CN103938110A - 海洋工程用fq70级超高强特厚钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板及其制造方法，该钢板包含的组分及其重量百分比为：C0.125～0.165%，Si≤0.25%；Mn0.50～1.5%，Al0.015～0.06%，Nb0.01～0.045%，Ti0.010～0.020%，Ni0.8～1.5%，Cr0.6～1.0%；Mo0.15～0.40%，P≤0.015%,S≤0.003%,N≤0.006%,B0.0008～0.0030%，其余为铁及不可避免的杂质元素；该制造方法包括配比备料、KR铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、大板坯连铸、板坯再加热、轧制、冷却、加热保温、回火，采用320mm厚度连铸坯生产60-100mm厚度钢板。本发明的制得的钢板屈服强度大于690MPa，具有高抗层状撕裂性及良好的低温韧性、焊接性能，成本低廉，制备方法简单，易于操控，也适用于工程机械、桥梁及建筑工程等制造领域。

Description

海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种特种钢板材及其制造方法，特别涉及一种应用连铸坯生产抗层状撕裂FQ70（FH690）级超高强度高韧性特厚钢板及其制造方法，涉及炼钢、连铸、轧制及热处理工序，可用于船舶及海洋工程、机械工程、桥梁及建筑等工程。

背景技术

随着陆地资源逐渐减少，世界各国都在积极向海洋领域开发资源。我国海域存在着大量的油气和风力资源, 它们是国民经济发展所必需的海洋能源。 海洋发展已成为国家发展规划的重要组成部分, 如“十二五”期间我国将投资3500亿元人民币大力发展远洋运输和海洋石油事业，并建设钻井平台等海洋工程用高钢级宽厚钢板。海洋工程用FQ70超高强高韧性钢板力学性能按照ABS船级社规范要求需达到以下指标：屈服强度ReH≥690MPa，抗拉强度Rm≥770MPa，延伸率≥14%，-60℃夏比冲击功≥46J，NDT（Non-destructive testing，即非破坏性试验，简称NDT）温度≤-60℃，抗层状撕裂（Z向断面收缩性能）大于35%；目前，还没有其他企业完成连铸坯制造60-100mm厚度规格海洋工程用FQ70级超高强高韧性特厚钢板的开发及工业生产。

如公开号为CN101418418A的发明专利提出一种屈服强度为690MPa的低焊接裂纹敏感钢板的制造方法，但只保证-20℃夏比冲击功，不能满足FQ70（FH690）级钢板要求的-60℃夏比冲击功标准，且无抗层状撕裂性能指标；同时，化学成分中C元素的含量在0.03-0.06%，含贵重合金V为 0.04-0.12%，而V合金的价格较贵，成本较高，没有价格优势。

公开号为CN102260823B的发明专利提出一种屈服强度为690Mpa的高强钢板及其制造方法，其采用的工艺为热轧后加回火，且只保证-20℃夏比冲击功，亦不能满足FQ70（FH690）级钢板要求的-60℃夏比冲击功标准，且无抗层状撕裂性能指标；同时，含贵重合金V 为0.02-0.07%，而V合金的价格较贵，成本较高，没有价格优势

另外，公开号为CN101984119A的发明专利提出NV-F690超高强度船板钢及其制备方法，-60℃夏比冲击功满足DNV船级社规范，也满足ABS、LR船级社规范，也采用连铸坯轧制生产，但其最大壁厚只能达到50mm，且无抗层状撕裂性能指标；化学成分中C元素的含量在0.03-0.05%，含贵重金属Cu为1.0-1.7%，同时不含有元素B。

因此，提供一种海洋工程用抗层状撕裂FQ70（FH690）级超高强特厚钢板及其制造方法，该钢板上屈服强度不低于690MPa，抗拉强度770-940MPa，-60℃夏比V型冲击功不低于46J，是业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷提供一种海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板，该钢板综合力学性能及焊接性能优良，成本低廉。

本发明的目的还在于提供一种海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板的制造方法，该制造方法采用连铸坯轧制成材，经淬火和回火工序后即可出成品，流程简单且成材率高。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板，其包含的组分及其重量百分比为：

C 0.125～0.165%，Si≤0.25%；Mn 0.50～1.5%，Al 0.015～0.06%，Nb 0.01～0.045%，Ti 0.010～0.020%，Ni 0.8～1.5%，Cr 0.6～1.0%；Mo 0.15～0.40%，P≤0.015%,S≤0.003%,N≤0.006%,B 0.0008～0.0030%，其余为铁及不可避免的杂质元素；

该海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板的厚度在60-100mm，力学性能满足：上屈服强度≥690MPa，抗拉强度770～940MPa，延伸率≥14%，抗层状撕裂（Z向断面收缩率）≥35%，-60℃夏比V型冲击功≥100J，非破坏性试验温度低于-60℃，-60℃热影响区夏比V型冲击功≥46J。

本发明为达到上述目的而进行的化学成分设计思路解释如下：

碳(C)：碳能显著提高钢的淬透性，从而通过淬火和回火获得所需的强度和韧性，同时可以与Nb、Mo、Cr、Ti、Fe形成碳化物，起到析出强化和晶粒细化韧化材料的作用；但过量的碳含量会损害钢的延性、韧性及焊接性能；所以，本发明选择的碳含量为0.125～0.165%。

锰(Mn)：固溶强化元素，既可以提高钢的强度，同时又不会损害钢的韧性，且可提高钢的淬透性；但过多的Mn会导致铸坯中心Mn偏析，对厚板的强韧性有极大的伤害。因此，本发明选择的锰含量为0.5～1.5%。

硫（S）：硫是有害元素，其不仅增加钢的热脆性，且易与Mn结合形成MnS，在高温轧制后形成长条形MnS夹杂，不仅影响钢板的抗层状撕裂性能，且钢板中的H易扩散到MnS与基体界面，形成氢致开裂裂纹，形成分层缺陷，严重影响钢板的内在质量。因此，本发明选择的硫含量不大于0.003%。

铌(Nb)：铌是有效的晶粒细化元素，其析出相能够在板坯加热、轧制、淬火加热及焊接过程中抑制奥氏体晶粒长大，细化晶粒、提高钢板的低温韧性及改善焊接性能；固溶Nb还可以延迟γ→α转变，提高钢板的淬透性。本发明选择的铌含量为0.01～0.045%。

钛(Ti)：钛是强的固氮元素，可以与氮形成TiN颗粒，能够在板坯加热时及淬火加热时抑制奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用，提高钢板的低温韧性；同时，TiN颗粒对焊接热影响区晶粒的长大能够起到很好的抑制作用，改善焊接性能。本发明选择的钛含量为0.010～0.020%。

钼(Mo)：钼能提高钢板的淬透性，同时是碳化物形成元素，回火过程中析出能够提高钢板的强度，且在含铌钢板中添加钼还能提高Nb（C,N）的沉淀强化效果。但Mo的价格很高，因而本发明选择的钼的含量控制在0.15～0.4%。 

铬(Cr)：铬可以提高钢板的淬透性，增加Cr可以替代部分Mo的作用，起到降低制造成本的作用，Cr同时是碳化物形成元素，回火过程中析出能够提高钢的强度和硬度。因此，本发明选择的铬含量为0.6～1.0%。

镍（Ni）：镍可以提高钢板的淬透性，同时提高钢的低温韧性及焊接性能。因此，本发明选择的镍含量为0.8～1.5%。

硼（B）：硼能显著提高钢板的淬透性，但含量过高容易在回火时析出硼相，使材料催化，过量的硼还会损害钢板的焊接性能。因此，本发明选择的硼含量为0.0008～0.0030%。

铝（Al）：Al为强固N元素，形成细小的AlN颗粒析出，可抑制板坯加热、轧制、淬火加热及焊接过程中的晶粒长大，达到细化晶粒、提高钢板的低温韧性及改善焊接性能。本发明选择的铝含量为0.015～0.06%。

基于以上对钢板中各组分的分析，本发明优化了对钢材组分的配比，从而制得本发明的海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板。

一种如上所述海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板的制造方法，包括配比备料—KR铁水预脱硫—转炉冶炼—LF精炼—RH真空处理—大板坯连铸—板坯再加热—轧制—冷却—加热保温—回火，在该制造方法中控制的参数为：

（1）KR铁水预脱硫阶段，脱硫后S的含量不大于0.005%；LF精炼结束后，S的含量不大于0.003%；

（2）大板坯连铸阶段，进行大板坯无氧化保护浇注，厚度断面320mm，过热度控制在25±5℃，拉速0.65±0.05m/min，连铸动态轻压下量5～10mm；

（3）板坯再加热阶段，温度控制在1100～1250℃，在炉时间不小于320min；

（4）轧制阶段，粗轧温度控制在950～1100℃，精轧温度控制在820～920℃，精轧结束温度730～830℃，粗轧压下量/精轧压下量控制在1.70～1.90；

（5）冷却阶段，终冷温度控制在550～750℃，冷却速率控制在3-20℃/s；

（6）加热保温阶段，保温温度控制在900～950℃，在炉时间控制在2.0～3.0min/mm，然后经高压水冷淬火，淬火后钢板温度小于50℃；

（7）回火阶段，回火保温温度控制在550～680℃，回火时间控制在2.5～3.5min/mm，回火出炉后进行冷床冷却后切割定尺。

进一步的讲，RH真空处理阶段结束后喂入硅钙线或纯钙线并进行软搅拌8-15min。

进一步的，板坯再加热阶段后，板坯出炉后经高压除磷水除磷后进行轧制。

进一步的，冷却阶段后，钢板还经抛丸处理，然后进入加热保温阶段。

本发明针对目前海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板的需求，采用优化的化学成分配比、320mm厚度无偏析连铸坯生产方法、控制轧制和控制冷却、淬火加回火热处理方法，制造出具有超高强度、优良低温韧性及良好的焊接性能的海洋工程用特厚钢板，壁厚60～100mm，力学性能满足ABS、LR等船级社规范要求。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明不含贵重金属元素V和Cu，而是通过增加C含量和添加微量B元素来提高钢板的淬透性，通过制造方法的调整获得高强度及良好的低温韧性，合金成本更经济；

（2）本发明提供了320mm厚度连铸坯制造60-100mm抗层状撕裂特厚超高强高韧性海洋工程用FQ70(FH690)钢板，其制造成本远远低于采用钢锭制造同类厚度的成本，产品更加经济和更具市场竞争力；

（3）本发明提供了超低S设计及连铸过热度、拉速及动态轻压下控制，解决了320mm厚度板坯内部质量，同时确保粗轧的压下量，使板坯中心在粗轧制阶段获得足够的压下率而发生再结晶过程，从而起到细化心部奥氏体晶粒、提高厚规格钢板心部韧性的作用，从而改善钢板的力学性能。

（4）本发明的制备方法简单，易于操控，也适用于工程机械、桥梁及建筑工程等制造领域。

附图说明

图1是实施例3中100mm厚度海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板沿厚度横断面的金相组织照片；

图2是实施例3中100mm厚度海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板表面至心部原始本征奥氏体晶粒尺寸分布图；

图3是实施例3中100mm厚度海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板沿厚度横断面1/4处的成分分析电子探针(EPMA)检测结果图；

图4是实施例3中100mm厚度海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板沿厚度横断面1/2处的成分分析电子探针(EPMA)检测结果图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1

本实施例涉及的海洋工程用FQ70（FH690）级超高强特厚钢板厚度为60mm，其包含的成分及其重量百分比为：C 0.16%，Si 0.25%，Mn 1.0%，P 0.008%，S 0.002%，Nb 0.035%，Ti 0.014%，Cr 0.80%，Ni 0.80%，Mo 0.33%，Al 0.03%，B 0.002%，N 0.0030%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本实施例涉及的海洋工程用FQ70（FH690）级超高强特厚钢板制造方法如下：

按上述钢板化学成分要求进行配比备料，高炉铁水经过KR铁水脱硫，脱S后S的含量为0.003%，铁水温度为1380℃；之后铁水进行180t顶底复吹转炉冶炼、LF精炼及RH真空处理；

RH真空处理结束后喂入硅钙线410米并进行软搅拌12min，然后进行大板坯浇注，断面厚度为320mm，过热度控制在25±5℃，拉速为0.65±0.05m/min，连铸动态轻压下量为6mm；

320mm板坯经检验合格后入炉再加热至1230℃并保温，在炉时间为410min；

坯料出炉后经高压除磷水除磷后轧制，粗轧开轧温度为1070℃，粗轧结束温度为1010℃，精轧开轧温度为840℃，精轧结束温度825℃，粗轧压下量/精轧压下量为1.88；

对轧后钢板进行加速冷却，冷却速率为10℃/s，冷却后终冷温度为600℃，然后经热矫直后冷床冷却至室温；

将冷至室温的钢板进行抛丸处理后进入热处理炉进行加热保温，保温温度为930℃，保温时间为2.2min/mm；钢板回火保温温度为660℃，回火时间为2.6min/mm，回火后进行冷床冷却后切割定尺。

 经力学性能检测，实施例1所获得钢板的力学性能达到了ABS（LR）船级社EQ70（FH690）级钢板的指标要求，其力学性能如表3所示。 

实施例2

本实施例涉及的海洋工程用FQ70（FH690）级超高强特厚钢板厚度为85mm，其包含的成分及其重量百分比为：C 0.165%，Si 0.25%，Mn 1.05%，P 0.008%，S 0.002%，Nb 0.038%，Ti 0.013%，Cr 0.85%，Ni 0.89%，Mo 0.32%，Al 0.03%，B 0.0018%，N 0.0033%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本实施例涉及的海洋工程用FQ70（FH690）级超高强特厚钢板制造方法如下：

按上述钢板化学成分要求进行配比备料，高炉铁水经过KR铁水脱硫，脱S后S含量0.0035%，铁水温度为1390℃；之后铁水进行180t顶底复吹转炉冶炼、LF精炼及RH真空处理；

RH真空处理结束后喂入硅钙线420米并进行软搅拌13min，然后进行大板坯浇注，断面厚度为320mm，过热度控制在25±5℃，拉速为0.65±0.05m/min，连铸动态轻压下量为6mm；

320mm板坯经检验合格后入炉再加热至1220℃并保温，在炉时间420min；

坯料出炉后经高压除磷水除磷后轧制，粗轧开轧温度为1060℃，粗轧结束温度为1000℃，精轧开轧温度为840℃，精轧结束温度为825℃，粗轧压下量/精轧压下量为1.80；

对轧后钢板进行加速冷却，冷却速率为8℃/s，冷却后终冷温度为610℃，然后经热矫直后冷床冷却至室温；

将冷至室温的钢板进行抛丸处理后进入热处理炉进行加热保温，保温温度为930℃，保温时间为2.2min/mm；钢板回火保温温度为660℃，回火时间为2.6min/mm，回火后进行冷床冷却后切割定尺。

 经力学性能检测，实施例2所获得钢板的力学性能达到了ABS（LR）船级社EQ70（FH690）级钢板的指标要求，其力学性能如表4所示。

实施例3

本实施例涉及的海洋工程用FQ70（FH690）级超高强特厚钢板厚度为100mm，其包含的成分及其重量百分比为：C 0.14%，Si 0.25%，Mn 1.05%，P 0.008%，S 0.002%，Nb 0.038%，Ti 0.013%，Cr 0.77%，Ni 1.50%，Mo 0.33%，Al 0.033%，B 0.0016%，N 0.0036%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本实施例涉及的海洋工程用FQ70（FH690）级超高强特厚钢板的制造方法如下：

按上述钢板化学成分要求进行配比备料，高炉铁水经过KR铁水脱硫，脱S后S含量为0.0030%，铁水温度为1370℃；之后铁水进行180t顶底复吹转炉冶炼、LF精炼及RH真空处理；

RH真空处理结束后喂入硅钙线430米并进行软搅拌14min，然后进行大板坯浇注，断面厚度为320mm，过热度控制在25±5℃，拉速为0.65±0.05m/min，连铸动态轻压下量为7mm；

320mm板坯经检验合格后入炉再加热至1220℃并保温，在炉时间为450min；

坯料出炉后经高压除磷水除磷后轧制，粗轧开轧温度为1050℃，粗轧结束温度为1000℃，精轧开轧温度为830℃，精轧结束温度为820℃，粗轧压下量/精轧压下量为1.80；

对轧后钢板进行加速冷却，冷却速率为5℃/s，冷却后终冷温度为630℃，然后经热矫直后冷床冷却至室温；

将冷至室温的钢板进行抛丸处理后进入热处理炉进行加热保温，保温温度为930℃，保温时间为2.2min/mm；钢板回火保温温度为650℃，回火时间为2.6min/mm，回火后进行冷床冷却后切割定尺。

经力学性能检测，实施例3所获得钢板的力学性能达到了ABS（LR）船级社EQ70（FH690）级钢板的指标要求，其力学性能如表5所示，其沿厚度横断面的金相组织照片如图1所示，该钢板表面至心部原始本征奥氏体晶粒尺寸分布图如图2所示，显示厚度中心奥氏体晶粒得到了充分细化；图3是实施例3中100mm厚度海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板沿厚度横断面1/4处的成分分析电子探针(EPMA)检测结果图；图4是实施例3中100mm厚度海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板沿厚度横断面1/2处的成分分析电子探针(EPMA)检测结果图，其主要元素C、Mn、Cr、B在钢板厚度1/4和1/2处均一致，反映出连铸坯厚度中心无成分偏析，这同时也保证了钢板厚度1/2处（中心）良好的综合力学性能。

实施例3获得的100mm厚度FQ70(FH690)钢板经1.5kJ/cm和4.0kJ/cm热输入能量埋弧焊接，焊接预热温度为100-150℃，层间温度低于250℃，焊接接头强度及热影响区冲击韧性如表6所示。

表1为粗轧/精轧压下量为1.70和1.90条件下粗轧及精轧压下率，显示粗轧必须大于43%的压下率。

表2为ABS（LR）船级社FQ70（FH690）级钢板力学性能指标要求。

表1. 粗轧/精轧压下量为1.70和1.90条件下粗轧及精轧压下率

表2 ABS（LR）船级社FQ70（FH690）级钢板力学性能指标要求

表3 实施例1中所得60mm厚度FQ70（FH690）级钢板力学性能

注：括号内为最小值，括号外为平均值。

 

表4 实施例2中所得85mm厚度FQ70（FH690）级钢板力学性能

注：括号内为最小值，括号外为平均值。

 

表5 实施例3中所得100mm厚度FQ70（FH690）级钢板力学性能

注：括号内为最小值，括号外为平均值。

 

表6 实施例3中所得100mm厚度FQ70（FH690）级钢板焊接接头力学性能

上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板，其特征在于，该钢板包含的组分及其重量百分比为：

C 0.125～0.165%，Si≤0.25%；Mn 0.50～1.5%，Al 0.015～0.06%，Nb 0.01～0.045%，Ti 0.010～0.020%，Ni 0.8～1.5%，Cr 0.6～1.0%；Mo 0.15～0.40%，P≤0.015%,S≤0.003%,N≤0.006%,B 0.0008～0.0030%，其余为铁及不可避免的杂质元素；

该海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板的厚度在60-100mm，上屈服强度≥690MPa，抗拉强度770～940MPa，延伸率≥14%，Z向断面收缩率≥35%，-60℃夏比V型冲击功≥100J，非破坏性试验温度低于-60℃，-60℃热影响区夏比V型冲击功≥46J。

2.一种如权利要求1所述的海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板的制造方法，包括配比备料—KR铁水预脱硫—转炉冶炼—LF精炼—RH真空处理—大板坯连铸—板坯再加热—轧制—冷却—加热保温—回火，其特征在于，在该制造方法中控制的参数为：

（1）KR铁水预脱硫阶段，脱硫后S的含量不大于0.005%；LF精炼结束后，S的含量不大于0.003%；

（2）大板坯连铸阶段，进行大板坯无氧化保护浇注，厚度断面320mm，过热度控制在25±5℃，拉速0.65±0.05m/min，连铸动态轻压下量5～10mm；

（3）板坯再加热阶段，温度控制在1100～1250℃，在炉时间不小于320min；

（4）轧制阶段，粗轧温度控制在950～1100℃，精轧温度控制在820～920℃，精轧结束温度730～830℃，粗轧压下量/精轧压下量控制在1.70～1.90；

（5）冷却阶段，终冷温度控制在550～750℃，冷却速率控制在3-20℃/s；

（6）加热保温阶段，保温温度控制在900～950℃，在炉时间控制在2.0～3.0min/mm，然后经高压水冷淬火，淬火后钢板温度小于50℃；

（7）回火阶段，回火保温温度控制在550～680℃，回火时间控制在2.5～3.5min/mm，回火出炉后进行冷床冷却后切割定尺。

3.根据权利要求2所述的一种如权利要求1所述的海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板的制造方法，其特征在于，RH真空处理阶段结束后喂入硅钙线或纯钙线并进行软搅拌8-15min。

4.根据权利要求2所述的一种如权利要求1所述的海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板的制造方法，其特征在于，板坯再加热阶段后，板坯出炉后经高压除磷水除磷后进行轧制。

5.根据权利要求2所述的一种如权利要求1所述的海洋工程用FQ70级超高强特厚钢板的制造方法，其特征在于，冷却阶段后，钢板还经抛丸处理，然后进入加热保温阶段。