CN103882295A

CN103882295A - 一种低温高韧性v-n合金化船板钢及其制造方法

Info

Publication number: CN103882295A
Application number: CN201210559467.0A
Authority: CN
Inventors: 李广龙; 赵坦; 李文斌; 原思宇; 王勇; 孙殿东; 郭晓波; 钟莉莉; 高冰; 罗志华
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: CN103882295B

Abstract

本发明公开一种低温高韧性V-N合金化船板钢及其制造方法，其化学成分按照重量百分比为：C0.055%~0.15%，Si 0.1%~0.25%，Mn 1.55%~1.65%，V0.035%~0.045%，Ti0.003%~0.013%，N 0.006%~0.0095%，P≤0.02%，S≤0.02%， Als ≤0.03%，其余为Fe及不可避免的杂质。其本发明采用真空冶炼，精炼结束后向炉内吹氮气，铸锭，铸锭加热至1150-1250℃，保温0.5-2.5h；开轧温度为1050℃-1130℃；开冷温度为850-950℃，返红温度为500-800℃；本发明通过对其成分进行重新设计，有效降低钢中碳含量；提高钢的焊接性能；并充分利用廉价的氮元素，优化了V的析出，提高钢的强度及韧性，降低钢材的成本。

Description

一种低温高韧性V-N合金化船板钢及其制造方法

技术领域

本发明属于高强韧钢板生产技术，具体涉及一种低温高韧性V-N合金化船板钢的生产技术。

背景技术

船板钢是中厚板的主要品种之一，造船、海洋石油产业的不断发展以及船舶向大型化、高速化方向发展的趋势使得对高强度、高韧性船板钢的需求日益增加；同时，随着世界经济的发展和贸易的增长，人们对低成本的船舶运输方式的需求持续增长。而为了满足船舶在各种条件下的服役性能，人们对船板钢性能的要求也愈加苛刻；一般强度的船板已经不能满足船体的需要，具有高强度、高韧性、高质量等级的E、F级船板的应用比例正在不断提高。对船板钢性能的要求主要为：具有强度σ_s和σ_b的匹配及稳定性、足以经受船体在航行过程中或突发事故中裂纹扩展和抗脆性断裂的韧性和塑性储备、具有良好的低温韧性、焊接性能和耐海水腐蚀性能，以保证船舶在建造和行驶中的可靠性与安全性。为此，各大船板钢生产商纷纷致力于具有较高强度与较好低温韧性的船板钢的开发和应用，并掀起了对此类船板钢成分和生产工艺的研究热潮。可以预见未来船板钢的发展趋势为：高技术含量、高附加值的高等级船板钢的需求量将大幅度增加；规格及尺寸精度的要求将更高；质量将进一步提高；品种将进一步增多。

具有高技术含量、高附加值的高等级船板钢在未来造船业的发展中将具有广阔的应用前景，但是，由于目前应用的各种船板钢本身或其相应的制备工艺方面均存在不足，尚不能完全满足造船业对高品质船板钢的需求。

在生产工艺方面，现有船板钢的生产广泛采用控轧控冷技术。提高强度和韧性的方法主要是通过合理设计合金元素含量和控轧控冷参数等实现相变强化、细晶强化和亚晶强化等强化机制。但是由于控轧控冷生产流程繁多，生产工艺复杂，对钢板的控制要求严格，尤其是轧制过程以及冷却过程需要进行精确控制，所以使产品合格品率较低，产品质量波动较大，生产效率低下等问题。

近年来，在船板钢的制备方面取得了一定成果，而且相关专利也有公开报导。

如：公开号为CN101701326A的专利公开了一种屈服强度355MPa级高韧性大厚度船板钢，其-20℃的冲击功达到100J以上，但是其化学成分含有贵重的合金元素Mo、Ni等。造成生产成本较高。

公开号为CN101876033A的专利公开了一种低温高韧性船板钢，该专利所公开的船板钢，其低温冲击韧性较高，-60℃纵向冲击功可达250J以上，但是其抗拉强度较低，约为480MPa。远不能满足现代大型船舶的需求。

公开号为CN102199724A的专利公开了一种屈服强度355MPa合金减量型船板钢，该专利公开的船板钢，抗拉强度较高，但是其低温冲击韧性偏低，-20℃夏氏冲击功最低为34J。

发明内容

针对以上现有船板钢存在的问题，本发明基于V-N微合金化理论对现有船板钢成分进行重新设计，充分发挥V、N元素在船板钢中的强化作用；通过对合金元素存在形态、强化方式的全新控制，实现船板钢生产过程中的低温加热、高温轧制、取消了合金元素Nb的加入，从而与传统的生产工艺一起形成两套不同的生产体系，根据原材料的市场形势，灵活选用不同的体系，可以灵活提升利润空间。

本发明的目的在于提供一种制备低温高韧性船板的新型工艺，本发明的主要技术方案为：

1、一种低温高韧性V-N合金化船板钢的化学成分，按照重量百分比为：C 0.055%~0.15%，Si 0.1%~0.25%， Mn 1.55%~1.65%， V 0.035%~0.045%，Ti 0.003%~0.013%， N 0.006%~0.0095%，P≤0.02%，S≤0.02%，Als ≤0.03%，其余为Fe及不可避免的杂质。

下面对本发明中各化学成分的作用做详细介绍。

C：是微合金钢中主要强化元素，是提高钢板淬透性的主要元素；其含量偏低时会使碳化物等的生成量降低，影响轧制时细化晶粒的效果。当含量偏高时，对钢板的低温韧性与焊接性能不利。因此综合考虑成本、性能等因素，本发明控制C的范围为0.055%~0.15%。

Si：能够促进钢水脱氧并提高钢板的强度，在钢中固溶能力较强，可以起到一定的强化作用，但含量过高会严重损害钢板的低温韧性和焊接性能。因此本发明控制Si含量在0.1%~0.25%，其作用还在于在炼钢的过程有利于钢水纯净化。

Mn：适当的Mn可以延缓钢种铁素体和珠光体转变，大幅增加钢种淬透性，降低钢材脆性转变温度，改善冲击韧性。本发明控制Mn的范围为1.55%~1.65%。

Ti：Ti能产生强烈的沉淀强化作用，提高钢的强度，还能阻止奥氏体再结晶；同时，能够产生晶粒细化的作用，提高钢材的屈服强度。Ti对焊接热影响区的硬度也具有积极的影响。综合考虑，本发明控制Ti的范围为0.003%~0.013%。

V：同Ti一样均为强碳化物形成元素。对奥氏体再结晶影响较小，低温时V的碳、氮化物大量析出可以起到细化、强化晶粒的作用，进而提高钢板的强度。本发明控制V的范围为0.035~0.045%。

N：本发明的主要强韧化元素，N主要以游离态和化合物两种状态存在于钢中，前者的存在对钢板的韧性不利，后者的存在则对钢板的综合性能有好的影响作用。对于含V的钢中，钢中缺氮的情况下，大部分的V没有充分发挥其析出强化作用。另外，含氮钢不仅消除了炼钢过程中因脱气和精炼去氮引起的成本增加，而且钢中增氮更能充分发挥微合金元素的作用，节约合金化元素的用量，从而大大降低生产成本。本发明控制N的范围为0.006%~0.0095%。

2、本发明采用上述成分配方具体生产工艺为：

（1）将上述成分的钢利用真空熔炼炉进行冶炼，冶炼过程中，在精炼结束后，向真空熔炼炉内吹入氮气，氮气的压力控制在440-460Pa。将冶炼所得的钢水浇铸成铸锭。

（2）将浇铸所得铸锭加热至1150-1250℃，保温0.5-2.5h。

（3）将加热后的铸锭经多道次轧制得到热轧钢板，铸锭的开轧温度为1050-1130℃，道次压下率控制在15%~30%，总压下率70%~90%；

（4）采用控制冷却方式对所得钢板进行冷却，开冷温度为850-950℃，返红温度为500-800℃。

本发明制备的低温高韧性船板，通过对其成分进行重新设计，充分发挥V、N元素在船板钢中的强化作用。V、N元素强化作用的发挥可以改变钢中沉淀相的组成，有效降低钢中碳含量；提高钢的焊接性能；改变钢中V的强化形式，提高V的效用并大幅度降低V的加入量；实现船板钢生产过程的低温加热、高温轧制，降低钢材的成本。另外，本发明充分利用廉价的氮元素，优化了V的析出，从而更好的发挥细晶强化和沉淀强化的作用，显著提高钢的强度及韧性。

本发明还取消了合金元素Nb的加入，从而与传统的生产工艺一起形成两套不同的生产体系，根据原材料的市场形势，灵活选用不同的体系，可以灵活提升利润空间。

附图说明

图1 实施例1钢板的金相组织图

图2 实施例2钢板的金相组织图；

图3 实施例3钢板的金相组织图；

图4 实施例4钢板的金相组织图；

图5 实施例5钢板的金相组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细说明：

本发明低温高韧性船板的化学成分，按照重量百分比为：C0.055%~0.15%，Si 0.1%~0.25%，Mn 1.55%~1.65%，V0.035%~0.045%，Ti0.003%~0.013%，N 0.006%~0.0095%，P≤0.02%，S≤0.02%， Als ≤0.03%，其余为Fe及不可避免的杂质。

表1为本发明几个最佳实施例的成分配比。

表1 本发明实施例1-5的钢板化学成分（wt%）

采用上述实施例成分配比，本发明分别进行下列工艺方法进行生产：

实施例1：将表1所示船板钢的成分在200㎏真空感应熔炼炉内进行熔炼。熔炼过程中，在精炼结束后，开始向真空熔炼炉内通入氮气，氮气压力控制在450Pa。将钢水浇铸成80Kg铸锭。将铸锭置于高温电阻炉内，加热至1150℃，保温1.5h，在实验轧机上经5道次轧制为厚度为20mm的钢板，总压下率85%，开轧温度为1050℃。而后对其进行控制冷却，开冷温度为850℃，返红温度为570℃。钢板的金相组织如图1所示。

将所得钢板进行力学检测，其力学性能如表2所示。

实施例2：将表1所示船板钢的成分在200㎏真空感应熔炼炉内进行熔炼。熔炼过程中，在精炼结束后，开始向真空熔炼炉内通入氮气，氮气压力控制在440Pa。将钢水浇铸成80Kg铸锭。将铸锭置于高温电阻炉内，加热至1200℃，保温1h，在实验轧机上经6道次轧制为厚度为15mm的钢板，总压下率90%，开轧温度为1130℃。而后对其进行控制冷却，开冷温度为900℃，返红温度为710℃。钢板的金相组织如图2所示。

将所得钢板进行力学检测，其力学性能如表2所示。

实施例3：将表1所示船板钢的成分在200㎏真空感应熔炼炉内进行熔炼。熔炼过程中，在精炼结束后，开始向真空熔炼炉内通入氮气，氮气压力控制在455Pa。将钢水浇铸成80Kg铸锭。将铸锭置于高温电阻炉内，加热至1200℃，保温2.5h，在实验轧机上经5道次轧制为厚度为20mm的钢板，总压下率85%，开轧温度为1065℃。而后对其进行控制冷却，开冷温度为865℃，返红温度为700℃。钢板的金相组织如图3所示。

将所得钢板进行力学检测，其力学性能如表2所示。

实施例4：将表1所示船板钢的成分在200㎏真空感应熔炼炉内进行熔炼。熔炼过程中，在精炼结束后，开始向真空熔炼炉内通入氮气，氮气压力控制在445Pa。将钢水浇铸成80kg铸锭。将铸锭置于高温电阻炉内，加热至1150℃，保温1h，在实验轧机上经5道次轧制为厚度为30mm的钢板，总压下率80%，开轧温度为1080℃。而后对其进行控制冷却，开冷温度为875℃，返红温度为580℃。钢板的金相组织如图4所示。

将所得钢板进行力学检测，其力学性能如表2所示。

实施例5：将表1所示船板钢的成分在200㎏真空感应熔炼炉内进行熔炼。熔炼过程中，在精炼结束后，开始向真空熔炼炉内通入氮气，氮气压力控制在450Pa。将钢水浇铸成80Kg铸锭。将铸锭置于高温电阻炉内，加热至1200℃，保温2h，在实验轧机上经5道次轧制为厚度为20mm的钢板，总压下率85%，开轧温度为1100℃。而后对其进行控制冷却，开冷温度为870℃，返红温度为580℃。钢板的金相组织如图5所示。

将所得钢板进行力学检测，其力学性能如表2所示。

表2 本发明实施例1-5的钢板力学性能

Claims

1.一种低温高韧性V-N合金化船板钢，其特征在于，化学成分按照重量百分比为：C0.055%~0.15%，Si 0.1%~0.25%，Mn 1.55%~1.65%，V0.035%~0.045%，Ti0.003%~0.013%，N 0.006%~0.0095%，P≤0.02%，S≤0.02%， Als ≤0.03%，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述一种低温高韧性V-N合金化船板钢的制造方法，其特征在于，

（1）将上述成分的钢利用真空熔炼炉进行冶炼，冶炼过程中，在精炼结束后，向真空熔炼炉内吹入氮气，氮气的压力控制在440-460Pa，将冶炼所得的钢水浇铸成铸锭；

（2）将浇铸所得铸锭加热至1150-1250℃，保温0.5-2.5h；

（3）将加热后的铸锭轧制得到热轧钢板，铸锭的开轧温度为1050-1130℃，总压下率70%~90%；