CN103882297B - 具有优异韧性390MPa级低温船用钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有优异韧性390MPa级低温船用钢,C:0.05~0.12%,Si:0.08~0.30%,Mn:1.0~1.40%,P:≤0.01%,S:≤0.01%,Als:0.01~0.05%,Nb:0.02~0.04%,Ti:0.005~0.020%,其余为Fe和不可避免的杂质;第一阶段开轧温度1050~1100℃,总压下率≥60%,终轧温度900~940℃;第二阶段开轧温度850~900℃,总压下率≥60%,终轧温度790~880℃;先采用冷速为大于30℃/s的超快速冷却,然后进入冷速为大于10℃/s的层流冷却,返红温度580~640℃;终冷温度控制在500~630℃,后空冷至室温。<!--1-->

Description

具有优异初性390MPa级低溫船用钢及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明属于钢铁材料制备领域,特别设及一种具有优异初性的390MPa级低溫船 用钢及其基于超快冷(UFC)工艺的TMCP制造方法。
背景技术
[0002] 北极的生存条件恶劣,但是蕴藏着丰富的油气资源、渔业资源和各类矿产;南极则 有着丰富的渔业资源。随着全球能源和自然资源的日益紧缺、国际能源价格上涨,越来越多 的国家把目光投向运些低溫海域,所W,对低溫海域的船用钢的需求和要求与日俱增。具有 高强度、特别是低溫高初性船板钢是市场的迫切需求,然而按照常规生产方法制造高强度、 低溫高初性船板钢必然需要添加大量的合金元素W及进行复杂的热处理工艺进行强化,但 运又增加了生产的成本。那么如何W较低的综合成本生产出优异的低溫高初性船板钢是生 产企业迫切需要解决的问题。
[0003] 目前,生产高强高初性船用钢采用较为流行的社制方法为控社控冷工艺(TMCP), 一般是在热社过程中,分别在再结晶区和未再结晶区社制;在控制冷却过程中,一般采用层 流冷却,冷却速度通常小于25°C/S。采用常规TMCP工艺生产的钢板由于冷却能力低和不 均匀等先天性不足已经难W满足低溫海域船用钢的需求,而且要生产高强度高初性船板钢 则需要增加钢中的合金元素及含量,然而合金含量的增加会提高生产成本,给钢厂带来巨 大成本压力,W下举例说明:
[0004] 公开号为CN101255528A的发明专利所提出一种超低溫初性优异的含妮钢板及其 社制方法,制备该种钢板所需Nb含量较高,增加了生产成本,而且在粗社和精社之间加入 喷水冷却工艺,运在生产中加大了控制的难度。 阳0化]公开号为CN101781737A的发明专利所提出一种船用40公斤级热机械控制社制厚 板钢及其制造方法,其化学成分含有Mo、化、Ni、化、B合金元素,合金含量多,且终社溫度 低。
[0006]公开号为CA1182721A的发明专利"methodofproducingsteelhavinghi曲 strengthandtou曲ness"提出的制造方法,其化学成分含有化、Mo、化合金元素,增加了 制造成本;同时终社溫度要求小于75(TC,运必然增加了社制等待时间,影响社制效率。
[0007] 公开号为CN101705434A的发明专利所提出一种具有超高强度和冲击初性的船板 钢及其制备方法,其化学成分中含有Mo、化、Ni、化合金元素,增加了合金成本;同时社制的 钢板进行了热处理,运又增加了制造成本。
发明内容
[0008] 本发明的目的在于提供一种具有优异初性、屈服强度390MPa级的船用钢及其基 于超快冷(UFC)工艺的TMCP制造方法,该船用钢具有低碳当量、高强度及优异低溫冲击初 性的特点,适用于建造低溫海域航行船舶。
[0009] 本发明通过如下技术方案实现:
[0010] 一种具有优异初性390MPa级低溫船用钢,其特征在于按重量百分比计,包括W 下组分C:0. 05~0. 12%,Si:0. 08~0. 30%,Mn: 1. 0~1. 40%,P:《0. 01%,S:《0. 01%,Als: 0.Ol~0. 05%,Nb:0. 02~0. 04%,Ti:0. 005~0. 020%,其余为化和不可避免的杂质;钢板组织 为多边形铁素体+针状铁素体+珠光体+贝氏体,其中贝氏体体积百分含量范围7~25%。 1] 船板钢屈服强度> 390MPa,抗拉强度> 500MPa,-60°C夏氏冲击功> 200J;船板钢 经过粗社和精社后得到的成品厚度为10~40mm。
[0012] W下阐述本发明的优异低溫初性船板钢中各合金成分作用机理,其中百分符号% 代表重量百分比:
[0013] C:是保证钢强度的必要元素,通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显作 用,但是过高的C含量对钢的延性、初性和焊接性有负面影响。从经济性和产品性能角度考 虑,优选C含量控制在0. 05~0. 12%。
[0014] Si:是炼钢过程中主要的脱氧成分,为了得到充分的脱氧效果必须含0. 05%W上。 但若超过上限则会降低母材及焊接部位的初性,W固溶形式存在的Si在提高强度的同时 也能提高初脆转变溫度,因此优选Si含量为0. 08~0. 30%。
[0015] Mn:是保证钢的强度和初性的必要元素,Mn与S结合形成MnS,避免晶界处形成 FeS而导致的热裂纹,同时Mn也是良好的脱氧剂。为了提高本发明材料的强初性,因此优选 Mn含量为 1. 0~1. 40〇/〇。
[0016] P:是对冲击值带来不利影响的元素,可W在板巧中屯、部位偏析W及在晶界聚集等 损害低溫初性,本发明材料控制在不高于0.Ol重量%。
[0017] S:是对冲击值带来不利影响的元素,可W形成硫化物夹杂,成为裂纹源,本发明材 料控制在不高于0.Ol重量%。
[0018] Al:作为本发明必须添加的脱氧和细化晶粒元素,添加含量在0. 01%W上,但超过 0. 08%时容易产生铸巧热裂纹,同时钢的初性降低。更优选含量范围为0.Ol~0. 05%。
[0019] Nb:有效细化钢的晶粒尺寸,作为提高钢的强度和初性而添加的元素。当Nb含量 小于0. 01%时对钢的性能作用效果小,而超过0. 05%时,钢的焊接性能和初性均降低,因此 Nb含量0. 02~0. 04%为本发明的优选范围。
[0020] Ti:作为提高钢的初性和焊接部位初性而添加的成分,WTiN形式存在而发挥作 用,小于0. 005%时效果小,超过0. 04%时易形成大颗粒TiN而失去效果,因此添加Ti含量 优选范围为0. 005~0. 02〇/〇。
[0021] 上述优异低溫初性船板钢的制造工艺技术方案说明如下:
[0022] 转炉冶炼,再经LF精炼炉精炼,连铸得到连铸巧,并将该板巧经加热、保溫处理后 进行热社成形,社制成形的钢板经超快冷(UFC)和层流冷却(ACC)控冷,随后空冷到室溫, 最终形成成品船用钢。 W23] 连铸过程中,中包钢水过热度《30。全程保护诱铸;铸巧加热溫度 1170~1200°C,加热时间 180 ~240min。
[0024] 对钢巧进行两阶段控制社制,第一阶段为再结晶区社制,开社溫度1050~ 1100°C,总压下率> 60%,一阶段终社溫度900~940°C,得到中间昆,中间巧厚度为2~3倍成 品厚度;第二阶段为未再结晶区社制,开社溫度850~900°C,总压下率> 60%,终社溫度 790 ~880 °C。
[0025] 采用超快速冷却和层流冷却双系统,在控制冷却过程中,先采用冷速为大于 30°C/s的超快速冷却,然后进入冷速为大于10°C/s的层流冷却,返红溫度580~640°C; 终冷溫度控制在500~630°C,后空冷至室溫,WTMCP状态直接交货。
[00%] 采用本发明的优异低溫初性和高强度船用钢,具有如下效果:
[0027] (1)在成分设计方面,佩和Ti微合金元素含量减少,不使用化、Mo、化、Ni和V等 合金元素,降低合金成本;通过控制社制和控制冷却(UFC+ACC)工艺可W有效提升材料强 度和低溫初性。
[0028] (2)在显微组织结构方面,珠光体片层间距减小,组织内部有贝氏体存在,运是提 高强度的主要原因;铁素体晶粒尺寸均匀且细小,尺寸一般小于12ym,因此提高了材料的 初性。
[0029] (3)在析出强化方面:可W析出尺寸小于20皿的NbC、TiC等析出相,能够有效钉 扎在晶粒间界和内部,与位错产生相互作用,使钢的强度提高。
[0030] 综上所述,采用本发明的制备方法,可W降低碳当量,能够有效提高材料强度,尤 其大幅度提高低溫初性。
附图说明
[0031] 图1是本发明钢实施例1的显微组织图;
[0032] 图2是本发明钢实施例2的显微组织图;
[0033] 图3是本发明钢实施例3的显微组织图。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0035] 实施例1、2和3号的实验钢化学成分如下:
[0036]
Figure CN103882297BD00051
[0037] 本发明的低溫高初性船板钢的生产方法,包括如下步骤:
[0038] 铁水预处理一转炉冶炼一炉外精炼(LF炉)一板巧连铸一板巧加热一TMCP社制一 控制冷却(超快速冷却,层流冷却)一成品下线。
[0039] 本发明是将W上成分的铸巧进行两阶段社制,并在控制冷却时采用超快速冷却+ 层流冷却系统,实施例1、2和3制备方案工艺参数如下:
[0040]
Figure CN103882297BD00052
[0042]
[0041] 对本发明实验钢的实施例1、2和3制得的成品钢板进行力学性能测试,测试结果 如下:
Figure CN103882297BD00061
[0043] 由上表可W看出,本发明制备的船板钢具有高强度,低溫(-60°C)高初性,合金含 量较少,实现了成本减量化,节约生产成本。
[0044] 由附图1至图3可W看出,钢板组织为多边形铁素体+针状铁素体+珠光体+贝 氏体。运种组织强化机理主要依靠钢中的贝氏体、针状铁素体和具有细小片间距的珠光体, 而初性和延展性主要依靠钢中的多边形铁素体,两种微观组织的平衡即可获得优异的强初 性综合性能。

Claims (2)

1. 一种具有优异韧性390MPa级低温船用钢的制造方法,其特征在于按重量百分比计, 包括以下组分C:0· 05 ~0· 12%,Si:0· 08 ~0· 30%,Μη:1· 0 ~1. 40%,P:彡 0· 01%,S: 彡 0· 01%,Als:0· 01 ~0· 05%,Nb:0· 02 ~0· 04%,Ti:0· 005 ~0· 020%,其余为Fe和不 可避免的杂质;钢板组织为多边形铁素体+针状铁素体+珠光体+贝氏体,其中贝氏体体积 百分含量范围7~25% ;包括转炉冶炼,LF精炼炉精炼,连铸,热乳,控冷,对钢坯进行两阶 段控制乳制,第一阶段为再结晶区乳制,开乳温度1050~1KKTC,总压下率多60%,一阶段 终乳温度900~940°C,得到中间坯,中间坯厚度为2~3倍成品厚度;第二阶段为未再结 晶区乳制,开乳温度850~900°C,总压下率彡60%,终乳温度790~880°C;在控制冷却过 程中,先采用冷速为大于30°C/s的超快速冷却,然后进入冷速为大于10°C/s的层流冷却, 返红温度580~640°C;终冷温度控制在500~630°C,后空冷至室温。
2. 根据权利要求1所述的具有优异韧性390MPa级低温船用钢的制造方法,其特征在 于:连铸过程中,中包钢水过热度< 30°C,全程保护浇铸;铸坯加热温度1170~1200°C,加 热时间180~240min。
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