CN107974638B

CN107974638B - 一种连铸坯制造的厚度达180mm齿条钢板的制造方法

Info

Publication number: CN107974638B
Application number: CN201710990307.4A
Authority: CN
Inventors: 苗丕峰; 刘观猷; 陈亮; 吴小林; 顾亚东; 李经涛; 高助忠
Original assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2037-10-23
Also published as: CN107974638A

Abstract

本发明涉及一种厚度达180mm齿条钢板的制造方法，采用连铸坯作为坯料来制造，厚度达180mm。制造流程为KR铁水预处理–转炉冶炼–LF精炼–RH精炼–直弧形连铸机连铸–连铸坯加罩缓冷–连铸坯清理–加热–控轧–矫直–缓冷–调质。本发明制造的齿条钢板具有厚度大、强度高、塑性好和低温韧性优良的特点，尤其通过对轧制工艺的优化，充分改善了大厚度齿条钢的心部质量，消除组织缺陷，同时具有工艺简单、成本低廉、高效快速等优点。

Description

一种连铸坯制造的厚度达180mm齿条钢板的制造方法

技术领域

本发明涉及特殊钢中的齿条钢钢板的冶炼，尤其涉及一种厚度达180mm的齿条钢的连铸制造工艺。

背景技术

自升式海洋平台用齿条钢板要求强度高、塑性好、韧性高、厚度大，且沿钢板厚度方向上性能均匀，例如自升式海洋平台用177.8mm厚齿条钢板要求：屈服强度≥690MPa，抗拉强度在770～940MPa的范围，延伸率≥14％，且在低温下(通常，在钢板的1/4厚度处为-40℃，在钢板的芯部，即1/2厚度处为-30℃)的夏比冲击功均≥69J。为此，业界一直致力于发展满足这一要求的大厚度齿条钢板，并已开发出用模铸钢锭来制造大厚度齿条钢板及其制造方法。如，专利公开号为CN102345045A的发明专利披露了一种用模铸钢锭来制造厚度为120～150mm的海洋平台用齿条钢板及其制造方法，专利号为ZL201310697653.5的发明披露了厚度达180mm的F级特厚齿条钢板及其制造方法。但是，用模铸钢锭制造齿条钢板不仅生产工艺复杂、生产周期长，而且成材率也低，制造成本高。为此，专利号为ZL201310423501.6和ZL201310697652.0的发明披露了一种直接用连铸坯生产厚度达152.4mm的大厚度齿条钢板及其制造方法，解决了这一厚度范围内齿条钢板用连铸坯制造的技术问题，使得工艺简化，生产周期缩短，成材率显著增加，制造成本显著降低。尽管如此，这一用连铸坯制造齿条钢板的发明仅适用于厚度小于等于152.4mm的齿条钢板制造，不能用于厚度达180mm的特厚度齿条钢板的制造，以致于目前国内外对这一更大厚度范围的齿条钢板仍然采用模铸钢锭来制造。然而，由于海洋平台制造的大型化趋势，特厚齿条钢板的需求量越来越大，发明一种能够用连铸坯来制造厚度达180mm齿条钢板的技术也就成为国内外钢铁业和海工装备制造业的一项急需进行的工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种采用连铸坯作为坯料来制造具有高强度、良好塑性和低温韧性优良的厚度达180mm的齿条钢板制造技术。该齿条钢板采用连铸坯制造的生产工艺，具有工艺简单、成本低廉、高效快速等优点。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种连铸坯制造的厚度达180mm齿条钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为，C：0.11～0.15％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.95～1.25％，P：≤0.010％，S：≤0.002％，Cr：0.45～0.75％，Mo：0.4～0.6％，Ni：1.3～2.6％，Cu：0.2～0.4％，Al：0.06～0.09％，V：0.03～0.06％，Nb：≤0.04％，N：≤0.006％，B：0.001～0.002％，余量为铁及不可避免的杂质元素。

进一步地，该齿条钢板的厚度为153～180mm，采用连铸坯制造。

本发明齿条钢板的机械性能满足：屈服强度≥690MPa，抗拉强度770～940MPa，延伸率≥16％，钢板的Z向断面收缩率≥35％，钢板1/4厚度处在-40℃和1/2厚度处在-30℃以及-40℃的夏比冲击功均>100J。

上述齿条钢板的连铸坯制造方法是，冶炼原料依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和直弧形连铸机连铸，冶炼出高纯净度钢水，并进一步连铸得厚度在370mm及以上的高质量连铸板坯，该连铸坯的中心偏析：等于或优于C类0.5级，中心疏松：等于或优于0.5级，无缩孔、无中心裂纹、无角裂纹和三角区裂纹；夹杂物：A、B、C类粗系＝0，D类粗系≤0.5；A类细系≤0.5；B类细系≤0.5；C类细系＝0；D类细系≤0.5；Ds类≤0.5。与公开号为CN102345045A的发明和专利ZL201310697653.5的发明采用VD精炼和模铸相比，本发明采用RH精炼和连铸进行生产。通过RH精炼可获得更低H含量的钢水以确保齿条钢板的抗氢致开裂的能力和钢板1/2厚度处(芯部)的力学性能。连铸方法生产的板坯其心部质量(例如中心偏析、疏松、缩孔以及夹杂物)较模铸方法生产的钢锭更好，有利于保证齿条钢板1/2厚度处的性能要求。

连铸坯加罩缓冷至200±50℃出罩，以进一步降低其中的H含量从而进一步避免钢板的氢致开裂和确保钢板1/2厚度处的性能。缓冷完成后对连铸坯表面带温清理以确保连铸坯的表面质量同时保证在火焰清理过程中连铸坯表面没有裂纹产生。

将连铸板坯加热至1180～1280℃，保温2～4小时，使钢中的合金元素充分固溶，发挥其强韧化作用，保证最终产品的成分及性能的均匀性。保温完成后，进行高压水除鳞处理，然后进行两阶段轧制：第一阶段轧制开轧温度1050～1150℃，总压缩率≥40％，采用强压下轧制，最大单道次压下率≥17％，每道次轧制前均采用强除鳞水对板坯进行冷却处理。与大厚度钢板常规粗轧单道次约10％的最大压下率和道次间常规除鳞冷却相比，本申请要求最大单道次压下率≥17％且每道次轧制前采用强除鳞水进行冷却处理，以保证连铸坯心部缺陷被充分弥合从而使得大厚度齿条钢板在1/2厚度处的性能得到保证。第二阶段轧制开轧温度870～930℃，总压缩率≥20％，每道次轧制前均采用强除鳞水进行冷却处理，轧至成品厚度，轧制完成后将钢板空冷和矫直。

矫直后的钢板在冷床上空冷至600～650℃后进行加罩堆缓冷，时间≥72小时，或在600～650℃下保温24～72小时后缓慢随炉冷却至200±50℃以充分降低或去除轧制后钢板中的H含量以保证成品钢板1/2厚度处的性能，出炉空冷。

将缓冷至室温的钢板进行调质处理即制得成品齿条钢板，调质工序的淬火加热使用连续炉进行，淬火加热温度：900～930℃，在炉时间：1.8～2.0min/mm，使用淬火机水淬至钢板表面温度≤100℃后空冷至室温；回火处理也使用连续炉进行，回火温度：600～660℃，在炉时间：2.5～3.5min/mm，出炉后空冷至室温。

本发明针对目前海洋装备制造业对具有高强度、高韧性、良好的塑性、特大厚度齿条钢板的需求，使用优化的化学成分、高的钢水纯净度、优化的连铸工艺(低的浇铸过热度、低的拉坯速度、精确的轻压下参数)生产的高质量(低的中心偏析和疏松、无缩孔、无裂纹)、高纯净度的连铸板坯直接作为坯料，采取控制轧制加调质热处理的方法制造出满足这一要求的齿条钢板。该齿条钢板的最大厚度达180mm。

与现有技术相比，本发明的主要优点在于：

本发明制造的特大厚度齿条钢板直接使用连铸坯且不经过任何其它加工(例如：将多张板坯经过复合加工形成复合坯)作为轧制坯料，省去了使用模铸钢锭作为坯料在轧制过程中的开坯过程，即省去了开坯加热、开坯轧制和中间坯切割与清理工序，简化了生产工艺。与用模铸钢锭制造齿条钢板相比，使用连铸坯制造齿条钢板成材率显著提高，生产工艺简化，生产工时缩短，从而降低了大厚度齿条钢板的制造成本，克服了现有技术的不足，在工业化生产时具有明显的优势。

另外，由于连铸板坯的厚度一般远小于钢锭的厚度，用连铸坯轧制特大厚度齿条钢板的压缩比较采用钢锭轧制因此要小许多。这样，在单道次压下率不能保证的情况下，板坯心部的缺陷就不能充分弥合，使得齿条钢板的心部性能得不到保证，这也是限制高性能齿条钢在厚度上增加的重要因素之一。本发明采用优化的连铸工艺(低的浇铸过热度、低的拉坯速度、精确的轻压下参数)生产的高质量(低的中心偏析和疏松、无缩孔、无裂纹)、高纯净度的连铸板坯作为坯料、粗轧过程中以≥17％的最大单道次压下率、轧制过程中的强除鳞水对板坯进行冷却处理以及结合大厚度齿条钢板各制造阶段对H含量的严格控制解决了这一问题从而保证了齿条钢板的芯部性能。

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。应当理解，实施例仅仅是对本发明较佳实施方式的描述，而不能对本发明的保护范围产生任何限制。

实施例1

本实施例涉及的齿条钢板厚度为180mm，所包含的成分及质量百分数为：C：0.14％，Si：0.24％，Mn：1.08％，P：0.004％，S：0.0008％，Cr：0.68％，Mo：0.49％，Ni：2.47％，Cu：0.22％，Al：0.073％，V：0.036％，Nb：0.02％，N：0.0027％，B：0.0013％，余量为铁及不可避免的杂质元素，碳当量Ceq(＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15)＝0.74％。

该大厚度齿条钢板的生产工艺如下：

按上述齿条钢板的化学组成配置冶炼原料依次进行KR铁水预处理–转炉冶炼–LF精炼–RH精炼–直弧形连铸机连铸(连铸坯厚度：450mm)–连铸坯加罩缓冷–连铸坯清理–加热(保温处理)–高压水除鳞–控轧–矫直–控制条件下的缓慢冷却–调质。

进一步的讲，上述加热、控轧、冷却阶段的具体工艺为：将生产的连铸坯(中心偏析：C类0.5级，中心疏松：0.5级，无缩孔、无中心裂纹、角裂纹和三角区裂纹，夹杂物：A、B、C、D类粗系＝0；A、B、D类细系＝0.5；C类细系＝0，Ds类＝0)加热至1260℃保温3.5小时，出炉后经高压水除鳞处理后进行两阶段全纵向轧制。第一阶段轧制开轧温度为1140℃，中间坯厚235mm，总压缩率＝47.8％，最大单道次压下率＝18.1％，每轧制道次间均采用强除鳞水对板坯进行冷却处理；第二阶段轧制开轧温度为880℃，最终板厚180mm，总压缩率＝23.4％，每轧制道次间同样采用强除鳞水对板坯进行冷却处理。轧后矫直，然后进行控制条件下的缓慢冷却(将钢板加热至620℃保温72小时，随炉冷至～200℃出炉空冷至室温)。

缓冷后的钢板进入连续炉淬火加热，加热温度：900℃，在炉时间：1.8min/mm，使用淬火机水淬至钢板表面温度为～70℃后空冷至室温。淬火处理后的钢板使用连续炉进行回火处理。回火加热温度：660℃，在炉时间：2.8min/mm，出炉后空冷至室温。

经由上述制造工艺制造的成品钢板具有高的强度、良好的塑性、高的低温韧性和高的Z向性能，综合性能优异，其力学性能见表1所示。

实施例2

本实施例涉及的齿条钢板厚度为153mm，所包含的成分及其质量百分数为：C：0.13％，Si：0.23％，Mn：1.08％，P：0.004％，S：0.001％，Cr：0.51％，Mo：0.49％，Ni：1.39％，Cu：0.23％，Al：0.063％，V：0.038％，Nb：0.0019％，N：0.0042％，B：0.0013％，余量为铁及不可避免的杂质元素，碳当量Ceq＝0.63％。

该大厚度齿条钢板的生产工艺如下：

按上述齿条钢板的化学组成配置冶炼原料依次进行KR铁水预处理–转炉冶炼–LF精炼–RH精炼–直弧形连铸机连铸(连铸坯厚度：370mm)–连铸坯加罩缓冷–连铸坯清理–加热(保温处理)–高压水除鳞–控轧–矫直–加罩堆缓冷–调质。

进一步的讲，上述加热、控轧、冷却阶段的具体工艺为：将生产的连铸坯(中心偏析：C类0.5级，中心疏松：0.5级，无缩孔，无中心裂纹、角裂纹和三角区裂纹，夹杂物：A、B、C、D类粗系＝0，A、B类细系＝0.5；C、D类细系＝0，Ds类＝0)加热至1250℃保温2.5小时，出炉后经高压水除鳞处理后进行两阶段全纵向轧制。第一阶段轧制开轧温度为1090℃，中间坯厚220mm，总压缩率＝40.5％，最大单道次压下率＝17.8％，每轧制道次间采用强除鳞水对板坯进行冷却处理；第二阶段轧制开轧温度为900℃，最终板厚153mm，总压缩率＝30.5％，每轧制道次间采用强除鳞水对板坯进行冷却处理。轧后矫直，在冷床上将钢板冷却到600～650℃下冷床进行加罩堆缓冷，直到钢板冷却到～200℃完成缓冷处理。

将缓冷后的钢板送至连续炉进行调质处理。缓冷后的钢板进入连续炉淬火加热，加热温度：920℃，在炉时间：1.8min/mm，使用淬火机水淬至钢板表面温度为～90℃后空冷至室温。经淬火的钢板使用连续炉进行回火处理。回火加热温度：620℃，在炉时间：3.5min/mm，出炉后空冷至室温。

经由上述制造工艺制成的成品钢板具有高的强度、良好的塑性、高的低温韧性和高的Z向性能，综合性能优异，其力学性能见表1所示。

表1各实施例制造的大厚度海洋平台用齿条钢板的力学性能

由表1可见，本发明制造的齿条钢板的Z向性能(断面收缩率)超过了海洋工程对钢板Z向断面收缩率≥35％的最高需求，保证了大厚度齿条钢板的抗层状撕裂能力。由于Z向性能也体现了钢板沿厚度方向的致密性，它也因此表明本发明直接用连铸坯制造的特大厚度齿条钢板具有高的致密度，保证了齿条钢板芯部严格的性能要求。

Claims

1.一种连铸坯制造的厚度达180mm齿条钢板的制造方法，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为，C：0.11～0.15%，Si：0.15～0.35%，Mn：0.95～1.25%，P：≤0.010%，S：≤0.002%，Cr：0.45～0.75%，Mo：0.4～0.6%，Ni：1.3～2.6%，Cu：0.2～0.4%，Al：0.06～0.09%，V：0.03～0.06%，Nb：≤0.04%，N：≤0.006%，B：0.001～0.002%，余量为铁及不可避免的杂质元素；冶炼原料依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和直弧形连铸机连铸，冶炼出高纯净度钢水和厚度在370mm及以上的高质量连铸板坯，该连铸坯的中心偏析满足：等于或优于C 类0.5级，中心疏松：等于或优于0.5级，无缩孔，无中心裂纹、角裂纹和三角区裂纹；夹杂物：A、B、C类粗系 = 0，D类粗系≤0.5；A类细系≤0.5；B类细系≤0.5；C类细系 = 0；D类细系≤0.5； Ds类≤0.5；

连铸坯加罩缓冷至200±50ºC出罩，然后对连铸坯表面带温清理；

将连铸板坯加热至1180～1280ºC，保温2～4小时，保温完成后，进行高压水除鳞处理和两阶段轧制：第一阶段轧制开轧温度1050～1150ºC，总压缩率≥40%，采用强压下轧制，最大单道次压下率≥17%，每道次轧制前均采用强除鳞水对板坯进行冷却处理；第二阶段轧制开轧温度870～930ºC，总压缩率≥20%，每道次轧制前同样采用强除鳞水对板坯进行冷却处理，轧至成品厚度，轧制完成后将钢板空冷和矫直；

矫直后的钢板在冷床上空冷至600～650ºC后进行加罩堆缓冷，时间≥72小时，或在600～650ºC下保温24～72小时后随炉冷却至200±50ºC，出炉空冷；

将缓冷至室温的钢板进行调质处理即制得要求的成品齿条钢板。

2.根据权利要求1所述的连铸坯制造的厚度达180mm齿条钢板的制造方法，其特征在于：所述调质处理的淬火加热使用连续炉进行，淬火加热温度：900～930ºC，在炉时间：1.8～2.0min/mm，使用淬火机水淬至钢板表面温度≤100ºC后空冷至室温；回火处理也使用连续炉进行，回火温度：600～660ºC，在炉时间：2.5～3.5min/mm，出炉后空冷至室温。

3.根据权利要求1所述的连铸坯制造的厚度达180mm齿条钢板的制造方法，其特征在于：该齿条钢板的厚度为153～180mm。

4.根据权利要求1所述的连铸坯制造的厚度达180mm齿条钢板的制造方法，其特征在于：该钢板的屈服强度≥690MPa，抗拉强度为770～940MPa，延伸率≥16%，钢板的Z向断面收缩率≥35%，钢板1/4厚度处在-40ºC和1/2厚度处在-30ºC以及-40ºC的夏比冲击功均>100J。