CN106947917A - 一种低合金高强度超厚钢板s420nl及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低合金高强度超厚钢板S420NL及其生产方法，所述钢板的化学成分组成及质量百分含量为：C：0.15～0.20%，Si≤0.60%，Mn：1.00%～1.60%，P≤0.020%，S≤0.010%，Ni：0.20～0.40%，Nb≤0.040%，V：0.040～0.050%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe和其它不可避免的杂质。生产方法包括炼钢、轧制、热处理工序。本发明化学成分设计合理，采用真空碳脱氧，合理的热处理工艺，使钢板具体良好的综合性能，满足用户对超厚板的高要求，应用前景广阔。强韧性匹配良好，屈服强度≥350MPa，抗拉强度540‑700MPa，‑50℃纵向冲击功≥35J。

Description

一种低合金高强度超厚钢板S420NL及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低合金高强度超厚钢板S420NL及其生产方法。
背景技术
低合金高强度超厚板广泛应用于大型海洋工程和造船业、大型桥梁、大口径石油、天燃气输送管线、大型压力容器和储罐、重型建筑结构(特别是高层、防火、耐侯、大跨度和非对称的空间结构用途)、大型水利电力、核能和机械工程。高强度宽厚板不仅要求具有高的强度等级，要求高纯净度，高的韧性和抗疲劳特性；还要求具有良好的焊接和加工性能及其它特殊性能。这些用途的宽厚板往往还单独或综合要求具有良好的低温冲击性能，抗焊接热影响和裂纹敏感特性。随着我国经济的迅猛发展，对高强度低合金板的需要也日益增加，同时需要的钢板厚度越来越厚，以往这些超厚板都是利用钢锭成材，为了降低生产成本，希望利用连铸坯来生产这些超厚板，因此设计了一种低合金高强度超厚板，通过对炼钢、轧制、热处理工艺的控轧，得到一种合金含量低，内部组织均匀，探伤合格率高，性能稳定的低合金高强度超厚板。
发明内容
本发明目的是提供一种低合金高强度超厚钢板S420NL；本发明还提供了一种低合金高强度超厚钢板S420NL的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种低合金高强度超厚钢板S420NL，所述钢板的化学成分组成及质量百分含量为：C：0.15～0.20%，Si≤0.60%，Mn：1.00%～1.60%，P≤0.020%，S≤0.010%，Ni：0.20～0.40%，Nb≤0.040%，V：0.040～0.050%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe和其它不可避免的杂质。
本发明所述钢板利用330mm断面连铸坯生产，钢板厚度为180-220mm。
本发明所述钢板探伤能力达到EN10160-1999 S2E2级别，屈服强度≥350MPa，抗拉强度540-700MPa，V型纵向-50℃冲击功≥35J，所生产的低合金高强度超厚钢板强度高，冲击韧性和高温拉伸性能良好，组织均匀，性能稳定。
本发明还提供一种低合金高强度超厚钢板S420NL的生产方法，所述方法包括炼钢、轧制、热处理工序。
本发明所述炼钢工序，将初炼炉冶炼的钢水送入VD炉进行真空碳脱氧工艺，抽真空前加入碳粉，碳脱氧完成后钢水中碳含量≥0.05%，抽真空碳脱氧时间≥5min。
本发明所述炼钢工序，将真空碳脱氧后的钢水送入LF精炼炉精炼，LF精炼过程中，白渣保持时间≥25min。
本发明所述炼钢工序，精炼完毕后，将钢水再次送入VD炉真空脱气处理，真空度≤66.7Pa，真空保持时间≥15min，真空破坏后喂入钙线2.0-2.5m/吨钢水进行钙处理，然后通过连铸机浇铸成330mm连铸坯。
本发明所述轧制工序，连铸坯在连续炉加热，温度小于600℃时，加热速度≤4℃/min；温度600-1200℃时，加热速度≤6℃/min；最高加热温度1260℃，总加热时间≥10min/mm。
本发明所述轧制工序，采用大压下轧制工艺，开轧温度≥1050℃，每道次压下量≥30mm，经过4-5道次轧制为成品钢板要求厚度；将轧制后钢板及时带温热矫直，为保证钢板平直度及正火机技术要求。
本发明所述热处理工序，钢板在正火炉中正火，正火温度为915-935℃，加热总时间1.8-2.0min/mm，经正火后的钢板组织主要为铁素体和珠光体。
本发明设计思路：
本发明通过合理的化学成分设计，在炼钢过程中通过真空碳脱氧，轧制时采用大压下量轧制技术，加上合适的热处理工艺，生产得到的连铸坯成材超厚板规格为180-220mm。本发明的交货状态为正火，采用本发明的化学成分设计、炼钢、轧制、热处理工艺生得到的低合金高强度超厚板，具有良好的内部组织均匀性和良好的冲击韧性，可广泛应用于各种大型工程上。
其中，各化学成分及含量在本发明中的作用是：
C：0.15～0.20%，碳对钢的各种性能都有明显的影响，特别是钢的强度、冲击韧性、焊接性能。碳含量过低会使钢的硬度低，强度低，也会增大冶炼控制难度，碳含量过高，又会使钢的冲击韧性降低。
Si：≤0.60%，是炼钢过程中主要的还原剂和脱氧剂，在镇静钢中都含有一定量的硅，硅能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，但是Si含量超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。
Mn：1.00～1.60%，锰的成本低廉，是良好的脱氧剂和脱硫剂，能增加钢的韧性、强度、硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰含量过高，会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
P≤0.020%，在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，降低塑性，使冷弯性能变坏，在控制成本合理的情况下，尽量降低磷含量。
S≤0.010%，硫也是钢中的有害元素，增加钢的热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时容易产生裂纹，但是硫能增加钢的易切削性能，除非有特殊要求，在经济效益下应尽量降低钢中硫的含量。
Ni：0.20～0.40%：镍能提高钢的强度，同时也能增强钢的塑性和韧性，但是金属镍属于稀缺资源，价格比较高。
Nb：≤0.040%，铌能促进钢显微组织的晶粒细化，同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶有效的细化显微组织，并通过析出强化提高钢淬透性，降低钢的过热敏感性及回火脆性，改善焊接性能。
V：0.040～0.050%，钒是钢的良好脱氧剂，在钢中可细化晶粒，提高强度和韧性，钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
Al：0.020～0.050%，铝是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
低合金高强度超厚钢板S420NL力学性能检测标准参考EN10025-3：2004。
采用上述技术方案产生的有益效果在于：1、本发明的低合金高强度超厚钢板化学成分设计合理，钢板内部组织均匀，加入的贵金属少，成本低，市场竞争力强。2、本发明采用真空碳脱氧，保证良好脱氧性能的情况下，减少因脱氧产生的内生夹杂。3、利用330mm断面连铸坯成材与钢锭成材相比提高金属收得率，大幅度降低生产成本。4、通过合理的热处理工艺，使钢板具体良好的综合性能，满足用户对超厚板的高要求，应用前景广阔。5、本发明生产钢板内部组织均匀致密，能合探伤标准EN10160的S2E2级别，且探伤合格率高。6、强韧性匹配良好，屈服强度≥350MPa，抗拉强度540-700MPa，-50℃纵向冲击功≥35J。7、本发明的钢质更纯净，杂质含量低P≤0.020%，S≤0.005%，O≤0.0012%。8、钢板可生产的最大厚度220mm。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例低合金高强度超厚钢板S420NL厚度180mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.15%，Si：0.60%，Mn：1.00%，P：0.020%，S：0.004%，Ni：0.40%，Nb：0.040%，V：0.040%，Al：0.050%，其余为Fe和其它不可避免的杂质。
本实施例低合金高强度超厚钢板S420NL的生产方法包括炼钢、轧制、热处理工序，具体步骤如下：
（1）炼钢工序：将初炼炉冶炼的钢水送入VD炉进行真空碳脱氧，抽真空前加入碳粉，碳脱氧完成后钢水中碳含量0.06%，真空碳脱氧时间5min；然后将经真空碳脱氧处理后的钢水送入LF精炼炉进行精炼，LF精炼过程中，白渣保持时间25min；精炼完毕后，将钢水再次送入VD炉真空脱气处理，真空度66.7Pa，真空保持时间15min，真空破坏后喂入钙线2.0m/吨钢水进行钙处理，然后通过330mm断面连铸机浇铸成连铸坯。
（2）轧制工序：连铸坯在连续炉加热，温度小于600℃时，加热速度3.6℃/min；温度为600-1200℃时，加热速度5.5℃/min；最高加热温度1240℃，总加热时间10min/mm；
采用大压下轧制工艺，开轧温度1050℃，前4个道次每道次压下量34mm，经过5道次轧制为成品钢板要求厚度；
将轧制后钢板及时带温热矫直，保证钢板平直度及正火机技术要求。
（3）热处理工序：钢板在正火炉中正火，正火温度为915℃，加热总时间2.0min/mm，经正火后得到所述要求的钢板，钢板组织主要为铁素体和珠光体。
钢板探伤能力达到EN10160-1999 S2E2级别，屈服强度382MPa，抗拉强度546MPa，V型纵向-50℃冲击功46J，所生产的低合金高强度超厚钢板强度高，冲击韧性和高温拉伸性能良好，组织均匀，性能稳定。
实施例2
本实施例低合金高强度超厚钢板S420NL厚度220mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.18%，Si：0.30%，Mn：1.60%，P：0.007%，S：0.003%，Ni：0.20%，Nb：0.035%，V：0.050%，Al：0.020%，其余为Fe和其它不可避免的杂质。
本实施例低合金高强度超厚钢板S420NL的生产方法包括炼钢、轧制、热处理工序，具体步骤如下：
（1）炼钢工序：将初炼炉冶炼的钢水送入VD炉进行真空碳脱氧，抽真空前加入碳粉，碳脱氧完成后钢水中碳含量0.07%，真空碳脱氧时间7min；然后将经真空碳脱氧处理后的钢水送入LF精炼炉进行精炼，LF精炼过程中，白渣保持时间35min；精炼完毕后，将钢水再次送入VD炉真空脱气处理，真空度60.0Pa，真空保持时间17min，真空破坏后喂入钙线2.5m/吨钢水进行钙处理，然后通过330mm断面连铸机浇铸成连铸坯。
（2）轧制工序：连铸坯在连续炉加热，温度小于600℃时，加热速度4℃/min；温度为600-1200℃时，加热速度6℃/min；最高加热温度1240℃，总加热时间11min/mm；
采用大压下轧制工艺，开轧温度1100℃，前3个道次每道次压下量33mm，经过4道次轧制为成品钢板要求厚度；
将轧制后钢板及时带温热矫直，保证钢板平直度及正火机技术要求。
（3）热处理工序：钢板在正火炉中正火，正火温度为935℃，加热总时间1.8min/mm，经正火后得到所述要求的钢板，钢板组织主要为铁素体和珠光体。
钢板探伤能力达到EN10160-1999 S2E2级别，屈服强度413MPa，抗拉强度700MPa，V型纵向-50℃冲击功49J，所生产的低合金高强度超厚钢板强度高，冲击韧性和高温拉伸性能良好，组织均匀，性能稳定。
实施例3
本实施例低合金高强度超厚钢板S420NL厚度200mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.18%，Si：0.40%，Mn：1.50%，P：0.010%，S：0.001%，Ni：0.30%，Nb：0.030%，V：0.045%，Al：0.036%，其余为Fe和其它不可避免的杂质。
本实施例低合金高强度超厚钢板S420NL的生产方法包括炼钢、轧制、热处理工序，具体步骤如下：
（1）炼钢工序：将初炼炉冶炼的钢水送入VD炉进行真空碳脱氧，抽真空前加入碳粉，碳脱氧完成后钢水中碳含量0.08%，真空碳脱氧时间6min；然后将经真空碳脱氧处理后的钢水送入LF精炼炉进行精炼，LF精炼过程中，白渣保持时间30min；精炼完毕后，将钢水再次送入VD炉真空脱气处理，真空度50.0Pa，真空保持时间16min，真空破坏后喂入钙线2.2m/吨钢水进行钙处理，然后通过330mm断面连铸机浇铸成连铸坯。
（2）轧制工序：连铸坯在连续炉加热，温度小于600℃时，加热速度3.5℃/min；温度为600-1200℃时，加热速度6℃/min；最高加热温度1250℃，总加热时间11min/mm；
采用大压下轧制工艺，开轧温度1050℃，前3个道次每道次压下量35mm，经过4道次轧制为成品钢板要求厚度；
将轧制后钢板及时带温热矫直，保证钢板平直度及正火机技术要求。
（3）热处理工序：钢板在正火炉中正火，正火温度为930℃，加热总时间1.9min/mm，经正火后得到所述要求的钢板，钢板组织主要为铁素体和珠光体。
钢板探伤能力达到EN10160-1999 S2E2级别，屈服强度396MPa，抗拉强度650MPa，V型纵向-50℃冲击功53J，所生产的低合金高强度超厚钢板强度高，冲击韧性和高温拉伸性能良好，组织均匀，性能稳定。
实施例4
本实施例低合金高强度超厚钢板S420NL厚度210mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.20%，Si：0.35%，Mn：1.20%，P：0.015%，S：0.010%，Ni：0.36%，Nb：0.030%，V：0.043%，Al：0.025%，其余为Fe和其它不可避免的杂质
本实施例低合金高强度超厚钢板S420NL的生产方法包括炼钢、轧制、热处理工序，具体步骤如下：
（1）炼钢工序：将初炼炉冶炼的钢水送入VD炉进行真空碳脱氧，抽真空前加入碳粉，碳脱氧完成后钢水中碳含量0.05%，真空碳脱氧时间8min；然后将经真空碳脱氧处理后的钢水送入LF精炼炉进行精炼，LF精炼过程中，白渣保持时间27min；精炼完毕后，将钢水再次送入VD炉真空脱气处理，真空度62Pa，真空保持时间20min，真空破坏后喂入钙线2.4m/吨钢水进行钙处理，然后通过330mm断面连铸机浇铸成连铸坯。
（2）轧制工序：连铸坯在连续炉加热，温度小于600℃时，加热速度3.0℃/min；温度为600-1200℃时，加热速度5.0℃/min；最高加热温度1260℃，总加热时间13min/mm；
采用大压下轧制工艺，开轧温度1080℃，前3个道次每道次压下量30mm，经过4道次轧制为成品钢板要求厚度；
将轧制后钢板及时带温热矫直，保证钢板平直度及正火机技术要求。
（3）热处理工序：钢板在正火炉中正火，正火温度为920℃，加热总时间1.9min/mm，经正火后得到所述要求的钢板，钢板组织主要为铁素体和珠光体。
钢板探伤能力达到EN10160-1999 S2E2级别，屈服强度350MPa，抗拉强度580MPa，V型纵向-50℃冲击功35J，所生产的低合金高强度超厚钢板强度高，冲击韧性和高温拉伸性能良好，组织均匀，性能稳定。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种低合金高强度超厚钢板S420NL，其特征在于，所述钢板的化学成分组成及质量百分含量为：C：0.15～0.20%，Si≤0.60%，Mn：1.00%～1.60%，P≤0.020%，S≤0.010%，Ni：0.20～0.40%，Nb≤0.040%，V：0.040～0.050%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe和其它不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种低合金高强度超厚钢板S420NL，其特征在于，所述钢板利用330mm断面连铸坯生产，钢板厚度为180-220mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种低合金高强度超厚钢板S420NL，其特征在于，所述钢板探伤能力达到EN10160-1999 S2E2级别，屈服强度≥350MPa，抗拉强度540-700MPa，V型纵向-50℃冲击功≥35J。
4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种低合金高强度超厚钢板S420NL的生产方法，其特征在于，所述方法包括炼钢、轧制、热处理工序。
5.根据权利要求4所述的一种低合金高强度超厚钢板S420NL的生产方法，其特征在于，所述炼钢工序，将初炼炉冶炼的钢水送入VD炉进行真空碳脱氧工艺，抽真空前加入碳粉，碳脱氧完成后钢水中碳含量≥0.05%，抽真空碳脱氧时间≥5min。
6.根据权利要求4所述的一种低合金高强度超厚钢板S420NL的生产方法，其特征在于，所述炼钢工序，将真空碳脱氧后的钢水送入LF精炼炉精炼，LF精炼过程中，白渣保持时间≥25min。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的一种低合金高强度超厚钢板S420NL的生产方法，其特征在于，所述炼钢工序，精炼完毕后，将钢水再次送入VD炉真空脱气处理，真空度≤66.7Pa，真空保持时间≥15min，真空破坏后喂入钙线2.0-2.5m/吨钢水进行钙处理，然后通过连铸机浇铸成330mm连铸坯。
8.根据权利要求4-6任意一项所述的一种低合金高强度超厚钢板S420NL的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，连铸坯在连续炉加热，温度小于600℃时，加热速度≤4℃/min；温度600-1200℃时，加热速度≤6℃/min；最高加热温度1260℃，总加热时间≥10min/mm。
9.根据权利要求4-6任意一项所述的一种低合金高强度超厚钢板S420NL的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，采用大压下轧制工艺，开轧温度≥1050℃，每道次压下量≥30mm，经过4-5道次轧制为成品钢板要求厚度。
10.根据权利要求4-6任意一项所述的一种低合金高强度超厚钢板S420NL的生产方法，其特征在于，所述热处理工序，钢板在正火炉中正火，正火温度为915-935℃，加热总时间1.8-2.0min/mm。
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