CN107475634A - 低成本fh460级船舶及海洋工程结构钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢，钢中各元素的质量百分比为：C0.04～0.08，Mn1.30～1.70，Nb0.040～0.065，Ti0.010～0.030，Cr0.15～0.30，Als≥0.015，其它为Fe和不可避免的杂质。采用控轧方式轧制，开轧温度930～1050℃；一阶段终轧温度＞950℃；二阶段开轧温度≤920℃，二阶段开轧时待温厚度为钢板成品厚度的2.5倍以上，精轧累计压下率≥60%，终轧温度790～860℃；采用DQ+ACC控制冷却，钢板开冷温度780～810℃，终冷温度200～400℃，冷却时间在30s以下。本发明可实现低成本生产满足国标的船舶及海洋工程结构钢。

Description

低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种高强度钢板及其生产方法，特别涉及一种低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢及其生产方法。
背景技术
船舶及海洋工程装备主要指用于海洋资源勘探、开采、加工、储运、管理及后勤服务等方面的大型工程装备。钢材是船舶及海洋工程装备的主要原材料，占据船体及海洋工程建造成本的20%～30%，其中船体建造耗用钢材量约占全船重量的60%左右，单是板材即占88%左右；降低钢材成本可极大降低中国船舶及海洋工程装配行业的成本。因此，低成本、高强度、高韧性、易焊接性及大厚度是船舶及海洋工程用钢的发展方向。
为确保船舶及海洋工程装备能够适应海洋环境，目前低温高韧性要求E、F级钢板普遍采用添加Ni来减少不利于低温韧性的硬化显微组元，保证低温韧性；通过Cu的析出强化作用，保证400MPa以上强度钢板的强度。中国专利（公开号CN 101705439A）公开了一种低温高韧性F460级超高强度造船用钢板及其制造方法，具体公开了18～60mm厚度F460级钢板的的制造方法，通过添加0.15～0.40%的Cu和0.15～0.40%的Ni，保证钢板力学性能。但该生产方法由于添加了Ni元素，一方面合金成本高，吨钢合金成本增加近千元，此外，Cu的添加会增加铸坯表面裂纹风险，Ni的添加也会造成钢水粘度增加，不利于浇注过程；且浇注温度要求高，会降低连铸设备使用寿命，还会造成铸坯晶粒尺寸粗大，不利于后序TMCP晶粒细化。
大量研究表明，连续冷却工艺下得到的低碳贝氏体是多相混合组织，包含多边形铁素体、粒状贝氏体、板条贝氏体、马氏体/奥氏体岛等，组织和板条束多为大角度位向夹角，当裂纹扩展时能改变裂纹方向，阻止裂纹扩展，具有较好的韧性。
发明内容
本发明提供了一种低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢及其生产方法，不添加Cu和Ni元素，通过降低浇注温度并采用低温加热，细化铸坯晶粒；通过在线调整FH460的轧制工艺和冷却速度，得到细密低碳贝氏体，在保证钢板强度及低温韧性满足标准要求的同时，大幅降低钢板生产成本。
本发明的技术方案为：
一种低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢，钢中各元素的质量百分含量分别为：C：0.04～0.08，Mn：1.30～1.70，Nb：0.040～0.065，Ti：0.010～0.030，Cr：0.15～0.30，Als≥0.015，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
上述的低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢，钢中各元素的质量百分含量优选为：C：0.05～0.07，Mn：1.40～1.60，Nb：0.040～0.055，Ti：0.010～0.025，Cr：0.20～0.30，Als≥0.015，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
一种低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢的生产方法，包括铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、控制轧制和控制冷却工序；所述连铸坯中各元素的质量百分含量分别为：C：0.04～0.08，Mn：1.30～1.70，Nb：0.040～0.065，Ti：0.010～0.030，Cr：0.15～0.30，Als≥0.015，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
上述的一种低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢的生产方法，所述连铸工序中，板坯在加热炉内的加热时间为4～5h，加热终了时刻的表面温度控制在1080～1170℃范围内；
所述控制轧制工序采用控轧方式轧制，开轧温度为930～1050℃；一阶段终轧温度＞950℃；二阶段开轧温度≤920℃，二阶段开轧时的待温厚度为钢板成品厚度的2.5倍以上，精轧累计压下率≥60%，终轧温度控制在790～860℃范围内；
所述控制冷却工序采用DQ+ACC冷却方式控制冷却，钢板的开冷温度为780～810℃，终冷温度为200～400℃，冷却时间在30s以下。
上述的一种低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢的生产方法，所述转炉冶炼工序中控制钢中的O含量在600ppm以下，控制出钢下渣量在钢水量的0.01%以下，确保钢水的洁净度；
所述LF精炼工序中精炼时间控制在35min以上，精炼结束前10～15min加入铌铁和钛铁合金进行微合金化，有效控制钢中夹杂物级别总和不超过1.5级；
所述连铸工序中钢水过热温度控制在10～35℃范围内，拉速全程控制在0.8～1.0m/min范围内；铸坯下线堆垛缓冷处理。
本发明为确保钢板力学性能满足GB712-2011的要求，采用了控制轧制(CR) 和DQ+ACC（超快冷+加速冷却）冷却的工艺流程，各工艺流程的参数设定范围主要是在参照相关冶金原理的基础上，通过现场试验得到的：
a.将板坯经加热炉加热之后的表面温度控制在1080～1170℃之间可以降低加热过程中氧化铁皮的产生，便于除鳞箱除鳞；而且在此温度范围内，原始奥氏体晶粒尺寸不会急剧长大，便于细化晶粒；
b、第一阶段轧制温度控制在950℃以上是为了保证钢板的变形在奥氏体再结晶温区进行，通过反复的再结晶细化晶粒；将二阶段的开轧温度定在920℃以下是为了保证其变形是在未再结晶温区内进行，从而避开部分再结晶温区，减少混晶现象；控制钢板二阶段轧制时的厚度为成品厚度的2.5倍以上，便可以获得累积压下率≥60%，以此是为了获得足够的相变形核点（位错）和驱动力（变形能）；终轧温度控制在790～860℃可以保证钢板在较低的温度下进行变形，减少高温阶段发生的回复等降低位错密度的现象；而且在此终轧温度条件下钢板进入（DQ+ACC）设备进行控制冷却时的温度可以控制在780℃～810℃（大约为此钢的Ar3点+15℃附近），此时钢板的组织主要仍为奥氏体，从而为确保FH460生成细密的贝氏体组织；
c、实际生产说明钢板出ACC时的终冷温度控制在200～400℃附近。此时，钢板内部过冷奥氏体组织转化为细密贝氏体组织。
本发明的有益效果为：
本发明通过合理的成分设计，避免了贵重合金Cu和Ni的添加，在保证强度的前提下，采用纯净钢水、优化控温轧制及（DQ+ACC）控制冷却工艺，通过降低浇注温度并采用低温加热，细化铸坯晶粒；通过在线调整FH460的轧制工艺和冷却速度，得到细密低碳贝氏体，得到理想的贝氏体组织，且晶粒均匀细小，力学性能满足GB 712-2011的要求，在同类企业中具有较强的成本竞争优势。
附图说明
图1为实施例1所生产的FH460的500×显微组织图；
图2为实施例2所生产的FH460的500×显微组织图；
图3为实施例3所生产的FH460的500×显微组织图；
图4为实施例4所生产的FH460的500×显微组织图；
图5为实施例5所生产的FH460的500×显微组织图；
图6为实施例6所生产的FH460的500×显微组织图；
图7为实施例7所生产的FH460的500×显微组织图；
图8为实施例8所生产的FH460的500×显微组织图；
图9为实施例9所生产的FH460的500×显微组织图；
图10为实施例10所生产的FH460的500×显微组织图。
具体实施方式
本发明一种低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢，钢中各元素的质量百分含量分别为：C：0.04～0.08，优选为：0.05～0.07；Mn：1.30～1.70，优选为：1.40～1.60；Nb：0.040～0.065，优选为0.040～0.055；Ti：0.010～0.030，优选为：0.010～0.025；Cr：0.15～0.30，优选为：0.20～0.30；Als≥0.015，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
一种低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢的生产方法，包括铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、控制轧制和控制冷却工序；转炉冶炼工序中控制钢中的O含量在600ppm以下，控制出钢下渣量在钢水量的0.01%以下，确保钢水的洁净度； LF精炼工序中精炼时间控制在35min以上，精炼结束前10～15min加入铌铁和钛铁合金进行微合金化，有效控制钢中夹杂物级别总和不超过1.5级；连铸工序中钢水过热温度控制在10～35℃范围内，拉速全程控制在0.8～1.0m/min范围内；铸坯下线堆垛缓冷处理；板坯在加热炉内的加热时间为4～5h，加热终了时刻的表面温度控制在1080～1170℃范围内；轧制工序采用CR方式轧制，开轧温度为930～1050℃；一阶段终轧温度＞950℃；二阶段开轧温度≤920℃，二阶段开轧时的待温厚度为钢板成品厚度的2.5倍以上，精轧累计压下率≥60%，终轧温度控制在790～860℃范围内；控制冷却工序采用（DQ+ACC）冷却方式控制冷却，钢板的开冷温度为780～810℃，终冷温度为200～400℃，冷却时间在30s以下。
以下通过具体实施例1～10对本发明做进一步说明：
实施例1～10选用260mm大断面连铸坯以保证压缩比，生产厚度规格为25～50mm的FH460成品钢，在炼钢生产过程LF精炼工序中精炼时间控制在35min以上，全程微正压操作防止钢水吸氮；采用石灰、铝线、铝粒等造白渣脱硫，快速成渣，脱硫过程合理控制气量，严禁采用大气量搅拌；采用锰铁、硅铁、铝线、钛铁进行成分调整，在LF后期成白渣脱硫后进行Als调整，精炼结束前10～15min加铌铁和钛铁进行微合金化，成分调整完成后取样前软吹时间不低于3min；出站S≤0.010wt%以下，Ca≥25ppm，有效控制钢种夹杂物级别总和不超过1.5级；连铸工序中浇注过程全程保护性浇铸，使用二冷区电磁搅拌和动态轻压下，钢水过热温度稳定控制在10～35℃范围内，拉速全程控制在0.8～1.0m/min范围内；铸坯下线堆垛缓冷，冷却时间大于24h。
根据上述方法试验的厚度规格为25mm的FH460成品钢，化学成分质量百分含量（wt%）如表1所示，轧制及冷却工艺如表2所示，力学性能检测结果如表3所示：
表1 各实施例的化学成分( wt%，余量为Fe)
表2 各实施例的控轧+（DQ+ACC）工序参数
表3 各实施例的力学性能
实施例1～10表明，所生产的FH460级钢板力学性能完全满足国标GB 712-2011的要求；图1～图10可以看出，各实施例钢板的显微组织均为细密低碳贝氏体组织。

Claims (5)

1.一种低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢，其特征在于：钢中各元素的质量百分含量分别为：C：0.04～0.08，Mn：1.30～1.70，Nb：0.040～0.065，Ti：0.010～0.030，Cr：0.15～0.30，Als≥0.015，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
2.如权利要求1所述的低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢，其特征在于：钢中各元素的质量百分含量优选为：C：0.05～0.07，Mn：1.40～1.60，Nb：0.040～0.055，Ti：0.010～0.025，Cr：0.20～0.30，Als≥0.015，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
3.一种低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢的生产方法，包括铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、控制轧制和控制冷却工序；其特征在于：连铸坯中各元素的质量百分含量分别为：C：0.04～0.08，Mn：1.30～1.70，Nb：0.040～0.065，Ti：0.010～0.030，Cr：0.15～0.30，Als≥0.015，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。
4.如权利要求3所述的一种低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢的生产方法，其特征在于：所述连铸工序中，板坯在加热炉内的加热时间为4～5h，加热终了时刻的表面温度控制在1080～1170℃范围内；
所述控制轧制工序采用控轧方式轧制，开轧温度为930～1050℃；一阶段终轧温度＞950℃；二阶段开轧温度≤920℃，二阶段开轧时的待温厚度为钢板成品厚度的2.5倍以上，精轧累计压下率≥60%，终轧温度控制在790～860℃范围内；
所述控制冷却工序采用DQ+ACC冷却方式控制冷却，钢板的开冷温度为780～810℃，终冷温度为200～400℃，冷却时间在30s以下。
5.如权利要求4所述的一种低成本FH460级船舶及海洋工程结构钢的生产方法，其特征在于：所述转炉冶炼工序中控制钢中的O含量在600ppm以下，控制出钢下渣量在钢水量的0.01%以下，确保钢水的洁净度；
所述LF精炼工序中精炼时间控制在35min以上，精炼结束前10～15min加入铌铁和钛铁合金进行微合金化，有效控制钢中夹杂物级别总和不超过1.5级；
所述连铸工序中钢水过热温度控制在10～35℃范围内，拉速全程控制在0.8～1.0m/min范围内；铸坯下线堆垛缓冷处理。
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