CN109439857A - 一种fo460海工厚板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FO460海工厚板及其制造方法，该钢板不含贵重的Ni、Cu元素，在满足船级社标准的化学成分范围内，保证性能优良的同时成本大幅降低。其屈服强度≥469MPa，抗拉强度≥577MPa，延伸率≥20.5％，Z向截面收缩率≥65％，力学性能满足各大船级社标准中对460级别F级超高强海工钢的性能要求。该制造方法通过洁净钢的冶炼，降低坯料偏析和疏松等内部缺陷；通过低温加热和粗轧大压下，破碎柱状晶和细化奥氏体晶粒；通过低温精轧累积变形以及较低温度控冷，得到控制热轧后晶粒大小的目的；热处理后，晶粒细小，组织均匀，内应力小。该钢板的生产工艺稳定，机械性能优良。

Description

一种FO460海工厚板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种海洋工程用钢，具体涉及一种FO460海工厚板及其制造方法。
背景技术
海洋工程装备及高技术船舶作为高端装备制造的一部分，将大力发展深海探 测、资源开发利用、海上作业保障装备及其关键系统和专用设备；推动深海空间 站、大型浮式结构物的开发和工程化，必然对海洋平台用钢的需求量及要求也 不断扩大，逐渐向高强度、厚规格方向发展。
F级超高强海洋工程用钢为船舶和海洋工程焊接结构关键部位用钢，服役环 境严苛，因此要求其具有高强度、高韧性、高塑性、易焊接等优异的综合性能。 2017年起，BV、CCS、VL、LR、KR等船级社对超高强海工钢的交货条件提出新 的要求即对于厚度＞50mm的钢板，必须加做板厚1/2冲击，但在提高钢板韧性 指标要求的同时，对屈服强度的要求相应进行了降低。但一些更高要求的海洋平 台的关键部位用钢对于厚度＞50mm的钢板，必须加做板厚1/2冲击，且屈服强 度不允许降低要求，FO460海工钢就是其典型代表钢种。
授权公告号CN 101705439B的发明专利，公开了一种低温高韧性F460 级超高强度造船用钢板及其制造方法，该钢板的制造方法为控轧控冷，然 而海工装备制造企业对460MPaF级海工钢的性能均匀性、性能波动值要求 非常高，均要求调质态交货，控轧控冷交货已无法满足要求；另外，该钢 板的成分设计含有贵重元素Ni、Cu，并且该钢板的最大厚度只到60mm厚， 满足不了F级超高强海工钢对厚板的供货要求。而常规调质态交货的460MPaF级海工钢均含有大量贵重元素Ni、Mo、Cu，价格昂贵，会大幅度 提高海工装备企业的生产成本。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种FO460海工厚板， 该钢板不含Ni、Cu等贵重元素，在保证性能的同时大幅度降低生产成本。
本发明的另一目的是提供一种上述海工厚板的制造方法，该方法制造的海工 厚板为调制态。
技术方案：本发明所述的一种FO460海工厚板，其成分以质量百分比计含有 C：0.06～0.09％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.40～1.60％，P≤0.010％，S≤0.002％， Nb：0.010～0.030％，V：0.030～0.050％，Ti：0.007～0.020％，Cr：0.10～0.20％， Mo：0.07～0.25％，Al：0.025～0.050％，O≤18ppm，N≤38ppm，H≤2.0ppm，余 量为Fe及不可避免的杂质。
该钢板的厚度为40～90mm。
该钢板的金相组织为低碳贝氏体组织、铁素体组织以及珠光体组织的组合。
而本发明所述的一种上述FO460海工厚板的制造方法，包括如下工艺步骤：
(1)炼钢：铁水脱硫的目标硫含量≤0.003％；转炉冶炼采用高吹低拉法或 双渣法脱磷，转炉出钢挡渣；精炼采用白渣操作，白渣保持时间≥18min，精炼 总时间≥38min；真空处理保持时间≥15min，真空处理后进行无缝钙线处理；
(2)连铸：控制连铸中间包的目标温度比液相线温度高5～15℃，稳定控 制拉速；
(3)轧制：采用控轧控冷工艺，轧前将铸坯加热至1100～1160℃；然后分 两阶段轧制，粗轧开轧温度980～1080℃，精轧开轧温度800～840℃；轧后层流 冷却，终冷温度500～550℃，冷却速率5～8℃/s；
(4)热处理：淬火处理的淬火温度为890～910℃，升温速率为1.4min/mm， 保温时间为0～25min；回火处理的回火温度550～650℃，升温速率为2.0min/mm， 保温时间为40～120min。
有益效果：与现有技术相比，本发明的钢板不含贵重的Ni、Cu元素，在满 足船级社标准的化学成分范围内，保证性能优良的同时成本大幅降低。其屈服强 度≥469MPa，抗拉强度≥577MPa，延伸率≥20.5％，Z向截面收缩率≥65％，力学 性能满足各大船级社标准中对460级别F级超高强海工钢的性能要求。该制造方 法通过洁净钢的冶炼，降低坯料偏析和疏松等内部缺陷；通过低温加热和粗轧大 压下，破碎柱状晶和细化奥氏体晶粒；通过低温精轧累积变形以及较低温度控冷， 得到控制热轧后晶粒大小的目的；热处理后，晶粒细小，组织均匀，内应力小。 该钢板的生产工艺稳定，机械性能优良。
附图说明
图1是本发明实施例1的90mm海工厚板的金相组织形貌图；
图2是本发明实施例4的40mm海工厚板的金相组织形貌图。
具体实施方式
下面，结合实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明公开了一种FO460海工厚板及其制造方法，其中，该钢板的成分以质 量百分比计含有C：0.06～0.09％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.40～1.60％，P≤0.010％， S≤0.002％，Nb：0.010～0.030％，V：0.030～0.050％，Ti：0.007～0.020％，Cr： 0.10～0.20％，Mo：0.07～0.25％，Al：0.025～0.050％，O≤18ppm，N≤38ppm， H≤2.0ppm，余量为Fe及不可避免的杂质。具体制造方法包括如下工艺步骤：
(1)炼钢：按照洁净钢的冶炼及控制，铁水预处理进行降硫，铁水脱硫的 目标硫含量≤0.003％；转炉冶炼采用高吹低拉法或双渣法脱磷，转炉出钢挡渣防 止回磷；精炼采用白渣操作，并充分保证白渣精炼时间，白渣保持时间≥18min， 精炼总时间≥38min，吸附夹杂物和减少钢中的S、O等元素含量；真空处理保持 时间≥15min，降低H、N等有害元素含量；真空处理后进行无缝钙线处理，改善 夹杂物形态；得到符合上述成分构成的钢液。
(2)连铸：控制连铸中间包的目标温度比液相线温度高5～15℃，稳定控 制拉速；得到内部质量优良的连铸坯。
(3)轧制：采用控轧控冷工艺，轧前将铸坯加热至1100～1160℃，保证微 合金元素固溶的情况下，使原始晶粒较为细小；然后分两阶段轧制，粗轧开轧温 度980～1080℃，采用高温低速大压下来破碎柱状晶、焊合坯料内部缺陷、细化 奥氏体晶粒；精轧开轧温度800～840℃，精轧后三道次累计压下率大于30％；轧 后层流冷却，终冷温度500～550℃，冷却速率5～8℃/s；通过在未在结晶区的 低温大变形诱导铁素体机制以及中低温控冷工艺，实现控制晶粒大小的目的。
(4)热处理：淬火处理的淬火温度为890～910℃，升温速率为1.4min/mm， 保温时间为0～25min，既保证钢板淬火前完全奥氏体化，又保证钢板淬火前组 织细小均匀；回火处理的回火温度550～650℃，升温速率为2.0min/mm，保温时 间为40～120min，保证了钢板通过回火进行组织调控的同时进行消应力处理， 在钢板性能优良的情况下，防止钢板使用过程中出现切割变形。
经过上述步骤后即得所述FO460海工厚板。
具体的，提供四组实施例对本发明的FO460海工厚板及其制造方法做进一步 详细说明。该四组实施例的钢板成分如表1所示：
表1实施例1～4钢板的成分含量(以质量％计)
各实施例的制造方法及技术参数如下：
实施例1:生产90mm厚的FO460海工厚板，炼钢及连铸工艺：铁水脱硫后目 标硫0.003％；转炉冶炼采用双渣法脱磷，转炉出钢挡渣；精炼采用白渣操作， 白渣保持时间20分钟，精炼总时间40分钟；真空处理保持时间15分钟；真空 处理后进行无缝钙线处理；连铸中包目标温度为液相线温度+10℃，拉速稳定。
轧制工艺：采用控轧控冷工艺，为两阶段轧制；轧前连铸坯加热温度1100℃； 粗轧温度980℃，低速大压下轧制，第一道道次压下量40mm；精轧开轧温度840℃， 后三道累积压下率30％；轧后层流冷却，终冷温度500℃，冷却速率5℃/s；随 后空冷。
热处理工艺：进行淬火处理，淬火温度为900℃，升温速率为1.4min/mm， 保温时间为25min；进行回火处理，回火温度580℃，升温速率为2.0min/mm， 保温时间为120min，得到不平度2mm/m板形优良的FO460海工厚板。
实施例2：生产80mm厚的FO460海工厚板，炼钢及连铸工艺：铁水脱硫后 目标硫0.003％；转炉冶炼采用高吹低拉法脱磷，转炉出钢挡渣；精炼采用白渣 操作，白渣保持时间18分钟，精炼总时间38分钟；真空处理保持时间15分钟； 真空处理后进行无缝钙线处理；连铸中包目标温度为液相线温度+15℃，拉速稳 定。
轧制工艺：采用控轧控冷工艺，为两阶段轧制；轧前连铸坯加热温度1130℃； 粗轧温度1000℃，低速大压下轧制，第一道道次压下量38mm；精轧开轧温度820℃， 后三道累积压下率31％；轧后层流冷却，终冷温度520℃，冷却速率6℃/s；随 后空冷。
热处理工艺：进行淬火处理，淬火温度为890℃，升温速率为1.4min/mm， 保温时间为0min；进行回火处理，回火温度550℃，升温速率为2.0min/mm，保 温时间为80min，得到不平度2mm/m板形优良的FO460海工厚板。
实施例3：生产75mm的FO460海工厚板，炼钢及连铸工艺：铁水脱硫后目 标硫0.0025％；转炉冶炼采用高吹低拉法脱磷，转炉出钢当渣；精炼采用白渣操 作，白渣保持时间19分钟，精炼总时间43分钟；真空处理保持时间17分钟； 真空处理后进行无缝钙线处理；连铸中包目标温度为液相线温度+5℃，拉速稳定。
轧制工艺：采用控轧控冷工艺，为两阶段轧制；轧前连铸坯加热温度1150℃； 粗轧温度1050℃，低速大压下轧制，第一道道次压下量35mm；精轧开轧温度810℃， 后三道累积压下率32％；轧后层流冷却，终冷温度540℃，冷却速率7℃/s；随 后空冷。
热处理工艺：进行淬火处理，淬火温度为905℃，升温速率为1.4min/mm， 保温时间为15min；进行回火处理，回火温度620℃，升温速率为2.0min/mm， 保温时间为60min，得到不平度2mm/m板形优良的FO460海工厚板。
实施例4：生产40mm厚的FO460海工厚板，炼钢及连铸工艺：铁水脱硫后 目标硫0.0028％；转炉冶炼采用高吹低拉法脱磷，转炉出钢当渣；精炼采用白渣 操作，白渣保持时间19分钟，精炼总时间42分钟；真空处理保持时间17分钟； 真空处理后进行无缝钙线处理；连铸中包目标温度为液相线温度+8℃，拉速稳定。
轧制工艺：采用控轧控冷工艺，为两阶段轧制；轧前连铸坯加热温度1160℃； 粗轧温度1080℃，低速大压下轧制，第一道道次压下量34mm；精轧开轧温度800℃， 后三道累积压下率34％；轧后层流冷却，终冷温度550℃，冷却速率8℃/s；随 后空冷。
热处理工艺：进行淬火处理，淬火温度为910℃，升温速率为1.4min/mm， 保温时间为5min；进行回火处理，回火温度650℃，升温速率为2.0min/mm，保 温时间为40min，得到不平度2mm/m板形优良的FO460海工厚板。
如图1、图2所示，实施例1和实施例4调质处理后得到的FO460海工厚板 在金相显微镜的组织形貌图，其组织为细小均匀的低碳贝氏体组织+少量的铁素 体组织+少量的珠光体组织，从而保证了钢板性能优良。
调质后，实施例1～4的板厚1/4处和板厚1/2处的横向拉伸性能和横向冷 弯性能如表2所示，横向冲击性能和Z向性能如表3所示。
表2各实施例板厚1/4和1/2处的横向拉伸性能和横向冷弯性能
表3各实施例板厚1/4和1/2处的横向冲击性能和Z向性能
由表2和表3可以看出，实施例1～4的FO460海工厚板的屈服强度≥469MPa， 抗拉强度≥577MPa，延伸率≥20.5％，Z向截面收缩率≥65％，其力学性能满足各 大船级社标准中对460级别F级超高强海工钢的性能要求。

Claims (9)

1.一种FO460海工厚板，其特征在于，所述钢板的成分以质量百分比计含有C：0.06～0.09％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.40～1.60％，P≤0.010％，S≤0.002％，Nb：0.010～0.030％，V：0.030～0.050％，Ti：0.007～0.020％，Cr：0.10～0.20％，Mo：0.07～0.25％，Al：0.025～0.050％，O≤18ppm，N≤38ppm，H≤2.0ppm，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的FO460海工厚板，其特征在于，所述钢板的成分以质量百分比计含有C：0.07～0.09％，Si：0.20～0.30％，Mn：1.40～1.50％，P≤0.010％，S≤0.002％，Nb：0.020～0.030％，V：0.035～0.040％，Ti：0.010～0.020％，Cr：0.15～0.20％，Mo：0.07～0.15％，Al：0.030～0.040％，O≤18ppm，N≤38ppm，H≤2.0ppm，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的FO460海工厚板，其特征在于，所述钢板的厚度为40～90mm。
4.根据权利要求2所述的FO460海工厚板，其特征在于，所述钢板的厚度为75～90mm。
5.根据权利要求1所述的FO460海工厚板，其特征在于，所述钢板的金相组织为低碳贝氏体组织、铁素体组织以及珠光体组织的组合。
6.根据权利要求1所述的FO460海工厚板，其特征在于，所述钢板的不平度≤2mm/m。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述的FO460海工厚板的制造方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
(1)炼钢：铁水脱硫的目标硫含量≤0.003％；转炉冶炼采用高吹低拉法或双渣法脱磷，转炉出钢挡渣；精炼采用白渣操作，白渣保持时间≥18min，精炼总时间≥38min；真空处理保持时间≥15min，真空处理后进行无缝钙线处理；
(2)连铸：控制连铸中间包的目标温度比液相线温度高5～15℃，稳定控制拉速；
(3)轧制：采用控轧控冷工艺，轧前将铸坯加热至1100～1160℃；然后分两阶段轧制，粗轧开轧温度980～1080℃，精轧开轧温度800～840℃；轧后层流冷却，终冷温度500～550℃，冷却速率5～8℃/s；
(4)热处理：淬火处理的淬火温度为890～910℃，升温速率为1.4min/mm，保温时间为0～25min；回火处理的回火温度550～650℃，升温速率为2.0min/mm，保温时间为40～120min。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)中，粗轧第一道次压下量≥34mm。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)中，精轧后三道次的累计压下率大于30％。
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