CN105177422B - 一种超长薄规格eh36钢及其在卷炉卷轧机上的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超长薄规格EH36钢，该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.05～0.09%，Mn：1.20～1.60%，Si：0.10～0.25%，Nb：0.015～0.030%，Ti:0.010～0.020%，Al:0.020～0.040%，Ceq≤0.38，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。钢板的厚度为4.75mm～8mm，钢板长度最长可达221m。本发明适用于采用150mm 的钢坯生产薄规格超长轧件EH36船板，也可以推广至屈服强度36Kg级的桥梁、高层建筑、结构用钢超薄规格超长轧件以热轧、TMCP状态交货的生产。

Description

一种超长薄规格EH36钢及其在卷炉卷轧机上的生产方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种在炉卷轧机上生产超长(150～220m)薄规格(5～8mm)海洋工程用EH36钢的方法。

背景技术

船板钢是国民经济发展所依赖的重要钢铁材料，近年来中国造船业发展迅速，年造船量已经占到世界造船总量比例突破10%。随着船舶工业的快速发展，造船用钢需求也在不断增加，占造船用材料80%的船板钢需求飞速增长。目前，为了节省下游企业的费用，船板轧件出现多元化需求，为了最大程度提高生产效益，降低成本，有利于更快更好的组批，节省船板排产时间，长、宽、薄等船板钢轧件生产是目前生产船板钢铁企业长期努力方向。而生产这些极限规格的钢板也是钢铁企业成分设计、工艺控制、现场生产水平综合能力的体现。

目前南钢在炉卷轧机做了相当类似研究工作，在《宽厚板》上公开了(5～15)mm×3200mm宽薄规格Q345E钢板的生产，该钢板的主要成分为，C：0.10～0.12%，Si：0.30～0.40%，Mn：1.40～1.50%，Nb+V+Ti：0.030～0.040%，碳当量Ceq目标值为0.40。

中国专利CN102179406A公开了“单机架炉卷轧机薄规格高强度钢板轧制工艺”，适用于长坯料（10～17m）生产薄规格≤10mm高强度（480MPa≤σ_s≤1000MPa）钢板，通过控制出钢温度、卷取炉温度、未道次压下量等，减少钢板头、中、尾性能差，来保证钢板的板形。然而，在该发明中没有交代此类（480MPa≤σs≤1000MPa）钢板的交货状态，通常此类钢板是在后期的调质处理达到钢板的强度性能。

中国专利CN102699022A公开了“一种单机架炉卷轧机热轧极限规格钢卷控制方法”。通过结合成分，开发层流冷却系统头尾避让功能、调整轧制工艺来获得≥360MPa级别极限规格钢卷性能合格。但是通过控制钢板加热炉火焰的调整会增加现场操作难度以及人工干拢因素，因而只适用于小批量试制，不适于大批量钢板的生产，且钢材的性能稳定性也得不到保证。成分设计中，碳当量较高，不适合作为低碳当量船板钢的生产使用。该发明仅提及如何提高强度，而对影响钢板非常重要的韧性没有涉及。

实际生产中，除了上述问题，生产薄规格EH36钢板还存在如下技术难点：一、卷轧钢板表面质量控制，炉卷轧制生产超长薄规格钢板，受炉内气氛的影响，钢板表面易形成表面缺陷，如麻点，麻坑等；二、低碳当量炉卷轧制生产EH36钢板强度的控制，为了保证船板具有良好的冲击性能、焊接性能以及低成本控制，并且满足TMCP EH36船规供货要求；三、超长薄规格钢板整板性能均匀性控制；四、超薄规格EH36船板正公差控制。

为了克服现有技术的不足，克服相应的技术难点，本发明通过成分设计及工艺优化，提出了一种在炉卷轧机上生产超长薄规格EH36钢的方法。

发明内容

本发明的目的在于根据上述现有现状提供一种超长薄规格EH36钢及其在卷炉卷轧机上的生产方法，通过化学成分设计，提高加热炉温度、合理分配平轧+卷轧轧制道次，以达到合适的终轧温度，得到表面质量良好，外形尺寸易于控制、性能良好的超长薄规格EH36钢板。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种超长薄规格EH36钢，该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.05～0.09%，Mn：1.20～1.60%，Si：0.10～0.25%，Nb：0.015～0.030%，Ti: 0.010～0.020%，Al: 0.020～0.040%，Ceq≤0.38，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。钢板的主要晶相组织为先共析铁素体以及弥散分布的珠光体，平均晶粒尺寸介于5～8μm。

进一步地，钢板的厚度为4.75mm～8mm，钢板长度最长可达221m；钢板的屈服强度介于358～405MPa，抗拉强度介于528～572MPa，延伸率为29.5～33.5%，屈强比≤71%，冲击韧性满足-40℃冲击功＞66J。

本发明EH36钢的化学成分是这样确认的：

C：影响钢力学性能的主要元素，当碳含量低于0.05%则强度低，当碳含量介于0.09%～0.12%时，介于包晶区间，包晶区间钢冶炼控制难度上升，当含量＞0.12%时，因船板钢对36Kg强度级的碳当量有限制，碳含量越高对焊接、耐蚀性都有负面影响。故本发明将C含量区间设定在0.05～0.09%。

Mn：能够推迟奥氏体向铁素体的转变，可以加大终轧温度窗口，细化铁素体，提高强度和韧性。通常，屈服强度介于235MPa级碳-锰中厚钢板的锰含量通常≥0.60wt%。与碳对Ae3温度影响一样，锰含量越高，Ae3温度越低，当锰的含量高于1.50wt%时，Ae3温度很容易低于820℃，这样不利于钢板轧制时终轧温度的控制，特别是板形难以控制的薄规格钢板的生产控制。因此，本发明轧制方法更适用于锰含量在1.20～1.50wt%范围内的中厚板。

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的固溶强化作用，在船级社规范与GB712中限定硅含量范围是0.10~0.50%，为了改善钢板表面质量，将Si 含量按下限控制，本发明中将硅限定在0.10～0.25%的范围内。

Nb：微量铌含量，便可在船板钢中起到溶质拖曳作用和Nb(C,N)对奥氏体晶界的钉扎作用，抑制形变奥氏体的再结晶，使得薄规格船板在轧制过程中，提高非再结晶区的温度，减小部分再结晶区间，有利于热连轧工艺的轧制。细化铁素体晶粒，但过高的铌，不光提高EH36钢的生产成本，也会促进连铸坯产生表面裂纹，因此，本发明铌含量控制在0.015～0.030%的范围内。

Ti：钛是用来固定钢中的氮元素，在适当条件下，钛/氮形成氮化钛，阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。钛低于0.006%时，固氮效果差，超过0.030%时，固氮效果达到饱和，过剩的钛会使钢的韧性恶化。当钢中的Ti、N原子之比为1：1时，相于Ti、N重量之比为3.42，TiN粒子最为细小且分布弥散，对高温奥氏体晶粒的细化作用最强，不仅可获得优良的韧性，而且能够实现30KJ/cm以上的大线能量焊接。故在本发明中，结合钢中氮含量，将钛含量控制在0.010%～0.020%。

Al：铝是炼钢过程中一种重要的脱氧元素，即使在钢水中加入微量的铝，也可以有效减少钢中的夹杂物含量，并细化晶粒。但过多的铝会促进夹杂物以及连铸坯产生表面裂纹的形成，降低连铸工艺性能。因此，本发明中铝含量控制在0.020～0.040%。

Ceq：船级社对TMCP生产的船板钢有碳当量限制，要求≤0.38，为了易于组炉生产，一种成分多种交货状态生产，故本发明将碳当量限制在Ceq≤0.38。以适应多种厚度规格的EH36钢板生产，同样，本发明适用于薄规格Q345E等钢种的生产。

本发明的另一目的是提供一种在卷炉卷轧机上制备所述超长薄规格EH36钢的方法，具体步骤如下：

（1）150mm连铸坯轧制：将按组分配好的原料冶炼钢水，钢水依次经过KR预脱硫→BOF转炉冶炼→LF精炼→RH真空脱气→连铸→堆缓冷制备连铸坯，连铸坯的厚度为150mm±10mm；

（2）加热：轧前连铸坯进加热炉加热，钢坯出钢时炉气温度为1240℃～1260℃，通常炉气温度高于钢板实际温度10～20℃，提高加热炉温度，减少材料在硅尖晶石形成温度区间停留时间，改善钢板表面质量；

（3）轧钢：在3500炉卷轧机上采取平轧+卷轧的方式对钢坯进行轧制，轧制目标厚度为4.75mm～8mm、最大长度为221m的EH36船板钢，平轧+卷轧的总轧制道次数为11～13，其中，对于目标钢板成品的宽度大于等于3m的钢板，为了保证钢板的板形，将钢板的轧制设定为13道次，先平轧后卷轧，提高平轧道次数，减少卷轧道次数，卷轧前钢坯的厚度控制在10～11mm，按照压下率先低后高再低的原则控制单道次轧制的压下率；

平轧末道次钢板的厚度为10～11mm，平轧开轧温度介于1000～1100℃，平轧第3～6道次的单道次压下量在20%～30%，卷轧的末道次压下率≤8%，在平轧第1至3道次时对钢坯表面高压水除鳞，此时钢板较厚，受高压水除鳞降温不均匀导致的影响较小；

卷轧的开轧温度为780～900℃，其中，对于厚度大于等于4.75mm小于6mm的钢板的终轧温度控制在750～800℃，对于厚度大于等于6mm小于等于8mm的钢板的终轧温度控制在850～900℃，平轧+卷轧的轧制总时间控制在5～8min，减少超长轧件在卷炉里的停留总时间，改善钢板表面质量。

（4）冷却：对于厚度大于等于6mm小于等于8mm的钢板，终冷温度控制在680～720℃，对于厚度大于等于4.75mm小于6mm的钢板，因为钢板本身温度下降较快，对钢板终冷上限温度不作要求，控制钢坯的温度下限不得低于600℃。

本发明具有如下特点：

1、本发明成分简单，在普通C-Mn钢的基础上，仅添加了含量很少的微合金元素Nb，成本低廉，微合金元素Nb扩大奥氏体非再晶区间，可以使得卷轧时炉气温度设定较高，改善薄规格的板开。同时，低碳设计路线有利于钢板冲击韧性的提高。低硅含量的控制，结合加热炉温度的提高，改善钢板的表面质量。

2、本发明通过提高加热炉温度、提高整个钢板轧制时的道次温度，使得钢板中心偏析，微观偏析得以有效改善，钢板奥氏体组织得到充分均匀。

3、本发明通过提高加热炉温度、卷取炉炉气温度，克服了150mm连铸坯轧制8mm以下薄规格的钢板时终轧温度过低，钢板头、中、尾温差过大而导致的板形问题以及性能不均的问题。本发明可以节省钢板切头、切尾量，提高成材率。

4、本发明通过提高平轧道次数，减少卷轧道次数，并提高中间道次的压下量（主要是平轧时的压下量），有效的细化晶粒，最终长轧件钢板组织晶粒细小均匀，铁素体、珠光体弥散均匀分布，带状组织控制良好。本发明减少钢坯在炉内停留时间，改善钢板表面质量。

本发明适用于采用150mm 的钢坯生产薄规格（厚度介于4.75～8mm）超长轧件（最长可达221m）EH36船板，也可以推广至屈服强度36Kg级的桥梁、高层建筑、结构用钢超薄规格超长轧件以热轧、TMCP状态交货的生产。

附图说明

图1为本发明实施例4的钢的单道次轧制的压下率分配示意图；

图2为本发明实施例5的钢的单道次轧制的压下率分配示意图；

图3为本发明实施例1的钢板在正火状态下的金相组织。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明各实施例所对应的超长薄规格EH36钢的化学成分见表1，表中数据为各元素的质量百分比含量，剩余为Fe及不可避免的杂质元素。

表1

表中Ceq:%。

钢板的冶炼工艺如下：

（1）150mm连铸坯轧制：将按组分配好的原料冶炼钢水，钢水依次经过KR预脱硫→BOF转炉冶炼→LF精炼→RH真空脱气→连铸→堆缓冷制备连铸坯，冶炼三炉钢约450吨，连铸坯的厚度为150mm。

（2）加热：轧前连铸坯进加热炉加热，钢坯出钢时炉气温度为1240℃～1260℃，通常炉气温度高于钢板实际温度10～20℃，提高加热炉温度，减少材料在硅尖晶石形成温度区间停留时间，改善钢板表面质量。

（3）轧钢：在3500炉卷轧机上采取平轧+卷轧的方式对钢坯进行轧制，轧制目标厚度为4.75mm～8mm、最大长度为221m的EH36船板钢，平轧+卷轧的总轧制道次数为11～13，其中，对于目标钢板成品的宽度大于等于3m的钢板，为了保证钢板的板形，将钢板的轧制设定为13道次，先平轧后卷轧，提高平轧道次数，减少卷轧道次数，将将原5道次平轧+6道次卷轧优化为6道次平轧+5道次卷轧；对于超3m宽的薄规格钢板，原6道次平轧+7道次卷轧优化为7道次平轧+6道次卷轧，提高平轧道次次数，可以加快轧制过程中的温度降低，特别是7～8mm钢板的轧制，提高轧制效率，减少轧制道次，减少钢坯在卷轧炉里的停留总时间，提高钢材的表面质量。

卷轧前钢坯的厚度控制在10～11mm，按照压下率先低后高再低的原则控制单道次轧制的压下率，最后一道次控制≤8%。本发明增加中间3～6道次的道次压下量，降低最后一个道次的压下量，细化组织晶粒，保证板形。高压水除鳞系统在第1、3道次投用。轧制总时间控制在5～8min。提高中间道次的压下量，图1为实施例4的6mm 钢的单道次轧制的压下率分配，其中第3、4、5平轧道次压下率介于20～30%。图2为实施例5的单道次压下率分配。

平轧末道次钢板的厚度为10～11mm，平轧开轧温度介于1000～1100℃，平轧第3～6道次的单道次压下量在20%～30%。

利用卷取炉在轧制过程中的保温作用，同时在不影响最终产品性能的情况下，适当提高加热炉温度，提高卷轧时的炉温，卷轧的开轧温度为780～900℃，其中，对于厚度大于等于4.75mm小于6mm的钢板的终轧温度控制在750～800℃，对于厚度大于等于6mm小于等于8mm的钢板的终轧温度控制在850～900℃。

具体轧制工艺参数如表2所示，

表2

（4）冷却：对于厚度大于等于6mm小于等于8mm的钢板，终冷温度控制在680～720℃，对于厚度大于等于4.75mm小于6mm的钢板，因为钢板本身温度下降较快，对钢板终冷上限温度不作要求，控制钢坯的温度下限不得低于600℃。

本发明通过上述工艺控制，所得钢板板形良好，表面光洁，无麻点麻坑现象。钢板具体性能头、中、尾强度性能差较小，具体如表3所示。从表3可以看出，按照本发明各实施例中钢材拉伸性能中的屈服强度、抗拉强度、延伸率以及屈强比达到船级社规范要求以及GB712标准中EH36要求，屈服强度介于358～405MPa，抗拉强度介于528～572MPa，延伸率优异为29.5～33.5%，屈强比≤71%。此外，-40℃低温冲击性能优异， -40℃的冲击值折合标准值＞66J。钢板表面质量良好，板形优异。

钢材的生产具有工艺稳定，工艺窗口较大，易于生产控制的优点。

在本发明的化学成分体系与工艺下，获得钢材的组织主要由先共析铁素体以及弥散分布的珠光体组织组成。典型组织如附图3所示。粒组织细小均匀，平均晶粒尺寸介于5～8μm，珠光体未连成条带状，而是沿等轴铁素体晶界处弥散分布，这种软硬组织有利于在保证钢材强度的前提下，获得良好的低温韧性，使得强韧性达到良好匹配。保证EH36在海洋工程中低温条件下的使用性能。

本发明各实施例钢材热处理前后的力学性能见表3

表3

注：薄规格钢板采取5×10×10mm冲击试样，最小平均冲击功为标准冲击功的2/3。

Claims (3)

1.一种超长薄规格EH36钢，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.05～0.09%，Mn：1.20～1.60%，Si：0.10～0.25%，Nb：0.015～0.030%，Ti: 0.010～0.020%，Al:0.020～0.040%，Ceq≤0.38，余量为Fe 及不可避免的杂质元素；

在卷炉卷轧机上制造超长薄规格EH36钢的方法，包括如下步骤

（1）150mm连铸坯轧制：冶炼钢水依次经过KR预脱硫→BOF转炉冶炼→LF精炼→RH真空脱气→连铸→堆缓冷制备连铸坯，连铸坯的厚度为150mm±10mm；

（2）加热：轧前连铸坯进加热炉加热，钢坯出钢时炉气温度为1240℃～1260℃；

（3）轧钢：在3500炉卷轧机上采取平轧+卷轧的方式对钢坯进行轧制，轧制目标厚度为4.75mm～8mm、长度最大为221m的EH36船板钢，平轧+卷轧的总轧制道次数为11～13，按照压下率先低后高再低的原则控制单道次轧制的压下率，

平轧末道次钢板厚度为10～11mm，平轧开轧温度介于1000～1100℃，平轧第3～6道次的单道次压下量在20%～30%，卷轧的末道次压下率≤8%，在平轧第1至3道次时对钢坯表面高压水除鳞；

卷轧的开轧温度为780～900℃，对于厚度大于等于4.75mm小于6mm的钢板的终轧温度设定为750～800℃，对于厚度大于等于6mm小于等于8mm的钢板的终轧温度设定为850～900℃，平轧+卷轧的轧制总时间控制在5～8min；

（4）冷却：对于厚度大于等于6mm小于等于8mm的钢板，终冷温度控制在680～720℃，对于厚度大于等于4.75mm小于6mm的钢板，对钢板终冷上限温度不作要求，控制温度下限不得低于600℃。

2.根据权利要求1所述的超长薄规格EH36钢，其特征在于：钢板的厚度为4.75mm～8mm，钢板长度最长可达221m；钢板的屈服强度介于358～405MPa，抗拉强度介于528～572MPa，延伸率为29.5～33.5%，屈强比≤71%，冲击韧性满足-40℃冲击功＞66J。

3.根据权利要求1所述的超长薄规格EH36钢，其特征在于：钢板的主要晶相组织为先共析铁素体以及弥散分布的珠光体，平均晶粒尺寸介于5～8μm。