CN108034898B - 低压缩比条件生产的160mm厚特厚板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压缩比条件生产的160mm厚特厚板及其生产方法,采用铁水转炉冶炼,通过LF+RH精炼工艺制得连铸坯,经过加热工艺后,再通过一阶段轧制工艺、在线摆动式冷却和热处理工艺处理得到特厚板,所述特厚板由C、Si、Mn、P、S、Nb、V、Ti、Ni、Alt和Fe元素及不可避免的杂质组成。通过本发明的生产方法制得的特厚板综合力学性能优异,屈服强度313MPa~335MPa,抗拉强度496MPa~516MPa,延伸率29%~31.5%,‑20℃纵向冲击功≥161J,满足GB/T 1591‑2008标准的要求,并且厚度方向断面收缩率达到GB/T 5313‑2010标准中Z35要求,按照GB/T 2970‑2004标准进行探伤,特厚板实物质量满足Ⅱ级要求。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域,更具体地,涉及一种低压缩比条件生产的160mm厚Q345D特厚板及其生产方法。
背景技术
随着我国基础结构设施以及工程机械项目的增加,100mm以上特厚板的需求量越来越大,对于100mm以上特厚板,不仅要有良好的内部质量,而且要有优异的力学性能、焊接性能,以满足市场的需要,目前生产特厚板的坯料有锻压坯、钢锭、复合坯、连铸坯,但采用这些坯料生产特厚板具有工艺流程长、成材率低的局限性。
160mm特厚板作为一种100mm以上特厚板中优良的工程项目结构件,在特厚板中的需求量巨大,其在应用时必须具有:①高纯净度;②较高的强度和韧性,屈服强度≥275MPa,抗拉强度450~600MPa,板厚1/4处-20℃纵向冲击功≥27J;③良好的Z向性能;④良好的焊接性能等特性,但现有技术为使特厚板达到这些性能要求,相应的生产成本过高。
2012年授权的中国专利(授权公告号为CN 102061373B)公布了“一种提高高强度特厚板力学性能的热处理工艺”,此发明在特厚板的正火过程中增加水冷工序,用水冷代替空冷进行正火,使特厚板的强度、塑性及低温脆性等均得到改善,但这样一来增加了设备的复杂性,对于正火炉出口未布置淬火水槽或其他冷却装置的热处理生产线,该冷却方法则受到限制。
国内也有特厚板生产企业采用370mm~450mm连铸坯生产160mm厚特厚板,但制作工艺均为进行两火成材或两阶段控轧,压缩比在2.3~2.8之间,而后再正火炉热处理,出炉后水冷或空冷,其增加了连铸难度以及后续加热、轧制成本,这样的制作工艺相对而言生产效率较低,无法满足市场需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,提供一种低Ni成分设计的、性能优异的低压缩比条件生产的特厚板。
本发明同时还提供一种生产工艺简单、生产成本低且能高效生产的低压缩比条件生产160mm厚Q345D特厚板的生产方法。
本发明的发明目的通过以下技术方案予以实现:
一种低压缩比条件生产的160mm厚Q345D特厚板,采用铁水转炉冶炼,通过LF+RH精炼工艺制得连铸坯,经过加热工艺后,再通过一阶段轧制工艺和热处理工艺制得,所述特厚板由C、Si、Mn、P、S、Nb、V、Ti、Ni、Alt和Fe元素及不可避免的杂质组成。
进一步地,所述特厚板由以下重量百分比的合金成分组成:C:0.14%~0.16%、Si:0.15%~0.25%、Mn:1.45%~1.55%、P:≤0.015%、S:≤0.0020%、Nb:0.030%~0.035%、V:0.050%~0.055%、Ti:0.010%~0.020%、Ni:0.22%~0.25%、Alt:0.040%~0.060%,其余为Fe元素,上述所有合金成分之和为100%,各合金元素化学成分满足碳当量Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43。
一种低压缩比条件生产160mm厚Q345D特厚板的生产方法,包括LF+RH精炼工艺、一阶段轧制工艺、冷却工艺和热处理工艺。
所述特厚板合金成分的重量百分比为:C:0.14%~0.16%、Si:0.15%~0.25%、Mn:1.45%~1.55%、P:≤0.015%、S:≤0.0020%、Nb:0.030%~0.035%、V:0.050%~0.055%、Ti:0.010%~0.020%、Ni:0.22%~0.25%、Alt:0.040%~0.060%,其余为Fe元素,上述所有合金成分之和为100%,各合金元素化学成分满足碳当量Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43。
本发明对合金元素进行科学选择,并合理设计其成分含量,相关合金元素在特厚板中的作用列举如下:
Ni元素:提高钢的强度而不显著降低其韧性,降低钢的脆性转变温度,即可提高钢的低温韧性。
Nb元素:在热加工过程中抑制奥氏体的形变再结晶并阻止晶粒的长大,并通过它们的碳氮化合物的应变诱导析出,其具有很强的晶粒细化强化效果,对钢进行沉淀强化。
Ti元素:是强碳化物形成元素,它和S的亲和力大于Fe和S的亲和力,因此其加入可在钢中优先生成硫化钛,降低生成硫化铁地几率,可以减少钢地热脆性;同时Ti与C形成的TiC微粒有阻止钢晶粒长大粗化的作用,使钢产生强化;此外,Ti还能减慢珠光体向奥氏体的转变过程。
V元素:在钢中具有较高的溶解度,是微合金化最常用也是最有效的强化元素之一,主要在奥氏体界的铁素体中沉淀析出,在轧制过程中能抑制奥氏体的再结晶并组织晶粒长大,从而起到细化铁素体晶粒、提高钢的强度和韧性的效果。
具体地,本发明的生产方法包括采用铁水转炉冶炼,通过LF+RH精炼工艺制得连铸坯,将连铸坯加热后进行一阶段轧制并通过在线摆动式冷却即得到所述特厚板的半成品,再通过热处理工艺从而得到性能优异的特厚板成品,其具体生产步骤如下:
1).所述LF+RH精炼工艺制备连铸坯包括以下步骤:
a.铁水脱硫处理,脱硫后硫含量控制在0.0020%以内,然后进行扒渣操作,扒渣后铁水表面无残渣;
b.铁水转炉冶炼,转炉终点温度控制为1620℃~1660℃,转炉终点碳控制在0.09%以下;
c.LF炉采用白渣操作,白渣保持时间不少于10min,精炼总时间不少于20min;LF炉处理后进行RH炉真空处理,RH炉在真空度≤5.0mbar条件下保持时间不少于20min,连铸时控制中包温度在液相线+10℃~20℃;
d.连铸坯堆垛缓冷72h以上,充分释放连铸坯中的氢,保证后续的探伤质量。
2).所述加热工艺包括以下步骤:
e.将d步骤中的连铸坯冷装入炉,预热段炉气温度为400℃~750℃,加热段炉气温度为720℃~1190℃,均热段炉气温度为1150℃~1180℃,连铸坯加热时间为300min~410min,均热时间不少于50min,出钢温度为1140℃~1170℃。
连铸坯出炉后需进行除鳞操作,其中高压水除鳞压力为18~23MPa。
3).所述一阶段轧制工艺包括以下步骤:
f.以四道次完成特厚板轧制过程,开轧温度控制在1030℃~1050℃,末两道次压下率均≥16%,各道次稳定轧制速度均为1.5m/s,终轧温度为1000℃~1020℃;
g.将轧制后的特厚板预矫直后在倾斜喷射流冷却装置中进行摆动式冷却,摆动5~6次,开冷温度980℃~1000℃,终冷温度185℃~200℃,返红温度580℃~620℃,平均冷速为2.5℃/s~3.5℃/s;
h.待特厚板温度降到550℃以下时下线堆冷,待特厚板降至常温温度时进行探伤。
4).所述热处理工艺包括以下步骤:
i.将h步骤的特厚板置于台车式热处理炉中,装钢时炉膛温度≤400℃,并在该温度段保温120min,而后以80℃/h的升温速度加热到900℃,并保温300min~340min;
j.特厚板从台车式热处理炉中出来后冷却台架上空冷,充分冷却后即可入库。
进一步地,f步骤中道次压下量为38mm~43mm之间,并且道次压下率逐渐增大,使奥氏体充分发生再结晶,反复细化再结晶奥氏体晶粒;道次轧制力≤120000KN,道次扭矩≤9500KN·m。
优选地,g步骤中摆动次数为5次。
进一步地,所述倾斜喷射流冷却装置共设有14组冷却集管,前4组冷却集管为缝隙集管,设有缝隙喷嘴,后10组冷却集管为高密集管,设有高密喷嘴;
每组冷却集管都包括上集管和下集管,每组缝隙集管由一对上下集管组成,每组高密集管由两对上下集管组成;
第1~4组缝隙上集管均正向喷射,第5组、第8组、第11组、第14组高密上集管均反向喷射,第6组、第7组、第9组、第10组、第12组、第13组高密上集管均正向喷射,第1~第14组冷却下集管均正向喷射。
所述正向喷射为冷却水流喷射方向与特厚板运行方向一致,并与特厚板成一倾斜角,所述反向喷射为冷却水流喷射方向与特厚板运行方向相反,并与特厚板成一倾斜角。
特厚板在摆动冷却过程中,倾斜喷射流冷却装置的所有集管均打开,第1~4组缝隙上集管流量均在100m3/h~120m3/h之间,第5组高密上集管流量在280m3/h~300m3/h之间,第6、第7组高密上集管流量均在200m3/h~220m3/h之间,第8组高密上集管流量在280m3/h~300m3/h之间,第9、第10组高密上集管流量均在200m3/h~220m3/h之间,第11组高密上集管流量在280m3/h~300m3/h之间,第12、第13组高密上集管流量均在200m3/h~220m3/h之间,第14组高密上集管流量在280m3/h~300m3/h之间,辊速0.50m/s~0.60m/s,水比1.30~1.38。
更进一步地,冷却时间110s~140s,通过上述冷却工艺可实现特厚板上下表面均为25mm~28mm厚度的贝氏体、珠光体及极少量铁素体的急冷组织。
进一步地,所述LF+RH精炼工艺制得的连铸坯厚度为320mm,一阶段轧制工艺中的压缩比为2。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
1)科学地通过中碳、低磷、低硫、微合金、低Ni的成分设计,采用连铸坯通过一阶段四道次轧制工艺、超快冷工艺和热处理工艺制得特厚板,颠覆了现有技术的两火成材轧制或两阶段轧制理念,同时基于倾斜喷射流的在线冷却技术,使特厚板上下表面均产生25mm~28mm的急冷层厚度,该急冷层为贝氏体、珠光体及极少量铁素体的急冷组织,为后续正火热处理以及最终力学性能创造组织上的良好条件,有效强化特厚板的相关力学性能,同时实现了特厚板的成材率高、低成本、高效率生产;
2)采用320mm厚的连铸坯,压缩比为2.0,通过多工序工艺参数的精细控制,得到低压缩比、高性能Q345D特厚板,相对于常规的100mm以上厚度特厚板均在压缩比在3.0以上的条件下生产,且需具备模铸设备或生产350mm以上铸坯的连铸设备来说,大大减少了设备投资成本;
3)采用在倾斜喷射流冷却装置中摆动式冷却,一方面倾斜喷射流冷却装置的喷射流可有效保证冷却速度,另一方面摆动式冷却的模式可使特厚板冷却均匀,延长各部位的冷却时间,为特厚板的整体冷却效果提供有效保障;
4)热处理出炉后的特厚板仅需进行空冷,缩短了工艺流程,生产成本低,有利于高效生产,适于在特厚板制造厂进行大力推广;
5)对于没有辊底式热处理炉的热处理生产线,或因100mm以上厚度特厚板订单零散而在辊底式热处理炉难以排产时,特厚板可以在车底式热处理炉进行正火热处理,采用本发明的热处理工艺,无需在车底式热处理炉出口布置冷却设备,也可使特厚板获得优异的力学性能;
6)通过本发明的生产方法制得的160mm厚Q345D特厚板,其-20℃纵向冲击功在161J以上,厚度方向断面收缩率达到Z35要求,实现了低成本生产工艺条件下特厚板更高的强度、更优异的力学性能的目的。
附图说明
图1是本发明所述特厚板上表面的金相组织;
图2是本发明所述特厚板四分之一厚度的金相组织;
图3是本发明所述特厚板心部位置的金相组织。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。为方便说明,本发明下述实施例采用的仪器和设备等列举如下,但并不因此限定本发明。
本发明提供一种采用320mm厚的连铸坯通过2:1的低压缩比,制得160mm厚Q345D特厚板的方法,具体地连铸坯为采用铁水转炉冶炼,通过LF+RH精炼工艺制得,将连铸坯经过加热工艺后,再通过一阶段轧制工艺和热处理工艺处理得到特厚板,特厚板由C、Si、Mn、P、S、Nb、V、Ti、Ni、Alt和Fe元素及不可避免的杂质组成,其中特厚板由以下重量百分比的合金成分组成:C:0.14%~0.16%、Si:0.15%~0.25%、Mn:1.45%~1.55%、P:≤0.015%、S:≤0.0020%、Nb:0.030%~0.035%、V:0.050%~0.055%、Ti:0.010%~0.020%、Ni:0.22%~0.25%、Alt:0.040%~0.060%,其余为Fe元素,上述所有合金成分之和为100%,各合金元素化学成分满足碳当量Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43。
本发明的特厚板生产工艺路线具体为:铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→坯料加热→除鳞→轧制→预矫直→倾斜喷射流冷却装置冷却→下线堆冷→探伤→台车式热处理炉热处理→空冷入库。
其中坯料加热工艺:320mm坯料冷装,预热段炉气温度521℃~735℃,加热段炉气温度733℃~1190℃,均热段炉气温度1160℃~1180℃,坯料加热时间405min,均热时间54min,出钢温度1163℃。
轧制工艺:开轧温度控制在1030℃~1040℃,采用一阶段控制轧制,4道次完成轧制,道次压下量依次为41mm、41mm、41mm、38mm,末两道次压下率分别为16.9%、18.9%,均≥16%,各道次稳定轧制速度均为1.5m/s,终轧温度1000℃~1010℃。
倾斜喷射流冷却装置冷却工艺:特厚板经过预矫直后,在倾斜喷射流冷却装置中采用摆动式冷却模式冷却,摆动5次,第1~第4组缝隙上集管流量均为100m3/h,第5组高密上集管流量280m3/h。第6、第7组高密上集管流量均为200m3/h,第8组高密上集管流量280m3/h,第9、第10组高密上集管流量均为200m3/h,第11组高密上集管流量280m3/h,第12、第13组高密上集管流量均为200m3/h,第14组高密上集管流量280m3/h,辊速0.55m/s,水比1.35;开冷温度982℃~990℃,终冷温度185℃~200℃,返红温度610℃~620℃,平均冷速3℃/s,冷却时间126s,实现特厚板上下表面均为27mm厚度的贝氏体、珠光体及极少量铁素体的急冷组织。
台车式热处理炉热处理工艺:装钢时炉膛温度≤400℃,并在该温度段保温120min,而后以80℃/h的升温速度加热到900℃,并保温320min,特厚板出炉后在冷却台架上空冷。
本实施例的连铸坯尺寸为320mm×2570mm×2806mm,最终得到的特厚板尺寸为160mm×2570mm×5539mm。
以下表1、表2和表3示出了多个实施例中不同合金成分组成的连铸坯在不同的工艺条件处理下得到的特厚板的相关力学性能。
表1各实施例的160mm厚的特厚板的化学成分(wt%)
C | Si | Mn | P | S | Nb | V | Ti | Ni | Alt | |
实施例1 | 0.16 | 0.15 | 1.45 | 0.010 | 0.002 | 0.030 | 0.050 | 0.010 | 0.22 | 0.040 |
实施例2 | 0.15 | 0.21 | 1.49 | 0.011 | 0.001 | 0.034 | 0.054 | 0.016 | 0.23 | 0.049 |
实施例3 | 0.14 | 0.25 | 1.55 | 0.015 | 0.002 | 0.040 | 0.055 | 0.020 | 0.25 | 0.060 |
表2各实施例的160mm厚的特厚板的轧制及热处理相关参数
表3各实施例的160mm厚的特厚板的相关性能参数
本发明化学成分设计较为经济,经转炉冶炼、LF精炼、RH精炼以及连铸,采用道次压下率递增的一阶段轧制、在线摆动式冷却控制、台车式热处理炉正火后空冷的方式生产特厚板,得到的特厚板表面为铁素体和珠光体组织,如图1所示;厚度1/4位置为铁素体和珠光体组织,如图2所示;厚度1/2位置(即心部位置)为铁素体、珠光体及极少量马氏体的混合组织。
本实施例制得的特厚板综合力学性能优异,屈服强度313MPa~335MPa,抗拉强度496MPa~516MPa,延伸率29%~31.5%,-20℃纵向冲击功≥161J,满足GB/T 1591-2008标准的要求,并且厚度方向断面收缩率达到GB/T 5313-2010标准中Z35要求,按照GB/T 2970-2004标准进行探伤,特厚板实物质量满足Ⅱ级要求。
发明人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程,但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程,即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (6)
1.一种低压缩比条件生产的160mm厚特厚板的生产方法,其特征在于,包括LF+RH精炼工艺、一阶段轧制工艺、冷却工艺和热处理工艺,所述特厚板合金成分的重量百分比为:C:0.14%~0.16%、Si:0.15%~0.25%、Mn:1.45%~1.55%、P:≤0.015%、S:≤0.0020%、Nb:0.030%~0.035%、V:0.050%~0.055%、Ti:0.010%~0.020%、Ni:0.22%~0.25%、Alt:0.040%~0.060%,其余为Fe元素, 上述所有合金成分之和为100%,各合金元素化学成分满足碳当量Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43;
所述一阶段轧制工艺包括以四道次完成特厚板的轧制过程,末两道次压下率均≥16%,各道次稳定轧制速度均为1.5m/s,开轧温度1030℃~1050℃,终轧温度1000℃~1020℃;
所述冷却工艺包括在倾斜喷射流冷却装置中进行摆动式冷却,摆动5~6次,开冷温度980℃~1000℃,终冷温度185℃~200℃,返红温度580℃~620℃,平均冷速2.5℃/s~3.5℃/s,实现特厚板上下表面均为25mm~28mm厚度的贝氏体、珠光体及极少量铁素体的急冷组织。
2.根据权利要求1所述的低压缩比条件生产的160mm厚特厚板的生产方法,其特征在于,道次压下量为38mm~43mm,且道次压下率逐渐增大;道次轧制力≤120000KN,道次扭矩≤9500KN·m。
3.根据权利要求1所述的低压缩比条件生产的160mm厚特厚板的生产方法,其特征在于,所述倾斜喷射流冷却装置共设有14组冷却集管,前4组冷却集管为缝隙集管,设有缝隙喷嘴,后10组冷却集管为高密集管,设有高密喷嘴;
每组冷却集管都包括上集管和下集管,每组缝隙集管由一对上下集管组成,每组高密集管由两对上下集管组成;
第1~4组缝隙上集管均正向喷射,第5组、第8组、第11组、第14组高密上集管均反向喷射,第6组、第7组、第9组、第10组、第12组、第13组高密上集管均正向喷射,第1~第14组冷却下集管均正向喷射;
特厚板在摆动冷却过程中,倾斜喷射流冷却装置的所有集管均打开,第1~4组缝隙上集管流量均在100m3/h~120m3/h之间,第5组高密上集管流量在280m3/h~300m3/h之间,第6、第7组高密上集管流量均在200m3/h~220m3/h之间,第8组高密上集管流量在280m3/h~300m3/h之间,第9、第10组高密上集管流量均在200m3/h~220m3/h之间,第11组高密上集管流量在280m3/h~300m3/h之间,第12、第13组高密上集管流量均在200m3/h~220m3/h之间,第14组高密上集管流量在280m3/h~300m3/h之间,辊速0.50m/s~0.60m/s,水比1.30~1.38,冷却时间110s~140s。
4.根据权利要求1所述的低压缩比条件生产的160mm厚特厚板的生产方法,其特征在于,所述热处理工艺包括将特厚板置于台车式热处理炉中,装钢时炉膛温度≤400℃,并在该温度段保温120min,而后以80℃/h的升温速度加热到900℃,并保温300min~340min。
5.根据权利要求4所述的低压缩比条件生产的160mm厚特厚板的生产方法,其特征在于,特厚板出台车式热处理炉后在冷却台架上空冷。
6.根据权利要求1~5任意一项所述的低压缩比条件生产的160mm厚特厚板的生产方法,其特征在于,所述LF+RH精炼工艺制得的连铸坯厚度为320mm,一阶段轧制工艺中的压缩比为2。
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