CN108823495B - 一种厚度方向组织均匀的厚板与特厚板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种沿钢板厚度方向组织均匀的厚板与特厚板及其制备方法，属于厚板及特厚钢板生产技术领域。该厚板及特厚板板厚40‑80mm，具有沿钢板厚度方向组织性能均匀一致、高强度、高韧性和高塑性等优点，其组织性能特征优于传统高强度厚板及特厚板；同时制备方法简单易操作，简化了传统厚板及特厚板的生产过程，省略了调质工艺过程，钢板经TMCP后就可以直接使用，有效节约成本，提高生产效率。

Description

一种厚度方向组织均匀的厚板与特厚板及其制备方法
技术领域
本发明属于厚板及特厚钢板生产技术领域，特别涉及一种沿钢板厚度方向组织均匀的厚板与特厚板及其制备方法。
背景技术
由于运输船舶、海洋钻井平台、海底管线及机械设备等相关工业设备的大型化，企业对高性能厚板及特厚板的需求越来越大。在厚板及特厚板的生产过程中，由于其板型宽厚和低压缩比的原因，容易在轧制过程中出现沿板厚方向(Z向)的变形不均匀和冷却速率不均匀现象，造成钢板Z向组织和晶粒尺寸差异较大，使得钢板的性能出现波动。为了保证特厚钢板具有较好的组织均匀性和强韧性等力学性能配比，通常加入较高含量的C、Ni、Cr、Mo等元素提高淬透性，钢的强度级别越高、厚度越大，添加的合金含量也越多，不仅大大提高了钢板的生产成本，也损害了焊接性能，对钢板的后续使用和加工造成了不利影响。
厚板及特厚钢板通常采用热机械控制+淬火+回火工艺(TMCP+QT)进行生产，延长了产品生产周期，提高了生产成本。国内外科研工作者在组织性能调控方面开展了大量的研究工作，通过采取快速冷却、二次奥氏体化、回火处理等工艺细化贝氏体组织，促进基体中碳化物的分解和纳米第二相的析出，大大改善了钢材的性能，然而从已有的研究结果来看即使采用调质工艺也没有解决厚板及特厚板Z向组织差异较大的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，发明人经长期的技术与实践探索，提供一种厚度方向组织均匀的厚板与特厚板及其制备方法，该厚板及特厚板板厚40-80mm，具有Z向组织性能均匀一致、高强度、高韧性和高塑性等优点，其组织性能特征优于传统高强度厚板及特厚板；同时制备方法简单易操作，简化了传统厚板及特厚板的生产过程，省略了调质工艺过程，钢板经TMCP后就可以直接使用，有效节约成本，提高生产效率。
本发明的目的之一在于提供一种厚度方向组织均匀的厚板与特厚板。
本发明的目的之二在于提供上述厚度方向组织均匀的厚板与特厚板的制备方法。
本发明的目的之三在于提供上述厚度方向组织均匀的厚板与特厚板的应用。
具体的，本发明的技术方案如下：
本发明的第一个方面，提供一种厚度方向组织均匀的厚板与特厚板，所述厚板与特厚板由以下重量百分比的化学成分组成：C：0.005～0.02％，Si：0.25～0.40％，Mn：1.40～2.0％，P：≤0.005％，S：≤0.005％，B：0.002～0.005％，Nb：0.03～0.05％，Cu：0.5～1.5％，Ni：1.0～2.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述厚板及特厚板的组织为TMCP态板条贝氏体组织，且厚板及特厚板的心部和表层组织相同；所述厚板及特厚板的屈服强度为500～630MPa，抗拉强度600～740MPa，延伸率为22～27％，-40℃冲击吸收功为150～200J，-80℃冲击吸收功为100～160J；
优选的，所述厚板及特厚板的厚度为40～80mm；
优选的，所述厚板及特厚板的生成工艺为两阶段轧制变形后控冷或水冷，无需调质工艺过程。
本发明的第二个方面，提供上述厚度方向组织均匀的厚板与特厚板的制备方法，所述方法包括：
S1.将钢坯进行奥氏体化处理；
S2.将步骤S1的钢坯进行两阶段轧制；
S3.轧后将钢材空冷或者放入水冷装置中冷却至室温即得。
优选的，所述步骤S1中，
奥氏体化处理方法具体为：将钢坯加热到1050～1150℃并保温1～2h，从而进行充分的奥氏体化；
钢坯由以下重量百分比的化学成分组成：C：0.005～0.02％，Si：0.25～0.40％，Mn：1.40～1.8％，P：≤0.005％，S：≤0.005％，B：0.002～0.005％，Nb：0.03～0.05％，Cu：0.5～1.5，Ni：1.0～2.5，余量为Fe和不可避免的杂质；
钢坯厚度为160mm；
优选的，所述步骤S2中，
两阶段轧制具体控制条件为：
一阶段开始轧制温度为1050～1100℃，终轧温度为1030～1080℃；
二阶段开始轧制温度为820～850℃，终轧温度为800～830℃；
优选的，所述步骤S3中，
使用水冷冷却时，冷却速率为20℃/s；
经检测，经上述方法得到的厚板及特厚板的屈服强度为500～630MPa，抗拉强度600～740MPa，延伸率为22～27％，-40℃冲击吸收功为150～200J，-80℃冲击吸收功为100～160J。
本发明的第三个方面，提供了上述厚板及特厚板在运输船舶、海洋钻井平台、海底管线及机械设备中的应用。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明钢板板材通过限定极低的含碳量，有效降低组织类型对冷却速率的敏感性，使得钢板厚度方向组织一致；
(2)简化了生产工艺，省略轧制后的调质(淬火+回火)工艺处理，钢板经TMCP工艺后可以直接使用，提高了生产效率，节约了成本；
(3)实现了高强度、高韧性、高延伸率性能的统一，本发明最终制备得到的厚板及特厚板性能优于现有的钢板板材。
附图说明
图1为实施例1中钢板的光学显微组织图；
其中图1a为板材表面光学显微组织图，图1b为板材心部显微组织图。
图2为实施例2中钢板的光学显微组织图；
其中图2a为板材表面光学显微组织图，图2b为板材心部显微组织图。
图3为实施例3中钢板的光学显微组织图；
其中图3a为板材表面光学显微组织图，图3b为板材心部显微组织图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如前所述，在厚板及特厚板的生产过程中，由于其板型宽厚和低压缩比的原因，容易在轧制过程中出现沿板厚方向的变形不均匀和冷却速率不均匀现象，造成钢板Z向组织和晶粒尺寸差异较大，使得钢板的性能出现波动。
有鉴于此，本发明的一种具体实施方式中，提供一种厚度方向组织均匀的厚板与特厚板，所述厚板与特厚板由以下重量百分比的化学成分组成：C：0.005～0.02％，Si：0.25～0.40％，Mn：1.40～2.0％，P：≤0.005％，S：≤0.005％，B：0.002～0.005％，Nb：0.03～0.05％，Cu：0.5～1.5％，Ni：1.0～2.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述厚板及特厚板的组织为TMCP态板条贝氏体组织，且厚板及特厚板的心部和表层组织相同；所述厚板及特厚板的屈服强度为500～630MPa，抗拉强度600～740MPa，延伸率为22～27％，-40℃冲击吸收功为150～200J，-80℃冲击吸收功为100～160J；
本发明的又一具体实施方式中，所述厚板及特厚板的厚度为40～80mm；
本发明的又一具体实施方式中，所述厚板及特厚板的生成工艺为两阶段轧制变形后控冷或水冷，无需调质工艺过程。
本发明的又一具体实施方式中，提供上述厚度方向组织均匀的厚板与特厚板的制备方法，所述方法包括：
S1.将钢坯进行奥氏体化处理；
S2.将步骤S1的钢坯进行两阶段轧制；
S3.轧后将钢材空冷或者放入水冷装置中冷却至室温即得。
本发明的又一具体实施方式中，所述步骤S1中，
奥氏体化处理方法具体为：将钢坯加热到1050～1150℃并保温1～2h；
钢坯由以下重量百分比的化学成分组成：C：0.005～0.02％，Si：0.25～0.40％，Mn：1.40～1.8％，P：≤0.005％，S：≤0.005％，B：0.002～0.005％，Nb：0.03～0.05％，Cu：0.5～1.5，Ni：1.0～2.5，余量为Fe和不可避免的杂质；
钢坯厚度为160mm。
本发明的又一具体实施方式中，所述步骤S2中，
两阶段轧制具体控制条件为：
一阶段开始轧制温度为1050～1100℃，终轧温度为1030～1080℃；
二阶段开始轧制温度为820～850℃，终轧温度为800～830℃；
本发明的又一具体实施方式中，
采用160mm钢坯，压下规程为160—130—100—80—60—40得厚度为40mm的钢板，一阶段轧制完成后控制钢板厚度为100mm；
采用160mm钢坯，压下规程为160—130—100—80—60得厚度为60mm的钢板，一阶段轧制完成后控制钢板厚度为100mm；
采用160mm钢坯，压下规程为160—130—110—95—80得厚度为80mm的钢板，一阶段轧制完成后控制钢板厚度为110mm；
本发明的又一具体实施方式中，所述步骤S3中，
使用水冷冷却时，冷却速率为20℃/s；
经检测，经上述方法得到的厚板及特厚板的屈服强度为500～630MPa，抗拉强度600～740MPa，延伸率为22～27％，-40℃冲击吸收功为150～200J，-80℃冲击吸收功为100～160J。
本发明的又一具体实施方式中，提供了上述厚板及特厚板在运输船舶、海洋钻井平台、海底管线及机械设备中的应用。
结合具体实例对本发明作进一步的说明，以下实例仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。如果实施例中未注明的具体条件，通常按照常规条件，或按照销售公司所推荐的条件；在本发明没有特别限定，均可通过商业途径购买得到。
实施例1
厚度为40mm的厚度方向组织均匀的高性能特厚钢板，其化学成分按照质量百分数为：C：0.01％，Si：0.28％，Mn：1.80％，P：0.003％，S：0.003％，B：0.0025％，Nb：0.03％，Cu：0.5，Ni：1.0，余量为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条贝氏体组织，心部与表面的组织一致，其屈服强度为630MPa，抗拉强度为740MPa，断后延伸率为24％，-40℃冲击吸收功为200J，-80℃冲击吸收功为120J。
上述厚板及特厚板的制备方法按照以下步骤进行：
将160mm厚的钢坯加热到1100℃保温2h，化学成分按照质量百分数为：C：0.01％，Si：0.28％，Mn：1.80％，P：0.003％，S：0.003％，B：0.0025％，Nb：0.03％，Cu：0.5，Ni：1.0，余量为Fe和不可避免的杂质；
采用450mm二辊可逆式热轧实验机组将钢坯进行两阶段轧制，一阶段开始轧制温度为1050℃，终轧温度为1030℃，轧为100mm厚板材；二阶段开始轧制温度为850℃，终轧温度为830℃，压下规程为160—130—100—80—60—40，最终得到厚度为40mm的钢板；
轧后将板材放入带有冷却装置的辊道中，冷却速率为20℃/s，冷却至室温，其光学显微组织如图1所示，钢材表面和心部全为板条贝氏体组织；
经力学性能检测，钢材的屈服强度为630MPa，抗拉强度为740MPa，断后延伸率为24％，-40℃冲击吸收功为200J，-80℃冲击吸收功为120J。
实施例2
厚度为60mm的厚度方向组织均匀的高性能特厚钢板，其化学成分按照质量百分数为：C：0.01％，Si：0.30％，Mn：1.60％，P：0.003％，S：0.003％，B：0.003％，Nb：0.045％，Cu：1.4％，Ni：1.8，余量为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条贝氏体组织，心部与表面的组织一致，其屈服强度为560MPa，抗拉强度为675MPa，断后延伸率为22％，-40℃冲击吸收功为160J，-80℃冲击吸收功为100J。
上述厚板及特厚板的制备方法按照以下步骤进行：
将160mm厚的钢坯加热到1100℃保温2h，化学成分按照质量百分数为：C：0.01％，Si：0.30％，Mn：1.60％，P：0.003％，S：0.003％，B：0.003％，Nb：0.045％，Cu：1.4％，Ni：1.8，余量为Fe和不可避免的杂质；
采用450mm二辊可逆式热轧实验机组将钢坯进行两阶段轧制，一阶段开始轧制温度为1080℃，终轧温度为1060℃，轧为100mm厚板材；二阶段开始轧制温度为830℃，终轧温度为810℃，压下规程为160—130—100—80—60，最终得到厚度为60mm的钢板；
轧后将板材放入带有冷却装置的辊道中，冷却速率为20℃/s，冷却至室温，其光学显微组织如图2所示，钢材表面和心部全为板条贝氏体组织；
经力学性能检测，钢材的屈服强度为560MPa，抗拉强度为675MPa，断后延伸率为22％，-40℃冲击吸收功为160J，-80℃冲击吸收功为100J。
实施例3
厚度为80mm的厚度方向组织均匀的高性能特厚钢板，其化学成分按照质量百分数为：C：0.02％，Si：0.25％，Mn：1.50％，P：0.003％，S：0.003％，B：0.0028％，Nb：0.052％，Cu：1.9，Ni：2.5，余量为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条贝氏体组织，心部与表面的组织一致，其屈服强度为500MPa，抗拉强度为600MPa，断后延伸率为19％，-40℃冲击吸收功为120J，-80℃冲击吸收功为80J。
上述厚板及特厚板的制备方法按照以下步骤进行：
将160mm厚的钢坯加热到1100℃保温2h，化学成分按照质量百分数为：C：0.02％，Si：0.25％，Mn：1.50％，P：0.003％，S：0.003％，B：0.0028％，Nb：0.052％，Cu：1.9，Ni：2.5，余量为Fe和不可避免的杂质；
采用450mm二辊可逆式热轧实验机组将钢坯进行一阶段轧制，开始轧制温度为1050℃，终轧温度为1060℃，轧为110mm厚板材；二阶段开始轧制温度为820℃，终轧温度为800℃，压下规程为160-130—110-95-80，最终得到厚度为80mm的钢板；
轧后将板材放入辊道中，空冷至室温，其光学显微组织如图3所示，钢材表面和心部全为板条贝氏体组织；
经力学性能检测，钢材的屈服强度为500MPa，抗拉强度为600MPa，断后延伸率为19％，-40℃冲击吸收功为120J，-80℃冲击吸收功为80J。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种厚度为60mm的厚度方向组织均匀的钢板，其特征在于，其化学成分按照质量百分数为：C：0.01％，Si：0.30％，Mn：1.60％，P：0.003％，S：0.003％，B：0.003％，Nb：0.045％，Cu：1.4％，Ni：1.8，余量为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条贝氏体组织，心部与表面的组织一致，
所述钢板的制备方法按照以下步骤进行：
将160mm厚的钢坯加热到1100℃保温2h，所述钢坯化学成分按照质量百分数为：C：0.01％，Si：0.30％，Mn：1.60％，P：0.003％，S：0.003％，B：0.003％，Nb：0.045％，Cu：1.4％，Ni：1.8，余量为Fe和不可避免的杂质；
采用450mm二辊可逆式热轧实验机组将钢坯进行两阶段轧制，一阶段开始轧制温度为1080℃，终轧温度为1060℃，轧为100mm厚板材；二阶段开始轧制温度为830℃，终轧温度为810℃，压下规程为160—130—100—80—60，最终得到厚度为60mm的钢板；
轧后将板材放入带有冷却装置的辊道中，冷却速率为20℃/s，冷却至室温。
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