CN104726780A

CN104726780A - 一种高强度特厚钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN104726780A
Application number: CN201310723317.3A
Authority: CN
Inventors: 李文斌; 原思宇; 赵坦; 李广龙; 王勇; 梁福鸿; 胡昕明; 孙殿东; 王储
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-06-24

Abstract

本发明公开一种高强度特厚钢板及其生产方法，C0.11%～0.15%、Si0.15%～0.25%、Mn1.4%～1.6%、P≤0.020%，S≤0.005%、Ni0.4%-0.6%、Cr0.25%-0.35%、Mo0.3%～0.4%、V0.03%～0.05%、Ti0.015%～0.025%、Cu0.2%-0.3%、Als0.015%～0.040%。能生产厚度为200～300mm的特厚钢板，具有良好的机械性能，屈服强度Rel≥460MPa，－20℃冲击功AKv≥27J。

Description

一种高强度特厚钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，特别涉及到一种高强度特厚钢板及其生产方法。

背景技术

在科学技术和现代工业高速发展的今天，机械和建筑等用特厚钢板市场需求越来越大，对钢板的性能要求越来越高，厚度规格要求也由以前的60mm以下上升到70mm以上甚至100mm以上。特厚板能广泛的应用于工程机械、桥梁、容器、车辆、船舶、电力设备及其他结构件，但如此大的厚度规格上保证性能合格均匀，其生产难度较大。

目前生产特厚板大部分在150mm以下，如舞阳钢铁有限责任公司申请的名为“一种大厚度调质高强度钢板及其生产方法”的专利，专利申请号为200810141457.9，公开号为CN101363101A，含有C≤0.18%，Si0.1-0.4%，Mn≤1.2%，Ni0.7-1.7%，Cr1.0-1.5%，Mo0.4-0.6%，V0.03-0.08%，能提供一种厚度为100～114mm的大厚度钢板，具有高强度、较好的抗层状撕裂性能和良好的低温韧性，但最厚到114mm，不能满足更厚级别钢板的需求。还有南阳汉冶特钢有限公司申请的名为“一种150mmQ245R特厚钢板及其生产方法”的专利，专利申请号为201110176685.1，公开号为CN102345047A，涉及一种150mmQ245R的容器钢，厚度只有150mm，其强度也只有250Mpa级别，无论厚度和强度都不满足更厚更高强度级别的特厚板需要。

济南钢铁股份有限公司申请的名为“一种生产特厚钢板的工艺方法”的专利，专利申请号为200810249817.7，公开号为CN101439348A，提供一种生产特厚钢板的方法：将两块板坯经过切割、平正、清洁，通过抽真空并焊合成一块新的板坯，然后进行加热、轧制，以解决大型模铸心部偏析和疏松的问题。但其工序复杂，生产效率较低，并且容易出现分层缺陷。

首钢总公司申请的名为“一种100mm低合金高强度特厚钢板及其制造方法”的专利，专利申请号为200810119503.5，公开号为CN101348879A，提供一种厚度为100mm的低合金特厚钢板；首钢总公司申请的另一名为“一种100mm、400MPa级高强度特厚钢板及其制造方法”的专利，申请号为200810224732.3，公开号为CN101476081A,提供一种100mm、400MPa级高强度特厚钢板，都具有较高的屈服强度，且不需要热处理，且其生产厚度只有100mm，不能满足市场对钢板厚度越来越大的需求。

由以上对比专利可知，目前可用于机械设备等构件的特厚板存在如下不足：

1、产品厚度规格较小、强度低，适用范围窄；

2、生产工艺复杂，生产效率低，容易产生分层等缺陷；

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种厚度规格在200～300mm、屈服强度在460Mpa以上的特厚钢板及其生产方法。

为了达到上述目的，本发明技术方案如下：

一种高强度特厚钢板，其特征在于钢板化学成分按重量百分比为：C0.11%～0.15%、Si0.15%～0.25%、Mn1.4%～1.6%、P≤0.020%，S≤0.005%、Ni0.4%-0.6%、Cr0.25%-0.35%、Mo0.3%～0.4%、V0.03%～0.05%、Ti0.015%～0.025%、Cu0.2%-0.3%、Als0.015%～0.040%，其余为Fe以及不可避免的杂质。

本发明选择以上合金元素种类及其含量是因为：

碳：在特厚板钢的化学成分设计中，碳对钢的强度、韧性、焊接性能、冶炼成本影响很大。为了使钢板具有良好的焊接性能、较好的低温冲击韧性，必须降低钢中的含碳量，使其控制在中下限。因为碳是较强的固溶强化元素，能显著提高钢板强度，但碳含量过高，不利于焊接和渗碳体等第二相难控制，会使韧性、塑性和钢板焊接性能明显恶化，本发明的碳含量定为0.11%～0.15%。

锰：锰是提高强度和韧性的有效元素，它是弱碳化物形成元素，它在冶炼中的作用是脱氧和消除硫的影响，还可以降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒，对提高钢板强度和韧性有益。同时还能固溶强化铁素体和增加钢的淬透性。一般用低碳高锰类型的钢作为焊接结构钢时，锰/碳比值越大(达2.5以上)，钢的低温韧性就越好。锰含量过高时，则钢硬化而延展性变坏，本发明的锰含量定为1.4％～1.6%。

硅：硅起到脱氧剂的作用，同时有固溶强化作用，还可以极大的延缓碳化物的形成，滞后渗碳体的长大，增加了奥氏体稳定性。但是硅含量高，钢种易出现夹杂物，钢材易生锈，热轧生产中铁锈容易被轧入钢板表层，同时硅都显示出对多线程焊接时局部脆性区域有危害性，本发明的硅含量定为0.15%-0.25%。

磷：磷是钢中的有害元素，虽然它是固溶强化效果最好的元素之一，但是磷偏析晶界，恶化韧性，含量直接影响到钢板的塑性和韧性。磷对钢是非常有害的元素。应尽量减少其含量，应该尽量控制其含量到最低。

硫：硫是钢中的有害元素。硫化锰、氧化物夹杂或碳化物等第二相颗粒的存在都会降低钢的塑性和强韧性，降低钢的延伸率。硫化锰有一定塑性，随轧制方向拉长延伸，加大了钢的各向异性，这对钢的横向性能非常不利。硫形成的硫化铁使钢在热轧和焊接中产生热脆裂纹，含硫较高时，抗硫化氢腐蚀能力大为下降，尽量控制其含量最低。

镍：对钢的强度贡献较小，但钢中添加适当的Ni能显著改善钢的韧性，尤其是能显著提高钢的低温韧性，但含量超过一定值后效果就不再明显，故本发明中，Ni的含量控制在0.4%～0.6%；

铬：铬能扩大铁素体区，提高淬火硬化、耐蚀性的优点，但过高的Cr对韧性造成损害，故本发明中加入Cr含量为0.25%～0.35%；Mo有提高钢的强度和淬透性的作用，同时具有不降低钢的低温冲击功的优点，但含量过高会导致钢的脆化，本发明中的Mo含量为0.30%～0.40%；

铝：铝是脱氧元素，可作为氮化铝形成元素，有效地细化晶粒，其含量不足0.01%时，效果较小；超过0.07%时，脱氧作用达到饱和；再高则对母材及焊接热影响区韧性有害。所以，在特厚板中将铝含量限定在0.015%～0.04%的范围内。

钒：在合金元素中是钢中的强化元素，由于VC、V(CN)的沉淀强化，可使钢的强度明显提高。但是提高韧脆转变温度，其含量一般控制在0.10%以下，本发明将钒含量定为0.03%～0.05%。

钛：加入微量的钛，是为了固定钢中的氮元素。另外钛有强烈的析出强化作用，可以提高钢的强度，对焊接热影响区处的硬度也有好的影响作用在最佳状态下，钛的氮化物颗粒的存在可抑制焊接热影响区的晶粒粗化阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。钛低于0.005%时，固氮效果差，超过0.03%时，固氮效果达到饱和，过剩的钛可以单独或与铌一起形成碳氮化物，强化钢材，但有时会形成尺寸较大的析出相，将会使钢的韧性恶化。过多的钛含量会引起钛的氮化物的粗化，对低温韧性不利，故将本发明中钛含量定为0.015%～0.025%。

一种高强度特厚钢板的生产方法：经冶炼和真空浇铸，对铸坯进行探伤和清理，在宽厚板轧机上采用交叉轧制的方法，生产出探伤合格、性能合格的特厚钢板，其所用的生产工艺特征如下：

生产工艺流程：钢水冶炼—炉外精炼（LF+VD）—钢坯浇铸—坯料清理、包装—加热—轧制—堆垛缓冷—热处理—探伤—取样检验—检查—入库。

冶炼工艺特征：钢水经冶炼后送到LF炉进行精炼处理、VD脱气，降低有害气体O、H、N等以及S的有害作用，LF炉喂Al线150-300m，加钛铁60kg；VD真空度40-70Pa，保持15-40分钟，浇铸温度1560-1580℃，浇铸成800-1000mm厚钢坯。

轧制工艺特征：加热温度控制在1150～1200℃以保证细小的奥氏体晶粒，起到轧后细化晶粒的作用。轧前和轧制过程中用高压水充分除鳞，开轧温度1100-1120℃，终轧温度大于等于950℃，总压下率大于等于60%，最终轧制成成品厚度钢板。为了进一步防止钢坯过度氧化，对来料铸坯进行探伤和清理，加热前钢坯表面用1.5-2.5mm厚的冷轧板进行全覆盖包装。

热处理工艺特征：轧后钢板进行调质即淬火+回火处理，为保障淬火前完全奥氏体化和合金元素充分固溶，淬火前加热温度为935-950℃，保温时间为2-2.25min/mm，回火温度为645-665℃，保温时间为2h+2-2.2min/mm.

按上述方案生产的特厚钢板具有以下有益效果：

1、能生产厚度为200～300mm的特厚钢板，探伤合格；

2、具有良好的机械性能，屈服强度Rel≥460MPa，－20℃冲击功AKv≥27J；

具体实施方式

下面对本发明作进一步说明：

本发明的化学成分及生产工艺，其熔炼成分如表1，本发明的实际工艺参数如表2，本发明的实物性能检验结果如表3。

表1熔炼成分，Wt％

编号	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	V	Cu	Ti	ALs
													1#	0.12	0.15	1.40	0.01	0.003	0.45	0.34	0.30	0.04	0.21	0.017	0.04
2#	0.134	0.24	1.48	0.01	0.0024	0.52	0.26	0.35	0.03	0.24	0.015	0.031
													3#	0.15	0.25	1.56	0.011	0.0013	0.60	0.25	0.38	0.05	0.30	0.022	0.017

表2本发明实际工艺参数

表3本发明实物检验结果

Claims

1.一种高强度特厚钢板，其特征在于钢板化学成分按重量百分比为：C0.11%～0.15%、Si0.15%～0.25%、Mn1.4%～1.6%、P≤0.020%，S≤0.005%、Ni0.4%-0.6%、Cr0.25%-0.35%、Mo0.3%～0.4%、V0.03%～0.05%、Ti0.015%～0.025%、Cu0.2%-0.3%、Als0.015%～0.040%，其余为Fe以及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种高强度特厚钢板，其特征在于钢板厚度为200～300mm。

3.一种根据权利要求1或2所述的高强度特厚钢板的生产方法，包括冶炼、浇铸、加热、轧制和热处理，其特征在于：浇铸温度1560-1580℃，浇铸成800-1000mm厚钢坯；加热温度1150～1200℃，轧前和轧制过程中用高压水充分除鳞，开轧温度1100-1120℃，终轧温度大于等于950℃，总压下率大于等于60%；轧后钢板进行调质即淬火+回火处理，淬火前加热温度为935-950℃，保温时间为2-2.25min/mm，回火温度为645-665℃，保温时间为2h+2-2.2min/mm。

4.根据权利要求3所述的高强度特厚钢板的生产方法，其特征在于：对铸坯进行探伤和清理，加热前钢坯表面用1.5-2.5mm厚的冷轧板进行全覆盖包装。