CN105908086B - 一种低压缩比特厚低合金钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压缩比特厚低合金钢板，该钢板的厚度为150～180mm，化学成分按质量百分比计为C0.10～0.17%、Si0.15～0.45%、Mn1.18～1.40%、P≤0.010%、S≤0.003%、Ni0.10～0.20%、Nb0.010～0.040%，余量为Fe及不可避免的杂质，同时相应元素含量满足Ceq≤0.39%，1.35%≤[C]+[Mn]≤1.50%。冶炼工艺流程：氧气转炉冶炼→钢包炉精炼→真空脱气处理→370mm厚及以上板坯连铸→铸坯罩冷→铸坯加热→控制轧制→控制冷却→堆垛缓冷→探伤→性能检验。本申请钢板具有高强度、优异的低温韧性、优良的可焊性等特点，应用范围更广泛。

Description

一种低压缩比特厚低合金钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于低合金钢板冶炼技术领域，具体涉及一种特厚低合金钢板及其采用低压缩比控轧的制造方法。

背景技术

特厚板一般是指厚度≥60mm的钢板，低合金特厚钢板主要用于锅炉、海洋平台、桥梁及高层建筑等对钢材性能要求较高的大型设施和构件。随着我国能源开发、基础设施建设等的高速发展，越来越多的市场急需特厚板，特别是一些厚度≥150mm的高性能特厚钢板，为充分保证钢板的内在冶金质量和心部性能，要求坯料和钢板的压缩比≥3，国内只能采用钢锭、电渣重熔等高能耗方法生产，表现出生产能力不足，周期长、成本高，依赖进口的局面。

大型设备、构件等的安全性受到社会的普遍关注，对特厚钢板的性能指标提出了越来越高的要求，这就要求具有高强度（抗拉强度500～620MPa）、高韧性（板厚1/2处-35℃纵向冲击功KV₂≥47J）、优良的焊接性能(Ceq≤0.39%)和抗层状撕裂性能（Z_Z≥35%）。

专利（CN 102345047A）公布了一种150mm 厚Q245R特厚板，压缩比较高，但采用模铸生产，成本高、周期长，且其抗拉强度仅为440～470MPa。

专利（CN 104451375A）公布了一种160mm厚 Q235C低压缩比特厚板，采用成本较低的320mm厚连铸坯生产，压缩比为2，但其强度要求较低，只需满足370～500MPa，且厚度规格受限。

专利（CN 102009332A）公布了一种叠轧焊工艺生产特厚板的方法，压缩比高，内部质量好，但需采用两块或两块以上连铸坯焊接，工艺复杂，成本高，实用性不强，成品率低。

综上所述，现有厚度150～180mm的特厚低合金钢板采用模铸、电渣重熔、复合坯生产时，存在生产成本高、周期长、实用性不强等问题；采用连铸坯生产时，存在压缩比过低、强度不足等问题。

发明内容

本发明是针对上述现有技术中存在的不足提供一种特厚低合金钢板及其制造方法，所得钢板具有强度更高、低温韧性优良、焊接性能优良的优点，钢板制造采用低压缩比、实现了连铸控轧生产，生产成本低、生产周期短。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种低压缩比特厚低合金钢板，该钢板的厚度为150～180mm，化学成分按质量百分比计为C：0.10～0.17%、Si：0.15～0.45%、Mn：1.18～1.40%、P≤0.010%、S≤0.003%、Ni：0.10～0.20%、Nb：0.010～0.040%，余量为Fe及不可避免的杂质，同时相应元素含量满足Ceq=[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Cu]+[Ni])/15≤0.39%，1.35%≤[C]+[Mn]≤1.50%。

化学成分是影响热轧特厚钢板性能的主要因素，为保证本发明的特厚钢板获得优良的综合力学性能，对本发明的主要元素进行了规定，主要原理如下：

碳（C）：C是提高钢板强度的最有效元素。当C以间隙原子存在钢中，通过阻碍位错滑移，提高钢的强度和塑性；在钢中形成碳化物，可提高钢的强度和硬度，但同时降低了其塑性和韧性；当碳含量超过0.20%明显降低钢的低温韧性。因此本发明C含量控制在0.10～0.17%。

硅（Si）：Si可提高钢的强度，其固溶于奥氏体中使得组织得到强化。低合金钢中每增加0.1%Si，可使热轧钢的抗拉强度提高约8MPa；当Si含量超过0.8%，则引起冲击韧性和面缩率的明显下降。因此本发明Si含量控制在0.15～0.45%。

锰（Mn）：Mn是提高钢板强度的重要元素，通过在奥氏体内形成固溶体提高了钢的强度，同时也可改善钢的低温韧性，但过多的Mn易导致钢板偏析严重和产生热裂纹。因此本发明Mn含量控制在1.00～1.40%。

镍（Ni）：Ni是改善钢的低温韧性不可或缺的元素，也是最有效的元素，其与铁互溶，通过细化α相晶粒，强化铁素体和细化珠光体组织，可明显改善钢的低温韧性，降低临界转变温度，也可提高钢的强度，每增加1%的Ni可提高强度约30MPa，但Ni是贵重元素，过多的Ni会显著提高钢的生产成本。因此本发明Ni含量控制在0.10～0.20%。

铌（Nb）：Nb和C、N有极强的结合力，并与之形成相应的稳定的碳化物、氮化物或碳氮化物，可细化晶粒和阻止原奥氏体晶粒粗化，提高钢的强度和韧性，特别是低温韧性，使钢具有较好的可焊性。因此本发明Nb含量控制在0.010～0.040%。

磷（P）：磷在不要求耐候性的低合金钢中，对钢的力学性能，尤其是对特厚钢板的低温韧性是明显有害的。因此本发明P含量控制在≤0.010%。

硫（S）：S与P一样对钢的热加工性、力学性能均有害，尤其对有低温韧性要求的特厚钢板来说，其含量越低越好。本发明S含量控制在≤0.005%。

本发明的另一目的是提供上述低压缩比特厚低合金钢板的制造方法，工艺流程：氧气转炉冶炼→钢包炉精炼→真空脱气处理→370mm厚及以上板坯连铸→铸坯罩冷→铸坯加热→控制轧制→控制冷却→堆垛缓冷→探伤→性能检验；

主要工序具体如下：

（1）炼钢及连铸：铁水进入氧气转炉前保证[S]≤0.003%，转炉出钢温度控制在1600～1660℃，出钢后扒渣除磷；钢包炉精炼时间大于30分钟，添加合金成分，采用铝线脱氧，保证[O]≤20ppm，进一步深脱S；真空脱气处理时大于12分钟，结束后喂钙线处理，软吹5分钟以上；连铸时采用低拉速，进一步促进铸坯组织致密，减少中心疏松，严格控制过热度为3～10℃，进一步降低中心偏析，浇注成370mm厚及以上的铸坯，铸坯采用扣罩缓冷，使铸坯具有优良的内在质量；

（2）控制轧制及控制冷却：铸坯加热温度1100～1220℃，低于常规铸坯加热温度40～100℃，减少因加热温度过高造成奥氏体晶粒过分粗大，加热时间为380～500min，充分保证铸坯加热烧透，温度更加均匀；

初轧开轧温度1050～1100℃，初轧采用三道次，单道次压下量为30～50mm，高温大压下可进一步细化钢板心部晶粒和改善钢板心部质量，终轧温度为980～1000℃，中间坯厚度为220～250mm；精轧开轧温度为830～860℃，轧制成150～180mm厚钢板；控轧总压缩比为2～2.5；

轧后控制冷却速度为8～25℃/s，返红温度为580～680℃，堆垛缓冷至室温。

本发明在常规C-Mn成分体系基础上，严格控制杂质元素P、S含量，通过添加微量Nb、Ni元素和控轧控冷工艺进一步强化特厚钢板的铁素体，细化珠光体，从而提高钢的强度和改善其低温韧性，低的碳当量有利于改善其焊接性；通过采用先进的纯净钢冶炼技术和钢包炉+真空双精炼模式进一步降低钢水中的夹杂物、气体含量，再通过优化370mm厚铸坯连铸工艺，采用低拉速，提高铸坯组织致密性，减少中心疏松，严格控制钢水过热度，减少铸坯中心偏析等缺陷，保证了370mm厚铸坯具有优良的内在质量，再采用低温长时间加热制度、高温大压下的控制轧制技术，保证该钢在低圧缩比(2～2.5)条件下仍具有优良的内在质量和优异的机械性能。

本发明150～180mm厚特厚低合金钢性能满足屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥500～620MPa，延伸率≥24%，抗层状撕裂性能Zz≥35%，板厚1/2处-35℃纵向冲击功KV₂≥47J。特厚钢板的表层组织为贝氏体+铁素体，板厚1/4和板厚1/2处组织为铁素体+珠光体组织。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、与传统特厚钢板的生产方式相比，在设置严格且合理的冶炼、连铸 、加热、轧制、控冷等工艺条件下，本发明特厚钢板的压缩比从3以上降低到2～2.5，370mm厚铸坯轧制特厚板的厚度范围从≤120mm扩展到≤180mm，尤其适于生产160-180mm厚的钢板，钢板综合性能优良。

2、与采用钢锭、电渣重熔、复合坯等方式生产150～180mm厚的特厚钢板相比，本发明特厚钢板生产成本显著降低，生产周期明显缩短，大大提高中厚板产品竞争力。

3、本发明采用C-Mn系的低成本成分设计，辅以微量Nb、Ni元素，再通过先进的纯净钢冶炼技术、钢包炉+精炼的双精炼模式、控制轧制和控制冷却工艺，开发出150～180mm厚低压缩比特厚低合金钢，具有较强的可操作性和适用性。

4、本发明150～180mm厚低压缩比特厚低合金钢碳当量Ceq≤0.39%，性能满足屈服强度≥400MPa，抗拉强度500～620MPa，延伸率≥24%，Zz≥35%，板厚1/2处-35℃纵向冲击功KV₂≥47J，具有高强度、优异的低温韧性、优良的可焊性等特点，应用范围更广泛。

附图说明

图1为本发明实施例180mm厚钢板表层的组织示意图；

图2为本发明实施例180mm厚钢板板厚1/4处的组织示意图；

图3为本发明实施例180mm厚钢板板厚1/2处的组织示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1-3分别为低圧缩比特厚低合金钢板，其主要生产工序为150吨氧气转炉冶炼→钢包炉精炼→真空脱气处理→370mm厚板坯连铸→铸坯罩冷→铸坯加热→控制轧制→控制冷却→堆垛缓冷→探伤→性能检验。

实施例1-3和对比例的熔炼化学成分见表1：

表1 熔炼化学成分(wt%)

表1实施例1-3均满足本发明申请的化学成分要求，严格按照本发明工艺生产370mm厚铸坯，对比例按电炉工艺生产成大头直径850mm的钢锭，碳当量高，添加了较大含量的贵重合金元素Ni。

将370mm厚连铸坯加热到1150～1220℃，加热时间为380～500min；初轧开轧温度3～10℃，初轧前三道次单道次压下量为35～50mm，初轧终轧温度为980～1000℃；中间坯厚度为220～250mm；精轧开轧温度为830～860℃，轧制成150～180mm厚钢板；轧后控制冷却速度为13～22℃/s，返红温度为580～630℃，堆垛缓冷至室温，室温下对该钢板超声探伤检测，合格级别在GB/T 2970的III级以上。对比例需先将钢锭开坯轧制成中间坯，中间坯清理后再轧制成180mm厚钢板，室温下该钢板经超声探伤合格，合格级别在GB/T 2970的III级以上。

实施例1-3和对比例的轧制工艺参数见表2。

表2主要轧制工艺参数对比

实施例1-3直接采用连铸坯轧制成150-180mm厚钢板，工艺简单，操作性较强，成本较低，而对比例轧制后不进行控制冷却，但需先开坯，再轧制成材，工艺路线复杂，成本较高。

本发明钢板的机械性能见表3。

表3 钢板机械性能对比

由表3可知，本发明150～180mm特厚低合金钢板具有良好的综合性能，其屈服强度≥400MPa，抗拉强度500～620MPa，延伸率A≥24%，Zz≥35%，板厚1/2处-35℃KV₂≥47J，而对比例板厚1/2处在0℃下具有较好的冲击韧性，但在-35℃下韧性较低。

图1-3分别显示了实施例1中180mm厚钢板表层、板厚1/4、板厚1/2处的组织，板厚1/4处组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒为8-10级，晶粒更细小，不仅保证了本发明钢具有足够的强度，同时也使其具有优异的低温韧性。

本发明150～180mm厚特厚低合金钢板具有优异的强韧性匹配，可广泛应用于低温环境下建筑、桥梁、大型钢结构、容器、海洋工程结构等。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种低压缩比特厚低合金钢板，其特征在于：该钢板的厚度为150～180mm，化学成分按质量百分比计为C：0.10～0.17%、Si：0.15～0.45%、Mn：1.18～1.40%、P≤0.010%、S≤0.003%、Ni：0.10～0.20%、Nb：0.010～0.040%，余量为Fe及不可避免的杂质，同时相应元素含量满足Ceq=[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Cu]+[Ni])/15≤0.39%，1.35%≤[C]+[Mn]≤1.50%。

2.根据权利要求1所述的低压缩比特厚低合金钢板，其特征在于：该钢板的机械性能满足屈服强度≥400MPa，抗拉强度500～620MPa，延伸率≥24%，抗层状撕裂性能Zz≥35%，板厚1/2处-35℃纵向冲击功KV₂≥47J；特厚钢板的表层组织为贝氏体+铁素体，板厚1/4和板厚1/2处组织为铁素体+珠光体组织。

3.一种制造权利要求1或2所述低压缩比特厚低合金钢板的方法，其特征在于：工艺流程：氧气转炉冶炼→钢包炉精炼→真空脱气处理→370mm厚及以上板坯连铸→铸坯罩冷→铸坯加热→控制轧制→控制冷却→堆垛缓冷→探伤→性能检验；

主要工序具体如下：

（1）炼钢及连铸：铁水进入氧气转炉前保证[S]≤0.003%，转炉出钢温度控制在1600～1660℃，出钢后扒渣除磷；钢包炉精炼时间大于30分钟，添加合金成分，采用铝线脱氧，保证[O]≤20ppm，进一步深脱S；真空脱气处理时大于12分钟，结束后喂钙线处理，软吹5分钟以上；连铸时采用低拉速，严格控制过热度为3～10℃，浇注成370mm厚及以上的铸坯，铸坯采用扣罩缓冷；

（2）控制轧制及控制冷却：铸坯加热温度1100～1220℃，加热时间为380～500min；初轧开轧温度1050～1100℃，初轧采用三道次，单道次压下量为30～50mm，高温大压下可进一步细化钢板心部晶粒和改善钢板心部质量，终轧温度为980～1000℃，中间坯厚度为220～250mm；精轧开轧温度为830～860℃，轧制成150～180mm厚钢板；控轧总压缩比为2～2.5；轧后控制冷却速度为8～25℃/s，返红温度为580～680℃，堆垛缓冷至室温。