷却速度≥5℃/s，返红温度为400~650℃，开始矫直温度为450~600℃。