CN108070789A - 屈服强度不小于480MPa级超细晶特厚钢及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种屈服强度不小于480MPa级超细晶特厚钢及其制备方法，主要用于大型船舶制造领域，钢的化学成分由C、Si、Mn、P、S、Al、Cr、Mo、Nb、V、Ti、Fe和不可避免的杂质组成。其生产工艺流程为：铁水预处理→BOF炼钢→LF精炼→RH真空处理→连铸→缓冷→加热→轧制→水冷，产品组织细小均匀，主要为针状/多边形铁素体+粒状贝氏体+极少量珠光体。本发明生产成本低、工艺简单，适用于大工业稳定生产；产品具有优良的焊接性能、抗层状撕裂性能、抗脆断性能，以及低温韧性性能。

Description

屈服强度不小于480MPa级超细晶特厚钢及制备方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种屈服强度不小于480MPa级超细晶特厚钢及其制备方法。

背景技术

随着船舶向大型化发展，造船用钢板也朝高强和特厚方向发展。特别是集装箱船，由于大型化恶化了船体结构的受力状态，导致船体结构中的舱口围顶板、腹板及上甲板边板、舷顶列板和某些局部区域处于较高应力水平，从而要求船体结构具有较高的强度和刚度。高强钢使结构的安全富裕度下降，板厚规格的增大导致焊缝初始缺陷存在几率增大；更重要的是使构件从平面应力状态转变为平面应变状态，导致船体结构发生低应力脆性断裂的几率大大增加。因此，为提高船舶的安全性，必须提高材料的焊接、抗层状撕裂和防脆断能力。

CN102994874A公开了一种屈服强度500MPa级高止裂韧性钢板及其生产方法，其成品钢板厚度为10～50mm。

CN104264047A公开了一种集装箱船用特厚钢板及其制备方法，其以针状铁素体为主，没有形成超细晶层，Kca值偏低；另外，贵重金属Ni含量高，生产成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高钢板强度和韧性，使其兼具优良的焊接性能、抗层状撕裂和脆断性能的屈服强度不小于480MPa级超细晶特厚钢及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种屈服强度不小于480MPa级超细晶特厚钢，由下述重量百分比的化学成分组成：C：0.07～0.11％，Si：0.10％～0.40％，Mn：1.20～1.80％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.01～0.05％，Cr：0.10～0.30％，Mo：0.10～0.25％，Nb：0.015～0.040％，V：0.04～0.08％，Ti：0.010～0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。成品特厚钢厚度50～100mm。

化学成分是影响产品综合性能的重要因素之一，对本发明特厚钢的化学成分说明如下：

C：碳是影响钢材性能的主要因素之一，通过固溶强化提升强度；碳含量增加，能显著降低奥氏体临界冷却速度，增强钢的淬透性，但也显著降低钢的塑性、低温韧性和焊接性能；为保障特厚钢板心部冷却效果，同时防止综合性能变差，本发明碳含量控制在0.07～0.11％。

Si：硅是炼钢过程有效的脱氧和放热元素之一，有一定的固溶强化作用，但硅含量过高会降低钢的表面质量、焊接性能和低温韧性，本发明硅含量控制在0.10％～0.40％。

Mn：锰可以细化晶粒，有效提高钢材强度和低温韧性，过高容易造成铸坯偏析，形成轧后带状组织，降低抗层状撕裂性能，本发明锰含量控制在1.20～1.80％。

P：磷是一种易偏析元素，增加钢的冷脆性，恶化焊接性能，应严格控制钢中的磷含量。

S：硫使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，应严格控制钢中的硫含量。

Al：铝是炼钢过程有效的脱氧元素之一，可有效减少钢中夹杂物含量，细化晶粒，但含量过高，容易使铸坯表面产生裂纹，本发明铝含量控制在0.01～0.05％。

Cr：铬使C曲线右移，增强钢的淬透性，使钢更容易获得贝氏体组织，本发明铬含量控制在0.10～0.30％。

Mo：钼阻止奥氏体化晶粒长大，提高再结晶温度，使铁素体生成区右移，扩大贝氏体冷却速度范围，提高钢淬透性，本发明钼含量控制在0.10～0.25％。

Nb：铌是细晶强化的重要元素之一。1.提高奥氏体再结晶温度，阻止奥氏体再结晶和抑制晶粒长大，细化奥氏体晶粒；2.铌的碳氮化物在位错上析出和奥氏体晶界偏聚，提高强度和韧性。但铌含量过高，铸坯容易产生表面裂纹，同时恶化焊接性能，本发明铌含量控制在0.015～0.040％。

V：钒的碳氮化物在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，在变形过程中抑制奥氏体再结晶，阻碍晶粒长大，起到细化铁素体晶粒，提高钢的强度和韧性，本发明专利钒含量控制在0.04～0.08％。

Ti：产生强烈的沉淀强化及中等程度的晶粒细化作用，改善钢的冷成形性能和焊接性能，本发明钛含量控制在0.010～0.025％。

上述屈服强度不小于480MPa级超细晶特厚钢的制备工艺流程为铁水预处理→BOF炼钢→LF精炼→RH真空处理→连铸→缓冷→铸坯检验、清理、判定→加热→除鳞→水冷→轧制→水冷→探伤→喷印标识→切割取样→入库。

采用转炉冶炼，顶底复吹，充分脱碳、脱磷；通过LF/RH精炼，降低有害元素/杂质含量，进行微合金化；全程保护浇铸，铸坯化学成分重量百分比符合：C：0.07～0.11％，Si：0.10％～0.40％，Mn：1.20～1.80％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.01～0.05％，Cr：0.10～0.30％，Mo：0.10～0.25％，Nb：0.015～0.040％，V：0.04～0.08％，Ti：0.010～0.025％。

具体制备步骤如下：

1)铸坯缓冷；

2)连铸板坯加热：采用三段加热工艺，第一段：预热段温度设定700～850℃；第二段：分为加热2-1段和加热2-2段，加热2-1段温度设定1050～1200℃，加热2-2段温度设定1180～1230℃；第三段：均热段炉气温度设定为1150～1200℃；出钢铸坯温度为1150～1180℃；

3)轧制：铸坯出炉经除鳞机水冷至1050℃以下，铸坯表面返红温度至1100℃开始粗轧，采取至少连续三道次15％以上的大压下率，粗轧末道次前铸坯水冷至950～1000℃，粗轧完毕后，采用5～10℃/s水冷中间坯至600～650℃，当中间坯表面返红温度至770～800℃开始第二阶段轧制，道次压下率≥10％；

4)冷却：钢板轧后水冷，冷却速率8～18℃/s，终冷温度530～600℃。

本发明具有以下有益效果：本发明采用低成本微合金化设计，配合独特的TMCP工艺，在钢板表面形成较厚的超细晶层，同时变形充分渗透到心部，均匀特厚板全厚度方向组织，晶粒细小，分布均匀，阻碍裂纹的产生和传播。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

实施例1

本实施例的60mm超细晶特厚钢的化学成分如下：C：0.08％，Si：0.25％，Mn：1.60％，P：0.015％，S：0.003％，Al：0.01％，Cr：0.22％，Mo：0.25％，Nb：0.03％，V：0.04％，Ti：0.018％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中H≤0.0003％。

铸坯缓冷至300℃以下，铸坯厚度300mm，采用三段加热工艺，第一段：预热段温度设定700～850℃；第二段：分为加热2-1段和加热2-2段，加热2-1段温度设定1050～1200℃，加热2-2段温度设定1180～1230℃；第三段：均热段炉气温度设定为1150～1200℃；经蓄热式加热炉至1150℃出钢。

轧制：铸坯出炉经除鳞机多道水冷至铸坯表面温度1030℃，铸坯表面返红温度至1100℃开始粗轧，连续三道次压下率大于15％，粗轧末道前水冷至铸坯表面温度1000℃，粗轧完毕后，中间坯6℃/s水冷至600℃，当中间坯表面返红温度至800℃开始第二阶段轧制，成品厚度60mm。

冷却：钢板轧后水冷，冷却速率18℃/s，终冷温度530℃，钢板下线堆冷。综合性能如表1～3所示。

实施例2

本实施例的75mm超细晶特厚钢的化学成分如下：C：0.11％，Si：0.10％，Mn：1.20％，P：0.010％，S：0.002％，Al：0.03％，Cr：0.10％，Mo：0.18％，Nb：0.04％，V：0.06％，Ti：0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中H≤0.0003％。

铸坯缓冷至300℃以下，铸坯厚度300mm，采用三段加热工艺，第一段：预热段温度设定700～850℃；第二段：分为加热2-1段和加热2-2段，加热2-1段温度设定1050～1200℃，加热2-2段温度设定1180～1230℃；第三段：均热段炉气温度设定为1150～1200℃；经蓄热式加热炉至1160℃出钢。

轧制：铸坯出炉经除鳞机多道水冷至铸坯表面温度1025℃，铸坯表面返红温度至1100℃开始粗轧，连续三道次压下率大于15％，粗轧末道前水冷至铸坯表面温度950℃，粗轧累计压下率60％，粗轧完毕后，中间坯5℃/s水冷至640℃，当中间坯表面返红温度至770℃开始第二阶段轧制，成品厚度75mm。

冷却：钢板轧后水冷，冷却速率10.2℃/s，终冷温度550℃，钢板下线堆冷。综合性能如表1～3所示。

实施例3

本实施例的90mm超细晶特厚钢的化学成分如下：C：0.07％，Si：0.40％，Mn：1.80％，P：0.008％，S：0.005％，Al：0.05％，Cr：0.30％，Mo：0.10％，Nb：0.015％，V：0.08％，Ti：0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中H≤0.0003％。

铸坯缓冷至300℃以下，铸坯厚度300mm，采用三段加热工艺，第一段：预热段温度设定700～850℃；第二段：分为加热2-1段和加热2-2段，加热2-1段温度设定1050～1200℃，加热2-2段温度设定1180～1230℃；第三段：均热段炉气温度设定为1150～1200℃；经蓄热式加热炉至1180℃出钢。

轧制：铸坯出炉经除鳞机多道水冷至铸坯表面温度1020℃，铸坯表面返红温度至1100℃开始粗轧，连续三道次压下率大于15％，粗轧末道前水冷至铸坯表面温度985℃，粗轧累计压下率58％，粗轧完毕后，中间坯10℃/s水冷至650℃，当中间坯表面返红温度至780℃开始第二阶段轧制，成品厚度90mm。

冷却：钢板轧后水冷，冷却速率8℃/s，终冷温度600℃，钢板下线堆冷。综合性能如表1～3所示。

表1本发明实施例1-3制备的钢板的拉伸性能

表2本发明实施例1-3制备的钢板的低温韧性

表3本发明实施例1-3制备的钢板的断裂韧性、抗止裂性能和Z向性能

Claims (3)

1.屈服强度不小于480MPa级超细晶特厚钢，其特征在于，由下述重量百分比的化学成分组成：C：0.07～0.11％，Si：0.10％～0.40％，Mn：1.20～1.80％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.01～0.05％，Cr：0.10～0.30％，Mo：0.10～0.25％，Nb：0.015～0.040％，V：0.04～0.08％，Ti：0.010～0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的屈服强度不小于480MPa级超细晶特厚钢，其特征在于，特厚钢厚度50～100mm。

3.一种如权利要求1或2所述的屈服强度不小于480MPa级超细晶特厚钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)铸坯缓冷；

2)连铸板坯加热：采用三段加热工艺，第一段：预热段温度设定700～850℃；第二段：分为加热2-1段和加热2-2段，加热2-1段温度设定1050～1200℃，加热2-2段温度设定1180～1230℃；第三段：均热段炉气温度设定为1150～1200℃；出钢铸坯温度为1150～1180℃；

3)轧制：铸坯出炉经除鳞机水冷至1050℃以下，铸坯表面返红温度至1100℃开始粗轧，采取至少连续三道次15％以上的大压下率，粗轧末道次前铸坯水冷至950～1000℃，粗轧完毕后，采用5～10℃/s水冷中间坯至600～650℃，当中间坯表面返红温度至770～800℃开始第二阶段轧制，道次压下率≥10％；

4)冷却：钢板轧后水冷，冷却速率8～18℃/s，终冷温度530～600℃。