CN104213016B - 船内板用高强钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强钢及其生产方法，特别涉及一种船内板用高强钢及其生产方法。主要解决现有船内板用高强钢多采用较多合金元素导致成本高以及低成本船内板高强钢屈服强度不能满足需要等技术问题。技术方案：一种船内板用高强钢，其特征是其化学成分按质量百分比含有：碳：0.04～0.06％，硅：0.005～0.03％，锰：0.15～0.25％，磷≤0.016％，硫≤0.015％，硼：0.002～0.003％，铝：0.025～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。本发明钢用于船内板，屈服强度Rel为600～720MPa，抗拉强度Rm为620～750MPa，显微组织为纤维状铁素体+珠光体+游离渗碳体。

Description

船内板用高强钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种高强钢及其生产方法，特别涉及一种船内板用高强钢及其生产方法。

背景技术

船用钢板是钢铁材料中的精品，为了满足船用钢板对高强度、可焊接性等综合性能的要求，目前，各生产企业在制造过程中，均向钢中添加Nb、V、Ti等微合金强化元素，并向钢中加入一定量的Cr、Ni、Cu、Mo等元素的一种或多种，这样大大增加了钢的生产成本，增加了企业的经营负担。

检索发现，专利申请号为CN201010281752.1、名称为“屈服强度550Mpa的超高强船体及海洋平台用钢及其生产方法”的中国专利申请提供了一种屈服强度550Mpa的超高强船体及海洋平台用钢及其生产方法，该船板钢按重量百分比含有：C0.04～0.07％、Si0.3～0.5％、Mn1.45～1.60％、P≤0.02％、S≤0.005％、Cr0.25～0.4％、Ni0.6～0.8％、Mo0.2～0.3％、V0.04～0.06％、Cu0.6～0.8％、Als0.015～0.045％。该专利不但含有较高的Si、Mn元素，还需向钢中加入Cr、Mo、Ni、V、Cu等昂贵的合金元素，并且还需严格控制钢中的S元素含量，要求S≤0.005％，大大增加了生产难度，生产成本很高，生产过程复杂。

专利申请号为CN200710192423.8、名称为“一种高强度船用钢板及其生产方法”的中国专利申请提供了一种高强度船用钢板及其生产方法，该船板钢按重量百分比含有：碳：0.05～0.10％，硅：0.30～0.50％，锰：1.20～1.60％，磷≤0.02％，硫≤0.010％，铌：0.02～0.05％，钛：0.008～0.02％，铝：0.02～0.06％，镍：0.0～0.40％，铬：0～0.70％，钼：0～0.60％，铜：0～0.70％，钒：0.0～0.05％，氮≤0.008％。该钢仍然需加入多种合金元素，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺点，提供一种屈服强度为600-720 MPa范围内的船内板用高强钢，同时给出其制造方法，主要解决现有船内板用高强钢多采用较多合金元素导致成本高以及低成本船内板高强钢屈服强度不能满足需要等技术问题。本发明的思路是采用一般碳素钢成分，为降低合金成本采用低硅、低锰设计，采用铝脱氧及作为晶粒细化元素，并利用夹杂物形态控制、热连轧控制冷却及控制冷轧压下率及退火温度控制技术进行生产，从而有助于保证本发明的钢材屈服强度在规定的范围内，同时具有良好的加工成型性能、良好的焊接性能、高性价比等优良综合性能，满足船内板用高强钢的综合需求。

为了达到以上目的，申请人通过反复试验和不断理论分析，设计出本发明的船内板用高强钢化学成分,该发明钢按质量百分比含有：碳：0.04～0.06％，硅：0.005～0.03％，锰：0.15～0.25％，磷≤0.016％，硫≤0.015％，硼：0.002～0.003％，铝：0.025～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

在本发明的船内板用高强钢中，各元素成分确定的缘由如下：

[碳]：碳含量影响产品的强度、塑性、冲压性能。碳含量高时，延伸率低，并且变形后形成不均匀的变形区，在再结晶过程中，这些变形区促进了随机取向再结晶晶粒的形核，有利织构{111}相应减小，冲压性能下降。碳含量低冷轧退火后不能满足强度、硬度要求。根据材料的强度要求，碳含量设计在0.04-0.06%。

[硅]：较低的硅含量，一方面有利于产品后续的涂镀性能，另一方面，产品已经要求较高的Al含量，不依赖Si元素脱氧。因此硅元素设计在0.005-0.03%。

[锰]：锰在钢中的作用主要是强化和进一步消除S的不利影响的作用，Mn的设计范围是0.15-0.25%。

[硫、磷]：硫、磷均是钢中的有害元素，在钢中均希望这两种元素控制在较低的水平，考虑到实际工艺控制能力及生产成本，S含量要求≤0.015%，P≤0.016%。

[铝]：铝在钢中的作用非常重要，Al和N结合生成AlN,AlN是在退火过程中获得对冷拔性能有利的{111}织构和饼形晶粒的关键因素，同时由于AlN对N原子的固定作用，使冷轧板具有良好的抗时效性能，Alt含量要求0.025-0.05%。

[硼]：Ｂ可以细化晶粒，对钢的焊接性能有利，并且可以降低船内板用高强钢生产过程中裂纹的产生，提高成材率，B含量设定为0.002-0.003%。

本发明船内板用高强钢的炼钢生产方法采用铁水预脱硫、转炉顶底复合吹炼，RH炉精炼，必须保证RH纯脱气时间大于8分钟，连铸采用低碳钢保护渣，全程吹Ar保护浇铸，获得前述化学成分的船内板用高强钢板坯。其工艺步骤依次为：铁水脱硫预处理、扒渣、转炉冶炼、RH炉精炼、连铸。

上述船内板用高强钢的热轧工艺方法为，将上述成分要求的连铸板坯加热至1070℃～1100℃，热轧分为两段式轧制工艺，其中粗轧在再结晶温度以上轧制，精轧在非再结晶温度区间轧制。粗轧阶段为5道次连轧，精轧为7道次连轧，精轧结束温度为890℃～900℃。精轧阶段压缩比80～86%，精轧后，层流冷却阶段采用后段冷却，卷取温度为570℃～590℃。

上述船内板用高强钢的冷轧工艺和退火工艺方法为，将上述成分并经过热轧的船内板用高强钢热轧钢卷重新开卷经过酸洗掉表面氧化铁皮后，在5机架冷连轧机上进行冷轧，冷轧的压下率为85～90%，经过冷轧后的轧硬状态的钢带经过退火后得到厚度为0.6～1.5mm的成品冷轧钢带，退火工艺为，钢带在退火炉的均热段的退火温度范围为530～560℃，带钢在均热段的时间为35～65s。

本发明具有以下优点：本发明采用一般碳素钢成分，为降低合金成本采用低硅、低锰设计，采用铝脱氧及作为晶粒细化元素，并利用夹杂物形态控制、热连轧控制冷却及控制冷轧压下率和退火温度控制技术进行生产，使板卷的屈服强度达到规定的范围，同时具有良好的加工成型性能、良好的焊接性能、高性价比等优良综合性能。

在本发明的船内板用高强钢中，各工艺参数的理论依据是：

连铸板坯加热温度：如果加热温度过高，钢中的AlN和Ti（C、N）等第二相粒子发生溶解后在热轧卷取过程重新析出更加细小、弥散的析出物，则抑制了在随后的冷轧、退火后晶粒的再结晶长大，使钢板的再结晶温度升高，不能适应低的退火温度。如果加热温度过低，由于热轧过程中的自然温降，无法保证本发明要求的终轧温度。连铸板坯加热温度设定为1070℃～1100℃。

精轧结束温度：终轧温度需高于Ar3相变点，但终轧温度不能太高，否则必须提高连铸板坯的加热温度，增加能耗。精轧结束温度设定为890℃～900℃。

卷取温度：热轧卷取温度是影响机械性能的关键因素之一,因为卷取温度影响到氮化物及碳化物的析出过程,特别是AlN 的析出，本发明采用连续炉退火，退火温度较低，为了保证退火后的板卷具有一定的强度，将热轧卷取温度设计为570～590℃。

冷轧压下率：本发明在5机架冷连轧机上进行冷轧，可以对带钢的张力进行有效地控制，冷轧压下率设定为85～90%，通过较大的冷轧形变，可获得板形较好、屈服强度高的板卷。

退火：为了使退火后的钢卷具有较高的屈服强度，本发明通过多次试验，获得了合理的退火温度，钢带在退火炉均热段的退火温度设定为530～560℃，带钢在均热段的时间设定为35～65s，通过退火既消除了钢带的残余应力，又获得了希望的带钢强度。

本发明船内板用高强钢具有以下特点：

1、具有较高的强度，屈服强度在600-720MPa范围内，板形较好，适合船内板的应用；

2、具有良好的焊接及加工成型性能，保证船内板用高强钢的质量稳定，提高了产品的使用性能，使焊接质量得以较大改善；

3、成分设计合理，不含贵重合金元素，采用控轧控冷工艺及合理退火温度控制技术进行生产，生产工艺简单，生产成本较低，该技术可以较方便地推广到其他相关企业；

本发明得到的船内板用高强钢经过530～560℃，时间为35～65s均热段的退火后，钢带的力学性能为：屈服强度Rel为600～720MPa，抗拉强度Rm为620～750MPa，显微组织为纤维状铁素体+珠光体+游离渗碳体。

附图说明

图1为本发明船内板用高强钢的金相显微组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例1-4对本发明作进一步说明，并与相近的发明专利进行了对比分析，对比专利专利申请号为CN201210219005.4、名称为“一种正火型船板钢及其生产方法”。

实施例及对比专利化学成分控制见表1。

表1实施例1-4化学成分(重量百分比%)，余量为Fe及不可避免杂质。

由表1可以看出：（1）本发明的钢材成分设计简单，为降低合金成本采用低硅、低锰设计，P、S含量的设计值在满足钢材使用要求的前提下，控制适中，适宜工业生产控制；通过热连轧温度控制及控制冷轧压下率及退火温度，达到本发明的钢材所需的强度要求。（2）对比专利为了提高强度，一是钢中不但含有较高的C元素，其实施例C元素高达0.16-0.17%，比本发明的C元素高一个数量级，大大地降低了钢材的冷变形性能；二是还需向钢中加入较多的Si、Mn等合金元素，生产成本很高，其实施例Si元素≥0.28%，Mn元素≥1.06%，均大大高于本发明；另外对比专利还需严格控制钢中的S、O、N等元素的含量，特别是要求S≤0.005％，大大增加了生产难度，生产过程复杂。

按照本发明的钢材成分设计的要求，采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH炉精炼，保证RH炉纯脱气时间大于8分钟，连铸采用低碳钢保护渣，全程吹Ar保护浇铸，浇铸成210mm厚的连铸板坯。

其具体工艺步骤依次为：铁水脱硫预处理、扒渣、转炉冶炼、RH炉精炼、连铸。

连铸板坯经加热炉再加热后，在连续热连轧轧机上轧制，工艺控制见表2，通过粗轧轧机和精轧连轧机组在再结晶区和非再结晶区控制轧制后，进行控制冷却，然后进行卷取，生产出合格热轧板卷。

表2 本发明实施例1-4热轧工艺控制参数

由表2可以看出：（1）本发明的钢材板坯加热温度较低、精轧结束温度较高、精轧压缩比较大、卷取温度较低。本发明钢较低的板坯加热温度一方面可以降低燃料消耗成本，另一方面可以抑制钢中的AlN等第二相粒子发生溶解后在热轧卷取过程重新析出更加细小、弥散的析出物，可以降低钢的再结晶温度，以适应冷轧较低退火温度的生产。本发明钢的精轧结束温度的设计充分考虑了钢材在热连轧生产过程中的自然温降，与板坯加热温度进行了较好的匹配，整个生产过程温度控制合理，不浪费温度资源；另外，适当提高精轧结束温度可以保证钢材在单相区轧制，避免了两相区轧制的混晶现象的发生，保证了钢材性能的均匀性。本发明钢较大的精轧压缩比和较低卷取温度均是为了提高钢的强度，满足强度的使用要求。（2）对比专利钢中含有较高Si、Mn等合金元素，为了充分发挥钢中合金元素的固容强化作用，必须采用较高的板坯加热温度，大大增加了能源消耗；另外，由于轧机能力的限制，精轧压缩比较低，为了提高钢的强度，精轧结束温度控制较低，这也增加了混晶的风险；第三，对比专利由于卷取设备能力的限制，必须在较高的温度下进行卷取，其卷取温度高达670℃以上，不利于钢材强度的提高。

将上述成分并经过热轧的船内板用高强钢卷重新开卷经过酸洗掉表面氧化铁皮后，在5机架冷连轧机上进行冷轧，冷轧的压下率为85～90%，经过冷轧后的轧硬状态的钢带经过退火后得到厚度为0.6～1.5mm的成品冷轧钢带，退火工艺为，钢带在退火炉的均热段的退火温度范围为530～560℃，带钢在均热段的时间为35～65s。工艺控制参数见表3。

表3本发明冷轧、退火工艺控制参数

本发明通过控制冷轧压下率、退火温度和均热段时间，可以生产出船内板用高强度钢，另一方面，通过冷轧生产工序，可以生产厚度较薄的产品，满足对薄规格的使用需求，本发明的产品厚度为0.6～1.5mm。对比专利没有冷轧工序，一方面缺少了对钢强度控制的一个手段，另一方面也不能生产薄规格的产品，对比专利说明书中的生产厚度大于50mm。另外，对比专利需对钢板进行高温正火热处理，正火温度为880℃～910℃，其实施例正火温度均高达900℃，大大增加了能源消耗，不利于降低生产成本。

利用上述方法得到的船内板用高强钢的力学性能为：屈服强度Rel为600～720MPa，抗拉强度Rm为620～750MPa，显微组织为纤维状铁素体+珠光体+游离渗碳体，金相组织结构见图1。取样检测力学性能见表4。

表4冷卷取样的力学性能

与对比专利相比，本发明的屈服强度较高，屈服强度大于600MPa，金相组织为纤维状铁素体+珠光体+游离渗碳体；对比专利的屈服强度较低，屈服强度小于300MPa，金相组织为铁素体+珠光体。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种船内板用高强钢，其特征是其化学成分按质量百分比含有：碳：0.04～0.06％，硅：0.005～0.03％，锰：0.15～0.25％，磷≤0.016％，硫≤0.015％，硼：0.002～0.003％，铝：0.025～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；其制造包括铁水脱硫预处理、扒渣、转炉冶炼、RH炉精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧和退火，热轧前连铸板坯加热至1070℃～1100℃，热轧分为两段式轧制工艺，其中粗轧在再结晶温度以上轧制，精轧在非再结晶温度区间轧制；粗轧阶段为5道次连轧，精轧为7道次连轧，精轧结束温度为890℃～900℃；精轧阶段压缩比80～86%，精轧后，层流冷却阶段采用后段冷却，卷取温度为570℃～590℃；冷轧工艺和退火工艺方法为，将上述成分并经过热轧的船内板用高强钢热轧钢卷重新开卷经过酸洗掉表面氧化铁皮后，在5机架冷连轧机上进行冷轧，冷轧的压下率为85～90%，经过冷轧后的轧硬状态的钢带经过退火后得到厚度为0.6～1.5mm的成品冷轧钢带，退火工艺为，钢带在退火炉的均热段的退火温度范围为530～560℃，带钢在均热段的时间为35～65s。