CN109576466A - 一种低压缩比特厚低温结构钢板及其制造方法 - Google Patents

一种低压缩比特厚低温结构钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低压缩比特厚低温结构钢板，钢板厚度为180～220mm，生产过程中坯料到成品的压缩比≤3按重量百分比％计组分为C 0.06～0.12，Si 0.3～0.4，Mn 1.5～1.9，Nb+Ti+V≤0.15，Al 0.06～0.08,P≤0.012，S≤0.003，N：0.003～0.005，余量为Fe及不可避免的杂质。生产流程钢水冶炼—连铸—连铸坯加热—高压水除鳞—控轧控冷—矫直—钢板正火处理—正火后加速冷却。能够满足‑60℃条件下冲击功≥100J，屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥490MPa以及具有良好的抗层状撕裂性能。

Description

一种低压缩比特厚低温结构钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种低压缩比特厚低温结构钢板及其制造方法。
背景技术
随着大型装备制造工程的不断发展，特厚结构钢板的需求越来越多，同时对钢板的性能要求也越来越高，除了常规拉伸冲击外，根据使用环境的不同，部分增加超低温环境下使用的低温冲击要求。对于特厚板来讲，主要难点有两点，一是由于成品钢板厚度增加，导致整体压缩比降低，晶粒粗大，性能难以保证；二是即使采取钢锭、复合坯等手段增加压缩比，但是由于坯料质量问题以及晶粒粗大问题，冲击功很难保证，尤其是～60℃条件下低温冲击功。因此，目前180～220mm厚度低压缩比特厚低温结构钢板目前尚未出现。
专利公告号CN104451375A公布了“一种160mm厚Q235C低压缩比特厚钢板其制备方法”，采用一阶段轧制和水冷工艺生产特厚Q235C级结构钢，但是在具体微合金元素的应用、加热温度选择、轧制过程控制均存在量产化难度大的难题，无法生产应用，最终产品也无法满足在～60℃低温条件下使用。
专利公告号CN104561772B公布了“一种130mm～150mm厚度超低温钢板及其的生产方法”，采用钢锭生产和两阶段轧制，正火工艺生产，虽然满足低温条件下使用，但是制造方法存在生产周期长，对压缩比明确要求≥4，能耗高，生产成本高，市场竞争力差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种低压缩比特厚低温结构钢板的生产方法，实现了以连铸的方式来生产180～220mm的特厚结构钢板，通过对生产工艺进行设计，在压缩比≤3的情况下，产品的性能可满足-60℃条件下使用。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种低压缩比特厚低温结构钢板，其特征在于：按重量百分比％包括以下组分C 0.06～0.12，Si 0.3～0.4，Mn 1.5～1.9，Nb+Ti+V≤0.15，Al 0.06～0.08,P≤0.012，S≤0.003，N：0.003～0.005，余量为Fe及不可避免的杂质，Nb、Ti、V均不为0。
产品的厚度为180～220mm，生产过程中由坯料到成品的压缩比≤3。
本发明中所含有所有关键组分的作用及其含量选择理由具体说明如下：
C：钢中对强度、韧性影响非常敏感的元素，碳含量过高，铁素体珠光体钢中铁素体的比例会降低，带状组织严重，韧性会下降；碳含量过低，则强度会降低。本发明专利中，重点考虑碳含量对韧性和强度的影响，既能够保证钢的低温韧性，又能满足一定强度要求，综合平衡，C含量选择范围为0.06-0.12％。
Si：以固溶强化形式提高钢的强度，过高会对表面质量、韧性及焊接性能产生不利影响，本发明专利中重点考虑对强度的影响，综合考虑，本发明Si含量选择范围为0.3-0.4％。
Mn：以固溶强化为主，对强度和韧性均有明显贡献，含量过高容易产生心部中心偏析较为严重，尤其是铁素体珠光体带状组织非常严重的钢，Mn的偏析会加重韧性恶化，综合考虑，Mn的选择范围为1.5-1.9％；
Nb、V、Ti：钢中对奥氏体晶粒度细化的主要元素，可通过减缓或阻止原奥氏体晶界扩张来细化原奥氏体晶粒度；Nb通过固溶强化和应变诱导析出强化能够细化原奥氏体晶粒，同时对未再结晶组织产生细化，从而提高钢的强度和韧性；V的析出强化效果较好，但是细晶强化效果较差；Ti可与N形成Ti(CN)，细化原奥氏体晶粒，同时提高Nb的固溶度，降低含Nb钢的微裂纹敏感性，一般与Nb复合加入；综合考虑，对本发明重点考虑细化晶粒效果，Nb+V+Ti含量的选择范围为≤0.15％。
Al:主要脱氧元素，可通过形成AlN起到细化晶粒的作用，本发明专利中重点利用AlN的细化晶粒作用，选择范围为0.06-0.08％；
N在铁素体钢中，可与Al、Nb、V、Ti等微合金化元素形成大量细小的碳氮化物析出相，不仅能够提高钢的强度，还能够提高钢的韧性，综合考虑，N的选择范围为0.003-0.005％。
本申请在成分设计上，通过降低碳含量来保证低温冲击的稳定性，同时加入Nb、V、Ti、Al等微合金化细化晶粒元素，配以少量的N，来达到细化原奥氏体晶粒，并实现析出强化的目的。
本申请低圧缩比低温结构钢板的制造方法，步骤如下
(1)冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF精炼、RH精炼脱气处理和连铸工艺处理，浇注成370-450mm厚度特厚高纯净连铸坯。
(2)连铸坯加热至1050～1100℃，通过中低温加热，控制原奥氏体晶粒度的长大，均热段保温80-100min，连铸坯出炉后使用高压水除鳞。
(3)轧制采用一阶段高温大压下手动轧制，控制开轧温度1000-1050℃，终轧温度900-930℃，单道次压下量40-60mm，后二道次平均压下率≥20％；通过高温大压下工艺，实现奥氏体晶粒度的二次细化。
同时，在每个道次之间穿插中间冷却工艺，控制单道次温度降低在10-30℃之间，冷速1-3℃/s，利用穿插中间冷却(水幕或高压水冷却)，提高奥氏体再结晶时的形核速率，从而增大形核点，提升晶粒细化效果；同时，为每一道次的奥氏体再结晶提供更为充裕的时间，实现了反复不断的再结晶过程。从而最大限度上，于整个轧制过程对原奥氏体晶粒度进行细化。
(4)钢板轧制后进入ACC冷却设备进行冷却，返红温度控制在680-730℃，冷速控制在3-8℃/s。
(5)钢板轧后进行正火处理，正火温度为880℃，正火在炉时间为1.5min/cm，正火处理后采用加速冷却的方式，返红温度650-700℃，冷速3-8℃/s。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提供了一种180-220mm厚度低压缩比特厚低温结构钢板的制造方法，在压缩比≤3的情况下，通过低碳+Nb、V、Ti、Al、N等微合金化元素设计，利用高温大压下+道次间穿插中间冷却的特殊轧制工艺、正火+ACC冷却工艺，获得了晶粒极细小的组织，该组织可满足-60℃条件下使用的低压缩比特厚结构钢板的生产。
采用低圧缩比生产的前提下，产品的性能：-60℃低温冲击功≥100J，屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥490MPa以及良好的抗层状撕裂性能，属于一种低圧缩比生产的特厚低温结构钢。
附图说明
图1为本发明为180mm厚度钢板的显微组织照片；
图2为本发明为220mm厚度钢板的显微组织照片。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1-2：
根据本发明的化学成分范围及制造方法，经KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—控轧控冷—矫直—钢板正火处理+正火后加速冷却等工艺步骤，制造厚度180mm(实施例1)和220mm(实施例2)的特厚低温结构钢板。
上述加热、轧制和缓冷阶段的具体工艺为：将370mm(实施例1)和450mm(实施例2)厚度连铸坯加热至1050-1100℃，保温80min(实施例1)和100min(实施例2)，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；然后进行轧制，开轧温度1000-1050℃(实施例1和2)，道次平均压下量为47.5mm(实施例1)和57.5mm(实施例2)，4个道次完成(实施例1和2)，后2道次平均压下率为24.7％(实施例1)和24.4％(实施例2)，轧制道次间采用中间水幕对坯料冷却，中间每个道次冷却降低温度约25-30℃(实施例1和2)，并控制冷却速度为2℃/s(实施例1)和2.7℃/s(实施例2)，控制终冷温度在900-920℃(实施例1和2)；轧后进行ACC加速冷却，冷却速度3-8℃/s，控制返红温度在680-730℃区间内(实施例1和2)。然后进行正火处理，正火温度为880℃(实施例1和2)，在炉时间270min(实施例1)和330min(实施例2)，热处理后进行加速冷却，返红温度在650-700℃(实施例1和2)。
实施例1和2制得的钢板化学成分见表1，钢板的力学性能见表2，钢板的显微组织如图1和图2所示。
表1实施例1和2中钢板的化学成分(wt.％)
实施例 C Si Mn P S Al Nb+V+Ti [N]
1 0.11 0.36 1.81 0.008 0.0009 0.066 0.13 0.0042
2 0.12 0.36 1.80 0.0010 0.0011 0.064 0.14 0.0039
表2实施例1和2中钢板的力学性能
从表中可知，在压缩比小于3的前提下，本申请仍然获得了一种低温韧性优良的特厚结构钢板
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低压缩比特厚低温结构钢板，其特征在于：按重量百分比％包括以下组分C0.06～0.12，Si 0.3～0.4，Mn 1.5～1.9，Nb+Ti+V≤0.15，Al 0.06～0.08,P≤0.012，S≤0.003，N：0.003～0.005，余量为Fe及不可避免的杂质，Nb、Ti、V均不为0。
2.根据权利要求1所述的低压缩比特厚低温结构钢板，其特征在于：所述产品的厚度为180～220mm，生产过程中坯料到成品的压缩比≤3。
3.根据权利要求2所述的低压缩比特厚低温结构钢板，其特征在于：所述钢板的-60℃低温冲击功≥100J，屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥490MPa，Z向拉伸断面收缩率≥60％。
4.一种低压缩比特厚低温结构钢板的制造方法，其特征在于：步骤如下
(1)连铸：采用连铸工艺将高纯净钢水浇注成370-450mm的特厚连铸坯；
(2)连铸坯加热；
(3)轧制：采用一阶段高温大压下轧制工艺，实现奥氏体晶粒度的二次细化，同时，在相邻道次间采用中间冷却工艺，控制单道次温度降低在10-30℃之间，冷速1-3℃/s，直至轧制完成，轧制的总压缩比≤3；
(4)冷却：采用加速冷却，控制返红温度控制在680-730℃；
(5)热处理：对钢板进行正火处理，正火处理后采用加速冷却，控制返红温度650-700℃。
5.根据权利要求4所述的低压缩比特厚低温结构钢板的制造方法，其特征在于：步骤3中，控制轧制的开轧温度1000-1050℃，终轧温度900-930℃，单道次压下量40-60mm，后二道次平均压下率≥20％。
6.根据权利要求4所述的低压缩比特厚低温结构钢板的制造方法，其特征在于：步骤2中，采用中低温加热，控制加热温度区间1050～1100℃，均热段保温时间80-100min。
7.根据权利要求4所述的低压缩比特厚低温结构钢板的制造方法，其特征在于：步骤4中，将轧制后的钢板送入ACC冷却设备冷却。
8.根据权利要求4所述的低压缩比特厚低温结构钢板的制造方法，其特征在于：步骤5中，正火温度为880±15℃，正火在炉时间为1.5±0.3min/cm。
9.根据权利要求4所述的低压缩比特厚低温结构钢板的制造方法，其特征在于：步骤1中，高纯净钢水的化学成分满足C 0.06～0.12％，Si 0.3～0.4％，Mn 1.5～1.9％，Nb+Ti+V≤0.15％，Al 0.06～0.08％,P≤0.012％，S≤0.003％，N：0.003～0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质，Nb、Ti、V均不为0。
10.根据权利要求4所述的低压缩比特厚低温结构钢板的制造方法，其特征在于：高纯净钢水的冶炼流程：冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF精炼、RH精炼脱气处理。
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