CN107502705A - 一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法 - Google Patents

一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法，所述方法包括冶炼、模铸浇铸、轧制、热处理工序；所述冶炼工序，包括LF精炼，使钢水中P含量≤0.005%，S含量≤0.001%；所述轧制工序，采用热机械轧制的方法；所述热处理工序，采用正火处理工艺。本发明通过创新的冶炼技术、钢锭凝固控制技术、钢锭轧制技术、热处理技术等工艺方法，有效解决现有超厚钢板在厚度方向上性能差异的问题，保证了超厚钢板在厚度方向上不同位置的化学成分、力学性能呈现出微梯度变化，稳定了钢板各处性能，使超厚钢板在厚度方向上得到强度、塑性、韧性的最佳匹配。

Description

一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法。
背景技术
特厚钢板是高端装备制造业所需的关键材料、特别随着装备大型化、高端化，国内外高质量专用钢板需求与日俱增，而高质量特厚钢板的重要体现就是钢板厚度不同位置的性能差异小。但是，我国超厚钢板整体生产技术水平还比较低，大单重、特厚钢板仅有舞钢等极少数企业能够生产，其中150mm以上钢板仍需大量进口，这主要是由于目前特厚钢板在冶炼、轧制、热处理等关键工序受设备能力、技术人员水平等因素限制，因此特厚钢板厚度方向性能均匀性控制仍难以达到理想水平。
控制超厚板厚度方向上性能差异的工艺是指：通过合理的精炼优化技术、钢锭凝固控制技术、钢锭均匀化加热技术以及超厚板特有的轧制、热处理技术等，在厚度不同方向上钢板的化学成分、力学性能呈现出微梯度变化。目前市场对特厚钢板厚度方向性能均匀性要求越来越高，大多订单要求板厚中心位置性能也需满足标准要求，因此通过深入的理论研究及生产实践，研究提高特厚钢板厚度方向性能均匀性控制意义重大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法，通过创新的冶炼技术、钢锭凝固控制技术、钢锭轧制技术、热处理技术等工艺方法，有效解决现有超厚钢板在厚度方向上性能差异的问题，保证了超厚钢板在厚度方向上不同位置的化学成分、力学性能呈现出微梯度变化，稳定了钢板各处性能，达到了同行业领先水平，可批量生产的能力。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法，所述方法包括冶炼、模铸浇铸、轧制、热处理工序；所述冶炼工序，包括LF精炼，使钢水中P含量≤0.005%，S含量≤0.001%；所述轧制工序，采用热机械轧制的方法；所述热处理工序，采用正火处理工艺。
本发明所述冶炼工序，LF精炼，优化LF精炼渣系，加入脱硫剂合成渣，用量为1-1.5kg/t钢，碱度控制在4.0-5.5之间，使P含量≤0.005%，S含量≤0.001%。
本发明所述冶炼工序，VD真空处理，真空度必须达到67Pa以下，真空处理时间为40-50min，真空后加入含Mg的Ca-Si芯线为1.5-2.5kg/t钢，使非金属夹杂物等级≤1.0级，并且N≤60ppm，O≤10ppm，H≤1.5ppm。
本发明所述模铸浇铸工序，采用高温慢铸，钢水过热度控制在35-45℃，钢锭锭身的浇注速度为4-8t/min，帽口浇注时间占总浇注时间的30-45%。
本发明所述轧制工序，采用热机械轧制的方法，开轧温度≥1050℃，前三道次压下量均控制在15-20%，且前三道次轧制温度均≥900℃，轧机辊速为0.3-0.6m/s。
本发明所述热处理工序，采用正火处理，正火温度为900-920℃，总保温时间为3.0-4.0min/mm×H+（30-50min），H为成品钢板厚度，单位为mm。
本发明所述合成渣主要是CaO-Al2O3碱性渣系，成分为：CaO：50-55%、Al2O3：40-45%、SiO2：0-5%、FeO：0-1%。
本发明所述含Mg的Ca-Si芯线，组分为：Ca：30-35%，Si：50-60%，Mg：0-7%，CaC2：10-20%。
本发明所述方法生产的钢板在厚度方向上不同位置的强度波动≤30MPa，冲击功值波动≤40J。
本发明所述方法生产的钢板厚度为150-500mm。
本发明控制超厚板在厚度方向上性能差异的检测非金属夹杂物等级的方法参考GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过钢水二次脱P和超低S的控制，使钢水具有非常高的纯净度，保证钢板内部质地均匀，组织致密无缺陷，使钢板达到内外一致的性能。2、本发明钢液钙处理后夹杂物等级≤1.0级，且夹杂物外形呈球状，细微、弥散分布的夹杂物不仅不会对钢板造成不利影响，反而有利于形核和钉扎晶界，起到细化组织和强化机体的有利作用。3、本发明高温慢铸的模铸浇铸工艺，使钢液在凝固熔体中建立起沿特定方向的温度梯度，从而使熔体在气壁上形核后沿着与热流相反的方向，按结晶取向进行凝固，消除了结晶过程中生成的横向晶界，从而提高材料的力学性能。4、本发明高温大压下量轧制，在高温区结合大的压下量，变形程度大、应力状态强，有利于枝晶偏析、细化原始奥氏体晶粒，使钢板厚度方向组织性能趋于均匀。5、本发明延长正火保温时间，晶粒进一步细化，在钢板强度稍有下降或基本不变的情况下，可大大提高钢板的冲击韧性，得到强度、塑性、韧性的最佳匹配。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
控制厚度为150mm的P295GH钢板在厚度方向上性能差异的生产方法包括冶炼、模铸浇铸、轧制、热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：经转炉出钢的钢水进入LF精炼，加入1kg/t钢的脱硫剂合成渣，碱度控制在4.0，P含量为0.004%，S含量为0.001%；然后进行VD真空处理，真空度为67Pa，真空处理时间为45min，破坏真空后加入1.5kg/t钢含Mg的Ca-Si芯线，N：55ppm，O：10ppm，H：1.5ppm；
合成渣主要是CaO-Al2O3碱性渣系，成分为：CaO：50%、Al2O3：45%、SiO2：5%；含Mg的Ca-Si芯线，组分为：Ca：30%，Si：50%，Mg：5%，CaC2：15%；
（2）模铸浇铸工序：模铸浇铸时钢包中钢水过热度35℃，钢锭锭身的浇注速度为5t/min，帽口浇注时间占总浇注时间的42%；
（3）轧制工序：采用热机械轧制，开轧温度为1067℃，前三道次压下量均控制在17%，且前三道次轧制温度分别为934℃、921℃、900℃，轧机辊速为0.5m/s；
（4）热处理工序：正火温度为900℃，总保温时间为480min。
本实例所得钢板在厚度方向上不同位置的非金属夹杂物结果见表1，力学性能见表2。
实施例2
控制厚度为250mm的S355NL钢板在厚度方向上性能差异的生产方法包括冶炼、模铸浇铸、轧制、热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：经转炉出钢的钢水进入LF精炼，加入1.5kg/t钢的脱硫剂合成渣，碱度控制在5.0，P含量为0.005%，S含量为0.001%；然后进行VD真空处理，真空度62Pa，真空处理时间为50min，破坏真空后加入1.8kg/t钢含Mg的Ca-Si芯线，N：40ppm，O：8ppm，H：0.5ppm；
合成渣主要是CaO-Al2O3碱性渣系，成分为：CaO：55%、Al2O3：40%、SiO2：4%、FeO：1%；含Mg的Ca-Si芯线，组分为：Ca：35%，Si：55%，CaC2：10%；
（2）模铸浇铸工序：模铸浇铸时钢包中钢水过热度40℃，钢锭锭身的浇注速度为4t/min，帽口浇注时间占总浇注时间的37%；
（3）轧制工序：采用热机械轧制，开轧温度为1050℃，前三道次压下量均控制在18%，且前三道次轧制温度分别为966℃、971℃、965℃，轧机辊速为0.6m/s；
（4）热处理工序：正火温度为910℃，总保温时间为790min。
本实例所得钢板在厚度方向上不同位置的非金属夹杂物结果见表1，力学性能见表2。
实施例3
控制厚度为300mm的S355J2+N钢板在厚度方向上性能差异的生产方法包括冶炼、模铸浇铸、轧制、热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：经转炉出钢的钢水进入LF精炼，加入1.4kg/t钢的脱硫剂合成渣，碱度控制在5.0，P含量为0.004%，S含量为0.001%；然后进行VD真空处理，真空度60Pa，真空处理时间为40min，破坏真空后加入2.5kg/t钢含Mg的Ca-Si芯线，N：60ppm，O：10ppm，H：1.0ppm；
合成渣主要是CaO-Al2O3碱性渣系，成分为：CaO：54.5%、Al2O3：44.5%、FeO：1%；含Mg的Ca-Si芯线，组分为：Ca：30%，Si：50%，CaC2：20%；
（2）模铸浇铸工序：模铸浇铸时钢包中钢水过热度45℃，钢锭锭身的浇注速度为8t/min，帽口浇注时间占总浇注时间的30%；
（3）轧制工序：采用热机械轧制，开轧温度为1080℃，前三道次压下量均控制在16%，且前三道次轧制温度分别为978℃、971℃、968℃，轧机辊速为0.4m/s；
（4）热处理工序：正火温度为910℃，总保温时间为950min。
本实例所得钢板在厚度方向上不同位置的非金属夹杂物结果见表1，力学性能见表2。
实施例4
控制厚度为420mm的Q345D钢板在厚度方向上性能差异的生产方法包括冶炼、模铸浇铸、轧制、热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：经转炉出钢的钢水进入LF精炼，加入1.2kg/t钢的脱硫剂合成渣，碱度控制在5.5，P含量为0.003%，S含量为0.001%；然后进行VD真空处理，真空度50Pa，真空处理时间为48min，破坏真空后加入2.0kg/t钢含Mg的Ca-Si芯线，N：60ppm，O：9ppm，H：1.0ppm；
合成渣主要是CaO-Al2O3碱性渣系，成分为：CaO：52%、Al2O3：44%、SiO2：3%、FeO：1%；含Mg的Ca-Si芯线，组分为：Ca：30%，Si：60%，CaC2：10%；
（2）模铸浇铸工序：模铸浇铸时钢包中钢水过热度38℃，钢锭锭身的浇注速度为6t/min，帽口浇注时间占总浇注时间的45%；
（3）轧制工序：采用热机械轧制，开轧温度为1060℃，前三道次压下量均控制在20%，且前三道次轧制温度分别为968℃、958℃、950℃，轧机辊速为0.3m/s；
（4）热处理工序：正火温度为920℃，总保温时间为1710min。
本实例所得钢板在厚度方向上不同位置的非金属夹杂物结果见表1，力学性能见表2。
实施例5
控制厚度为500mm的S355J2+N钢板在厚度方向上性能差异的生产方法包括冶炼、模铸浇铸、轧制、热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：经转炉出钢的钢水进入LF精炼，加入1.5kg/t钢的脱硫剂合成渣，碱度控制在5.0，P含量为0.005%，S含量为0.001%；然后进行VD真空处理，真空度55Pa，真空处理时间为42min，破坏真空后加入1.5kg/t钢含Mg的Ca-Si芯线，N：50ppm，O：10ppm，H：1.5ppm；
合成渣主要是CaO-Al2O3碱性渣系，成分为：CaO：52%、Al2O3：43%、SiO2：4.5%、FeO：0.5%；含Mg的Ca-Si芯线，组分为：Ca：32%，Si：51%，Mg：7%，CaC2：10%；
（2）模铸浇铸工序：模铸浇铸时钢包中钢水过热度42℃，钢锭锭身的浇注速度为7t/min，帽口浇注时间占总浇注时间的41%；
（3）轧制工序：采用热机械轧制，开轧温度为1055℃，前三道次压下量均控制在15%，且前三道次轧制温度分别为987℃、980℃、976℃，轧机辊速为0.4m/s；
（4）热处理工序：正火温度为920℃，总保温时间为2050min。
本实例所得钢板在厚度方向上不同位置的非金属夹杂物结果见表1，力学性能见表2。
表1 实施例1-5产品的非金属夹杂物结果
表2 实施例1-5产品的力学性能结果
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)

1.一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法，其特征在于，所述方法包括冶炼、模铸浇铸、轧制、热处理工序；所述冶炼工序，包括LF精炼，使钢水中P含量≤0.005%，S含量≤0.001%；所述轧制工序，采用热机械轧制的方法；所述热处理工序，采用正火处理工艺。
2.根据权利要求1所述的一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法，其特征在于，所述冶炼工序，LF精炼，优化LF精炼渣系，加入脱硫剂合成渣，用量为1-1.5kg/t钢，碱度控制在4.0-5.5之间，使P含量≤0.005%，S含量≤0.001%。
3.根据权利要求1所述的一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法，其特征在于，所述冶炼工序，VD真空处理，真空度必须达到67Pa以下，真空处理时间为40-50min，真空后加入含Mg的Ca-Si芯线为1.5-2.5kg/t钢，使非金属夹杂物等级≤1.0级，并且N≤60ppm，O≤10ppm，H≤1.5ppm。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法，其特征在于，所述模铸浇铸工序，采用高温慢铸，钢水过热度控制在35-45℃，钢锭锭身的浇注速度为4-8t/min，帽口浇注时间占总浇注时间的30-45%。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，采用热机械轧制的方法，开轧温度≥1050℃，前三道次压下量均控制在15-20%，且前三道次轧制温度均≥900℃，轧机辊速为0.3-0.6m/s。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法，其特征在于，所述热处理工序，采用正火处理，正火温度为900-920℃，总保温时间为3.0-4.0min/mm×H+（30-50min），H为成品钢板厚度，单位为mm。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法，其特征在于，所述合成渣主要是CaO-Al2O3碱性渣系，成分为：CaO：50-55%、Al2O3：40-45%、SiO2：0-5%、FeO：0-1%。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法，其特征在于，所述含Mg的Ca-Si芯线，组分为：Ca：30-35%，Si：50-60%，Mg：0-7%，CaC2：10-20%。
9.根据权利要求1-3任意一项所述的一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法，其特征在于，所述方法生产的钢板在厚度方向上不同位置的强度波动≤30MPa，冲击功值波动≤40J。
10.根据权利要求1-3任意一项所述的一种控制超厚板在厚度方向上性能差异的生产方法，其特征在于，所述方法生产的钢板厚度为150-500mm。
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