CN109182702A - 一种多相组织高韧性船板钢eh40的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种多相组织高韧性船板钢EH40的生产方法，钢的化学组成重量百分比为：碳=0.04~0.08，硅0.15~0.35，锰=1.50~1.60，磷≤0.015，硫≤0.005，铌≤0.02~0.03，钛≤0.008~0.02，铝=0.015~0.05，镍=0.30~0.40，其余为Fe和不可避免的杂质；工艺步骤包括冶炼、连铸、轧制、弛豫、冷却。本发明方法突破传统TMCP工艺轧制连铸坯压缩比限制，不需追加热处理工艺；生产低温冲击要求‑40℃以下的高韧性钢板，最大厚度可达到100mm，产品可广泛应用于造船、海工、风电、桥梁、建筑及工程机械等多个领域厚板的制造；本发明方法可利用钢厂现有设备和工艺条件实现，即不需增加投资和设备改造，又提高了生产效率，节能减耗。

Description

一种多相组织高韧性船板钢EH40的生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种多相组织高韧性船板钢EH40的生产方法。

技术背景

采用连铸坯生产具有高韧性要求的中厚板产品时，传统的轧制方式，只有当进入相变的奥氏体组织是均匀细化的时候，产品转变后的铁素体珠光体组织或贝氏体组织才具有良好的强度和韧性，因此传统的TMCP工艺一般只能用于轧制50mm以下的薄板。对于50mm以上厚板，由于压缩比的限制，原始的奥氏体晶粒在轧制过程中得不到充分的再结晶和细化，组织一般较粗大，韧性变差，通常要追加热处理工艺，才能保证厚板的强韧性匹配，这样即增加了生产成本，也延长了生产周期。另外，目前国际上TMCP工艺生产的中厚板产品一般都是纯铁素体或纯贝氏体的单相基体组织，虽然通过控制轧钢参数，有时也可以获得铁素体和贝氏体混合组织或多相组织，但一般都是晶粒比较粗大的粒贝组织，强度虽然提高了，但塑性和韧性却变差。

中国专利200680039706.2公开了一种“用于制造具有多相组织的热轧带材的方法”，通过热连轧工艺生产TRIP钢（相变诱发塑性钢）的方法，其在成分设计时添加较高的碳，并对Ni的含量没有要求，该成分体系只适用于生产热连轧或冷轧厚度≤16mm的带钢或卷板，对于单个轧制的中厚板不适用。中国专利201180011390.7公开了一种“多相组织不锈钢板及钢带及它们的制造方法”，通过对冷轧不锈钢板或钢带进行离线多相化退火，形成铁素体和马氏体的多相组织，与本发明的在线轧制存在明显差异。中国专利201410791739.9公开了“一种直缝焊管用X90级别多相组织管线钢板及其制造方法”其发明内容的化学成分与本发明不同，添加了Mo元素，成本较高，并且添加Mo元素虽然可显著提高钢板的强度，但会抑制碳化物的聚集扩散，从而抑制铁素体的产生，促进粒状贝氏体的生成，对轧制原始奥氏体晶粒较大的厚规格钢板的心部韧性不利，因此只适用于厚度在30mm以下的管线钢产品，不适用于50mm以上的厚规格钢板。同时其生产工艺中轧后的冷却速度达到25~35℃/s，目前宽厚板生产企业的轧后冷却设备能力不够，尤其是厚度大于50mm的钢板很难实现这么大的冷却速度。

发明内容

本发明旨在提供一种多相组织高韧性船板钢EH40的生产方法，特别是生产厚度为50~100mm的厚板，克服现有TMCP工艺技术的不足，满足行业发展需求，实现节能降耗、低碳环保的绿色钢铁理念。

本发明的技术方案：

一种多相组织高韧性船板钢EH40的生产方法，钢的组成重量百分比为：碳=0.04~0.08，硅=0.15~0.35，锰=1.50~1.60，磷≤0.015，硫≤0.005，铌=0.02~0.03，钛=0.008~0.02，铝=0.015~0.05，镍=0.30~0.40，其余为Fe和不可避免的杂质。工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢[C]≤0.005%；采用LF+RH精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，白渣保持时间≥20min，RH真空脱气处理，出站钢水中[N]≤40ppm，[H] ≤1.5ppm；

连铸：采用全程保护浇铸，铸坯厚度≥300mm，控制铸坯心部偏析C类≤0.5级；

轧制：采用两阶段轧制，粗轧终轧温度≥980℃，中间坯≥2倍板厚，精轧开轧温度740~770℃，终轧温度730℃～760℃；

弛豫：轧后弛豫至Ar3以下10~20℃，弛豫时间控制在铁素体相变1/3时再入水冷却；

冷却：采用Mulpic的DQ超快冷工艺，冷却速率要求钢板心部5~10℃/S，终冷温度≤200℃。

用本发明方法生产的高韧性船板钢EH40组织为先共析铁素体+低碳贝氏体+少量残余奥氏体的多相组织，其中铁素体的体积分数为25%~40%，贝氏体的体积分数为50%~70%，MA组元的体积分数为5%~15%。钢板厚度为50~100mm，屈服强度400~460MPa，抗拉强度520~600Mpa，低温-40℃心部冲击韧性达到200J以上，碳当量Ceq≤0.40。

发明创新原理：传统工艺一般通过粗轧阶段奥氏体的再结晶和精轧阶段晶粒压扁拉长的方式来细化晶粒。本发明通过成分设计、低温轧制、弛豫以及强冷工艺，对轧后的相变组织精确调控，形成细小的多相组织，来细化原始奥氏体晶粒，达到改善钢板强韧性的目的。

固态相变原理：轧制过程中，精轧阶段在Ar3点以上完成终轧，进入弛豫待温阶段，先共析铁素体会在奥氏体晶界附近优先转变。当转变的铁素体的体积分数达到1/3时，进入Mulpic进行快速冷却，未转变的过冷的奥氏体会迅速进入贝氏体转变区间，通过控制冷却速度在5~10℃/S，过冷奥氏体逐渐转变为针铁、粒贝和板贝等低碳贝氏体组织，同时与先共析铁素体一起完成对粗大的原始奥氏体晶粒的切割，形成细小的晶粒，改善钢板的韧性。剩余未转变的过冷奥氏体则随着温度的进一步降低进入马氏体转变区间而变成MA岛组元，最终形成以先共析铁素体+低碳贝氏体+少量残余奥氏体的混合多相组织。

化学成分设计采用低碳的设计理念。C含量的提高，虽然能够提高强度和降低Ar3温度，但恶化钢的低温韧性和焊接性能，同时低C的成分能抑制高温铁素体转变时珠光体的形成，促进贝氏体的转变，因此控制C含量在0.04~0.08%。锰是弱碳化物形成元素，它可以降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒，对提高钢板强度和韧性有益。为了提高强度而又不影响冲击韧性，在C-Mn钢固溶强化的基础上，复合添加Nb、Ti、Ni等合金元素，充分发挥细化晶粒、沉淀强化和相变强化等作用以达到高强度、高韧性和优良的焊接性能目的。Ni对提高钢板的韧性尤为关键，可有效弥散C化物的聚集，稳定过冷奥氏体，抑制铁素体和贝氏体晶粒的长大。当含量大于0.3%时，结合Mulpic的DQ超快冷工艺，控制轧后冷却速率在5~10℃/S，最终形成以先共析铁素体和低碳贝氏体为主的复合多相组织，完成对原始奥氏体晶粒的切割，改善低温韧性。但Ni价格昂贵，过多添加会增加制造成本，因此将上限设定为0.4%。

本发明的突出特点和显著效果主要体现在：本发明方法突破传统TMCP工艺轧制连铸坯压缩比限制，不需追加热处理工艺；生产低温冲击要求-40℃以下的高韧性钢板，最大厚度可达到100mm，在保证产品质量的同时，降低合金含量和生产成本，缩短交货周期；本发明方法生产的是一种节约型、低碳环保钢材新品种，可广泛应用于造船、海工、风电、桥梁、建筑及工程机械等多个领域厚板的制造；本发明方法可利用钢厂现有设备和工艺条件实现，即不需增加投资和设备改造，又提高了生产效率，节能减耗。

附图说明

图1为本发明生产的船板EH40的典型金相组织（500X）。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明之成分控制范围、最佳实施方式等主要内容作进一步说明：

实施例1：

一种多相组织高韧性船板钢EH40的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为：碳=0.06，硅=0.22，锰=1.56 ，磷=0.008，硫=0.0016，铌=0.025，钛=0.014，铝=0.046，镍=0.36，其余为Fe和不可避免的杂质。工艺步骤包括：冶炼：转炉出钢 [C]=0.0032，采用LF+RH精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，白渣保持时间22min，RH真空脱气处理，出站钢水[N]=38 ppm，[H]=1.2ppm；连铸采用全程保护浇铸，铸坯厚度300mm，铸坯低倍心部偏析C类0.5级。

所用铸坯轧制成品厚度50mm的EH40船板，加热温度为1152℃，采用两阶段轧制，第一阶段粗轧终轧温度1031℃，中间坯120mm，第二阶段精轧开轧温度765℃，终轧温度在743℃；轧后钢板弛豫92S入水冷却，入水钢板温度715℃，采用Mulpic的DQ工艺进行冷却，冷却平均速率9.6℃/S，终冷温度135℃。钢板力学性能见表1所示。

实施例2：

一种多相组织高韧性船板钢EH40的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为：碳=0.07，硅=0.22，锰=1.56 ，磷=0.008，硫=0.0018，铌=0.026，钛=0.015，铝=0.044，镍=0.37，其余为Fe和不可避免的杂质。关键工艺步骤包括：冶炼：转炉出钢 [C]=0.0036，采用LF+RH精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，白渣保持时间21min，RH真空脱气处理，出站钢水[N]=36ppm，[H]=1.5ppm；连铸采用全程保护浇铸，中包铸坯厚度300mm，铸坯低倍心部偏析C类0.5级。

本实施例用铸坯轧制成品厚度80mm的EH40船板，加热温度为1188℃，采用两阶段轧制，第一阶段粗轧终轧温度1042℃，中间坯185mm，第二阶段精轧开轧温度742℃，终轧温度在748℃；轧后钢板弛豫285S入水冷却，入水钢板温度708℃，采用Mulpic的DQ工艺进行冷却，冷却平均速率6.5℃/S，终冷温度65℃。钢板力学性能见表1所示。

实施例3：

一种多相组织高韧性船板钢EH40的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为：碳=0.05，硅=0.25，锰=1.55 ，磷=0.009，硫=0.0017，铌=0.028，钛=0.015，铝=0.046，镍=0.37，其余为Fe和不可避免的杂质。关键工艺步骤包括：冶炼：转炉出钢 [C]=0.0024，采用LF+RH精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，白渣保持时间20min，RH真空脱气处理，出站钢水[N]=36ppm，[H]=1.5ppm；连铸采用全程保护浇铸，中包铸坯厚度300mm，铸坯低倍心部偏析C类0.5级。

本实施例用铸坯轧制成品厚度100mm的EH40船板，加热温度为1195℃，采用两阶段轧制，第一阶段粗轧终轧温度1002℃，中间坯205mm，第二阶段精轧开轧温度741℃，终轧温度在736℃；轧后钢板弛豫324S入水冷却，入水钢板温度702℃，采用Mulpic的DQ工艺进行冷却，冷却平均速率5.1℃/S，终冷温度55℃。钢板力学性能见表1所示。

表1 实施例中EH40钢的力学性能

从表1测试结果可见，采用本发明的方法生产的EH40钢板，厚度规格50~ 100mm，通过调控出铁素体含量在30%左右的多相组织，屈服强度400~460MPa，抗拉强度520~600Mpa，低温-40℃心部冲击韧性达到226J以上，碳当量（Ceq）≤0.40，集高强度、高韧性和高焊接性能于一体，能够很好的满足超大型船舶用钢的使用需求。

Claims (1)

1.一种多相组织高韧性船板钢EH40的生产方法，其特征在于：钢的化学组成重量百分比为：碳=0.04～0.08，硅=0.150.35，锰=1.501.60，磷≤0.015，硫≤0.005，铌=0.020.03，钛=0.0080.02，铝=0.0150.05，镍=0.300.40，其余为Fe和不可避免的杂质；工艺步骤包括：

冶炼：转炉出钢[C]≤0.005%；采用LF+RH精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩，白渣保持时间≥20min，RH真空脱气处理，出站钢水中[N]≤40ppm，[H] ≤1.5ppm；

连铸：采用全程保护浇铸，铸坯厚度≥300mm，控制铸坯心部偏析C类≤0.5级；

轧制：采用两阶段轧制，粗轧终轧温度≥980℃，中间坯≥2倍板厚，精轧开轧温度740770℃，终轧温度730℃～760℃；

弛豫：轧后弛豫至Ar3以下1020℃，弛豫时间控制在铁素体相变1/3时再入水冷却；

冷却：采用Mulpic的DQ超快冷工艺，冷却速率要求钢板心部510℃/S，终冷温度≤200℃。