CN104561785A - 一种高强度低合金结构A633GrD钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种150mm厚高强度低合金结构钢A633GrD钢板及其生产方法<b>，该</b>钢板包含如下质量百分比的化学成分：C：0.11～0.13、Si：0.20～0.45、Mn：1.45～1.50、P≤0.012、S≤0.003、Nb：0.20～0.25、Als：0.015～0.030、Ti：0.030-0.040，其它为Fe和残留元素。其生产工艺流程为：优质铁水、KR铁水预处理、100/120吨顶底复吹转炉、LF炉精炼、真空脱气处理、铸坯堆冷24—60小时、推钢式加热炉、3800m轧机、ACC层流冷却、11辊热矫直机、堆冷、热处理、精整、外检、探伤、入库。本发明的有益效果在于：通过在C、Mn钢基本成分添加Nb、Ti微合金以及正火气雾冷却热处理工艺确保了钢板性能达到国家标准要求，同时减少了合金使用量，降低生产成本。

Description

一种高强度低合金结构A633GrD钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于中厚板生产领域，具体涉及到一种150mm厚高强度低合金结构钢A633GrD 钢板及其生产方法。

背景技术

A633GrD属于美标高强度低合金结构钢，一般用于汽车、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受的机械零件、建筑结构及一般的金属结构件，ASTM A633/A633M-01标准最大极限厚度为150mm,其南阳汉冶特钢生产的A633GrD具有生产过程工艺简单、低成本的特点，国内大部分钢厂在生产过程中成分上需增加合金含量才能保证机械性能合格，从而增加了生产成本；南阳汉冶特钢生产的A633GrD钢板已达到ASTM A633/A633M-01标准的极限厚度，现有技术其优势采用微合金Nb、Ti元素充分发挥析出强化与晶粒强化双重作用从而保证了高强度、高韧性和优良的焊接性能，近年来其应用范围扩大需求量较大，此工艺生产方法可降低生产成本。

南阳汉冶特钢研制的150mmA633GrD钢种在原有成分基础上降低合金用量比例，通过合理的成分设计即（低C0.11-0.13%、Mn1.45-1.50%、Nb:0.20-0.20%、Ti0.030-0.040%)充分发挥析出强化与晶粒强化双重作用从而保证了高强度、高韧性以及“高温、低速、大压下”的轧制方法及先进的热处理正火+气雾冷却工艺，最大程度的增加相变驱动力、增加形核率等措施，达到细化晶粒、改善组织的目的，使钢板不同厚度位置性能均匀优异；，最终研发出高强度低合金结构A633GrD钢板的生产方法并且实现批量生产；该生产工艺方法先进简单且合金量使用较少最终生产成本较低。

发明内容

针对上述问题，本发明人经过反复试验摸索，获得了一种低合金量+正火气雾工艺方法处理生产150mm厚高强度低合金结构钢A633GrD厚板及其生产方法，从而完成了本发明。

因此，本发明的目的在于提供一种高强度低合金结构钢A633GrD 钢板。

本发明的另一目的在于提供一种降低生产成本的高强度低合金结构钢A633GrD 钢板生产方法，工艺低成本A633GrD厚板已达到ASTM A633/A633M-01标准最大极限厚度150mm。

为达到上述目的，在原有的A633GrD高强度低合金结构钢板的成分基础上，适当调整A633GrD中C、Mn、Nb、Ti等合金元素的含量和比例，并严格控制钢中P、S等影响钢板塑韧性的有害元素含量，同时严格控制正火的加热制度，冷却过程采用气雾冷却从而最大程度的增加相变驱动力、增加形核率等措施，达到细化晶粒、改善组织的目的，使钢板不同厚度位置性能均匀优异，保证了A633GrD钢种150mm厚度钢板的各项性能指标达到标准要求。

一种高强度低合金结构钢板A633GrD 钢板，其成分包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)： C：0.11～0.13、Si：0.20～0.45、Mn：1.45～1.50、P≤0.012、S≤0.003 、Nb:0.20～0.25、Als：0.015～0.030、Ti:0.030-0.040其它为Fe和残留元素。

因此，本发明原理为在生产过程中成分设计上采用低C含量0.11-013%、Mn1.45-1.50%、Nb:0.20～0.25%、Ti:0.030-0.040%的廉价生产成本，利用正火+气雾冷却最大程度的增加相变驱动力、增加形核率等措施，达到细化晶粒、改善组织的目的，使钢板不同厚度位置性能均匀优异；

本发明采用转炉冶炼、连铸浇注，3800m宽厚板轧机轧制的方法生产A633GrD低合金结构钢板。其工艺流程为：优质铁水、KR铁水预处理、100/120吨顶底复吹转炉、LF炉精炼、真空脱气处理、铸坯堆冷24—60小时、推钢式加热炉、3800m轧机、ACC层流冷却、11辊热矫直机、堆冷、热处理、精整、外检、探伤、入库。

KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃。

转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.080%，铁水温度≥1270℃，铁水装入量误差按±1t来控制，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢目标P≤0.015%、C≥0.05%、S≤0.012%，出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石。出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩。

吹氩处理工艺：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在300～400mm，离氩站温度不得低于1570℃。

LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节。加入精炼渣料，碱度按4.0-5.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入。加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热7-12min、二加热6-10min，二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂。离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1610±15℃。

VD精炼工艺：VD真空度必须达到68Pa以下，保压时间必须≥15min，破真空后软吹2-5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露。正常在线包抽真空时间：（抽真空前钢水温度—目标离站温度）/1.7min。覆盖剂，保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1665±15℃。

连铸工艺：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15±10℃，拉速：0.7m/min，比水量：0.80L/㎏，电搅：900A、5Hz、30s-3-30s，连铸浇钢要求全程保护浇铸，大包开浇后1min内必须套保护管，中包浇注过程中必须保证钢液面不见红。浇钢过程中合理控制塞棒吹氩量，保证结晶器液面波动轻微。铸坯下线后要求堆冷≥12h。

加热工艺:加热温度及加热时间如下：预热段温度900-1000℃，加热段温度1220-1260℃，保温段温度1200-1240℃，加热速度10-12min/cm；

控轧控冷

结合炼钢化学成分，为防止混晶和晶粒粗大，严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，开轧温度1100℃～1250℃，一阶段终轧温度在980℃～1120℃，待温厚度为成品厚度的≥2倍，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础。二阶段开轧温度≤920℃，二阶段保证单道次压下率≥15%，累计压下率≥60%，确保变形渗透使奥氏体内部晶粒被压扁拉长，增大晶界有效面积并有效形成大量变形带，为奥氏体相变提供更多的形核点，达到细化奥氏体晶粒的目的，终轧温度750～840℃；

由于轧后缓冷易使晶粒长大，并且组织中的C、Mn等合金固溶量有限，因此要控制适当的冷却速度。为了获得优良的综合力学性能，根据板厚要求，轧后采用层流冷却，通过调整冷却集管组数，确保冷却速度控制在5-20℃/S，返红温度在600～660℃之间，然后送往矫直机矫直。

堆冷工艺:采用高温堆冷工艺可有效避免因快速冷却产生的残余应力，同时可大大降低钢板中氢的含量，充分实现热扩散效果，改善钢板探伤缺陷。钢板堆垛缓冷工艺如下；堆垛缓冷温度不低于400℃，堆冷时间≥48小时；

热处理工艺：钢板探伤合格后进行正火处理，正火温度：920-930℃，加热时间：2.0min/mm,冷却方式：气雾冷却，最大程度的利用正火+气雾增加相变驱动力、增加形核率等措施，达到细化晶粒、改善组织的目的，使钢板不同厚度位置性能均匀优异。

本发明在于采用基本C、Mn钢成分在添加微合金Nb、Ti元素充分发挥析出强化与晶粒强化双重作用+正火气雾冷却从而保证了高强度、高韧性和优良的焊接性能；

在冶炼过程中，严格控制钢中P（磷）、S（硫）等有害元素，保证钢水的纯净度基本达到洁净钢水平。在后续轧制加热过程中，为防止钢坯内部晶粒粗大，适当降低加热温度，避免钢坯内部原始奥氏体晶粒过分长大，为钢坯在轧制过程中晶粒的细化奠定坚实基础。在轧制过程中，通过采用国内先进的TMCP轧制技术和钢板堆垛缓冷技术以及正火气雾冷却热处理工艺，能够保证A633GrD 钢板性能需求。

上述方法中，所生产的钢板厚度为ASTM A633/A633M-01标准极限厚度150mm规格。

本发明的有益效果在于：通过在C、Mn钢基本成分添加Nb、Ti微合金以及正火气雾冷却热处理工艺确保了钢板性能达到国家标准要求，同时减少了合金使用量，降低生产成本。

具体实施方式

本发明采用转炉冶炼、连铸浇注，3800m宽厚板轧机轧制的方法生产A633GrD低合金结构钢板。其工艺流程为：优质铁水、KR铁水预处理、100/120吨顶底复吹转炉、LF炉精炼、真空脱气处理、铸坯堆冷24—60小时、推钢式加热炉、3800m轧机、ACC层流冷却、11辊热矫直机、堆冷、热处理、精整、外检、探伤、入库。

实施方式如下：

成分设计：在传统A633GrDW高强度低合金结构钢的成分基础上，适当调整A633GrD成分中Nb、Ti合金元素的含量和比例，通过洁净钢冶炼，严格控制P、S含量，通过进行严格的热处理正火+气雾冷却工艺，保证A633GrDW良好的低温冲击韧性。具体成分设计为： C：0.11～0.13、Si：0.20～0.45、Mn：1.45～1.50、P≤0.012、S≤0.003 、Nb:0.20～0.25、Als：0.015～0.030、Ti:0.030-0.040其它为Fe和残留元素。

KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃。

转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.080%，铁水温度≥1270℃，铁水装入量误差按±1t来控制，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢目标P≤0.015%、C≥0.05%、S≤0.012%，出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石。出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩。

吹氩处理工艺：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在300～400mm，离氩站温度不得低于1570℃。

LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节。加入精炼渣料，碱度按4.0-5.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入。加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热7-12min、二加热6-10min，二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂。离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1610±15℃。

VD精炼工艺：VD真空度必须达到68Pa以下，保压时间必须≥15min，破真空后软吹2-5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露。正常在线包抽真空时间：（抽真空前钢水温度—目标离站温度）/1.7min。覆盖剂，保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1665±15℃。

连铸工艺：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15±10℃，拉速：0.7m/min，比水量：0.80L/㎏，电搅：900A、5Hz、30s-3-30s，连铸浇钢要求全程保护浇铸，大包开浇后1min内必须套保护管，中包浇注过程中必须保证钢液面不见红。浇钢过程中合理控制塞棒吹氩量，保证结晶器液面波动轻微。铸坯下线后要求堆冷≥12h。

加热工艺:加热温度及加热时间如下：预热段温度900-1000℃，加热段温度1220-1260℃，保温段温度1200-1240℃，加热速度10-12min/cm；

控轧控冷

结合炼钢化学成分，为防止混晶和晶粒粗大，严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，开轧温度1100℃～1250℃，一阶段终轧温度在980℃～1120℃，待温厚度为成品厚度的≥2倍，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础。二阶段开轧温度≤920℃，二阶段保证单道次压下率≥15%，累计压下率≥60%，确保变形渗透使奥氏体内部晶粒被压扁拉长，增大晶界有效面积并有效形成大量变形带，为奥氏体相变提供更多的形核点，达到细化奥氏体晶粒的目的，终轧温度750～840℃；

由于轧后缓冷易使晶粒长大，并且组织中的C、Mn等合金固溶量有限，因此要控制适当的冷却速度。为了获得优良的综合力学性能，根据板厚要求，轧后采用层流冷却，通过调整冷却集管组数，确保冷却速度控制在5-20℃/S，返红温度在600～660℃之间，然后送往矫直机矫直。

堆冷工艺:采用高温堆冷工艺可有效避免因快速冷却产生的残余应力，同时可大大降低钢板中氢的含量，充分实现热扩散效果，改善钢板探伤缺陷。钢板堆垛缓冷工艺如下；堆垛缓冷温度不低于400℃，堆冷时间≥48小时；

热处理工艺：钢板探伤合格后进行正火处理，正火温度：920-930℃，加热时间：2.0min/mm,冷却方式：气雾冷却，最大程度的利用正火+气雾增加相变驱动力、增加形核率等措施，达到细化晶粒、改善组织的目的，使钢板不同厚度位置性能均匀优异。

结果分析

机械力学性能分析

成份及机械力学性能按ASTMA633/A633M-01标准执行，机械性能具体见下表：

本次试生产150mm厚A633GrD 共计10批，其中：屈服强度控制在350～390 MPa，平均达到了365 MPa，比标准富裕50MPa；抗拉强度控制在490～615 MPa，平均达到了575 MPa，比标准富裕125MPa；伸长率控制在20%-28%，平均达到26%，比标准富裕10%；-50℃ V型冲击功控制在120～210J，平均达到了155J，完全满足A633GrD的性能要求。

外检及探伤：所研制的钢板外检，正品率100%，探伤S3E3比例为85%，达到S1E1比例100%，达到了预期效果。

Claims (2)

1.一种高强度低合金结构钢A633GrD 钢板，其成分包含如下质量百分比的化学成分： C：0.11～0.13、Si：0.20～0.45、Mn：1.45～1.50、P≤0.012、S≤0.003 、Nb:0.20～0.25、Als：0.015～0.030、Ti:0.030-0.040其它为Fe和残留元素。

2.一种如权利要求1所述高强度低合金结构钢A633GrD 钢板的生产方法，其生产工艺流程为：优质铁水、KR铁水预处理、100/120吨顶底复吹转炉、LF炉精炼、真空脱气处理、铸坯堆冷24—60小时、推钢式加热炉、3800m轧机、ACC层流冷却、11辊热矫直机、堆冷、热处理、精整、外检、探伤、入库；其特征在于：

KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃；

转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.080%，铁水温度≥1270℃，铁水装入量误差按±1t来控制，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢目标P≤0.015%、C≥0.05%、S≤0.012%，出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石；

出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩；

吹氩处理工艺：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在300～400mm，离氩站温度不得低于1570℃；

LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节；

加入精炼渣料，碱度按4.0-5.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入；加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热7-12min、二加热6-10min，二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂；离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1610±15℃；

VD精炼工艺：VD真空度必须达到68Pa以下，保压时间必须≥15min，破真空后软吹2-5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露；

正常在线包抽真空时间：抽真空前钢水温度—目标离站温度/1.7min；覆盖剂，保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1665±15℃；

连铸工艺：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15±10℃，拉速：0.7m/min，比水量：0.80L/㎏，电搅：900A、5Hz、30s-3-30s，连铸浇钢要求全程保护浇铸，大包开浇后1min内必须套保护管，中包浇注过程中必须保证钢液面不见红；浇钢过程中合理控制塞棒吹氩量，保证结晶器液面波动轻微；铸坯下线后要求堆冷≥12h；

加热工艺:加热温度及加热时间如下：预热段温度900-1000℃，加热段温度1220-1260℃，保温段温度1200-1240℃，加热速度10-12min/cm；

控轧控冷：结合炼钢化学成分，为防止混晶和晶粒粗大，严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，开轧温度1100℃～1250℃，一阶段终轧温度在980℃～1120℃，待温厚度为成品厚度的≥2倍，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础；

二阶段开轧温度≤920℃，二阶段保证单道次压下率≥15%，累计压下率≥60%，确保变形渗透使奥氏体内部晶粒被压扁拉长，增大晶界有效面积并有效形成大量变形带，为奥氏体相变提供更多的形核点，达到细化奥氏体晶粒的目的，终轧温度750～840℃；

根据板厚要求，轧后采用层流冷却，通过调整冷却集管组数，确保冷却速度控制在5-20℃/S，返红温度在600～660℃之间，然后送往矫直机矫直；

堆冷工艺:采用高温堆冷工艺可有效避免因快速冷却产生的残余应力，同时可大大降低钢板中氢的含量，充分实现热扩散效果，改善钢板探伤缺陷；钢板堆垛缓冷工艺如下；堆垛缓冷温度不低于400℃，堆冷时间≥48小时；

热处理工艺：钢板探伤合格后进行正火处理，正火温度：920-930℃，加热时间：2.0min/mm,冷却方式：气雾冷却，最大程度的利用正火+气雾增加相变驱动力、增加形核率等措施，达到细化晶粒、改善组织的目的，使钢板不同厚度位置性能均匀优异。