CN109868412A - 一种焊前免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊前免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢及其制造方法，属于微合金钢生产技术领域。其技术方案是：转炉冶炼、炉外精炼、板坯连铸、板坯加热、高压水除鳞、双机架宽厚板轧机可逆式轧制、快速冷却，入坑缓冷。其中钢的化学成分及重量百分比含量为(Wt/％):C：0.08～0.11，Si：0.10～0.40，Mn：1.50～2.00，P：≤0.010，S：≤0.005，V：≥0.09，N：≥0.01，Alt：≤0.008，其余为Fe及不可避免的杂质。通过该方法可生产厚度100mm的钢板，该产品碳当量不大于0.40％，屈服强度达到500MPa以上，抗拉强度达到600MPa以上，屈强比不大于0.85，产品具有高强韧性和良好的可焊性。

Description

一种焊前免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢及其制造 方法

技术领域

本发明涉及微合金钢领域，具体地，本发明涉及一种焊前免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢及其制造方法，用于钢铁企业生产500MPa级高强钢板。

背景技术

厚规格钢板在工程机械、海洋工程、超高层建筑、石油化工、水电核电、压力容器以及军工装备等行业应用广泛，而且随着国民经济和科学技术的发展，上述行业对厚规格钢板的组织均匀性和强韧性的要求也越来越高。由于厚规格钢板产品厚度方向尺寸较大，轧制过程中压缩比较小，钢坯铸态组织缺陷难以通过热变形来消除，也难以通过控制轧制和控制冷却技术来提高钢板的强韧性，所以高组织均匀性和高强韧性厚规格钢板的生产一直是世界性的难题。电渣重熔板坯和连铸坯复合轧制技术也都是通过增加板坯原始厚度进而增加轧制过程压缩比的方法，在提高产品的组织均匀性和强韧性上效果明显。但这些技术都需要加大设备投资，而且增加了生产工序和生产成本，增加了污染排放不符合当前的节能环保政策。

目前开发的工艺简单、成本低廉、生产效率高的厚规格钢板的生产技术，主要集中在以下两方面：一试图利用钢中的硫化物或氧化物，或者与硫化物与微合金元素钒的复合析出物对铁素体形核的促进作用来提高铁素体相变的形核率，研究工作取得了一些有价值的研究结果，但由于钢中硫化物和氧化物对钢材韧性的不利影响，所以这种技术没有得到实际应用；二是在于低温轧制对微观组织的细化作用，但是这种技术仍然存在低温轧制轧机负荷大，以及钢板心部偏析组织无法有效改善等问题。

高强钢焊接过程中普遍采用焊前预热，焊前预热是防止冷裂纹、热裂纹和热影响区出现淬硬组织的有效措施。主要采用直接火焰加热、工频感应加热、远红外线加热、随炉加热等方法预热。所有预热方式均会增加能源消耗，提高焊接成本，降低焊接效率。

发明内容

针对现在技术的不足，本发明提供一种焊前免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢及其制造方法，本发明设计合理，产品具有低碳当量、低屈强比、高强韧性和焊前免预热等特性。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种焊前免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢，该钢的化学成分及重量百分比含量(Wt.％)为：

C：0.08～0.11，Si：0.10～0.40，Mn：1.50～2.00，P：≤0.013，S：≤0.005，V：≥0.09，N：≥0.01，Alt：≤0.008，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选的，化学成分及重量百分比含量(Wt.％)为：

C：0.09、Si：0.20、Mn：1.55、P：0.011、S：0.003、V：0.094、N：0.0124、Alt：0.005，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢的制造方法，包括转炉冶炼、炉外精炼、板坯连铸、板坯加热、高压水除鳞、双机架可逆式轧制、快速冷却、入坑缓冷；其中，板坯加热至1190℃～1250℃，加热时间不低于8min/cm，精轧开轧温度为840～870℃，精轧终轧温度为800℃～820℃，轧后采用快速冷却，冷却区平均冷却速度为5℃/s～20℃/s，冷却终止温度为580～620℃，480～620℃入坑缓冷。

进一步考虑的工艺条件，可优选以下几方面：

1)转炉冶炼

采用单渣工艺冶炼，终渣碱度控制在3.0～4.0，吨钢加入3.0～3.5kg硅钙钡进行脱氧处理，转炉终点控制P≤0.015％。

2)炉外精炼

采用LF精炼工艺，利用硅钙钡和碳化钙进行调渣，造白渣或黄白渣。精炼后的钢水喂入100m-120m高钙线进行钙化处理，并软吹氩气12-20分钟。

3)板坯加热

装炉方式：采用冷装，加热参考时间按8min/cm。要求将钢坯烧匀烧透，各点温度差≤20℃。入炉板坯加热制度具体要求见表1。

表1加热参数

4)轧制

精轧开轧温度为840～870℃，精轧终轧温度为800℃～820℃。

5)控冷制度

控制“水凸度”，保证钢板在宽度方向上的冷却均匀性；控制冷却速率、头尾部遮挡、冷却结束温度和钢板的摆动，保证钢板在长度方向上冷却的均匀性。冷却温度控制如下：冷却区平均冷却速度为5℃/s～20℃/s，冷却终止温度为580～620℃。

6)缓冷温度

钢板在480～620℃入坑缓冷。

本发明与现有技术相比：本发明可以实现100mm及以下500MPa级高强免预热焊接，提高生产效率，降低生产成本，节能又环保。

本发明通过采用合理的化学成分和工艺设计实现对纳米尺度的析出物充分控制，使该产品碳当量不大于0.40％，屈服强度达到500MPa以上，抗拉强度达到600MPa以上，屈强比不大于0.85，产品具有高强韧性和焊前免预热等特性。

附图说明

图1为实施例1高强钢在免预热焊接后表面图；

图2为实施例1为实施例1的显微图。

具体实施方式

本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。

实施例1：厚度100mm。

一种免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢，该钢的化学成分及重量百分比含量(Wt.％)为：

C：0.10、Si：0.20、Mn：1.59、P：0.010、S：0.003、V：0.099、N：0.0123、Alt：0.005，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢的制造方法，工艺包括：转炉冶炼—炉外精炼—板坯连铸—板坯加热—高压水除鳞—双机架可逆式宽厚板轧机轧制—快速冷却—入坑缓冷；

具体步骤如下：

1)转炉冶炼

采用单渣工艺冶炼，终渣碱度3.8，吨钢加入3.5kg硅钙钡进行脱氧处理，转炉终点控制P含量为0.010％。

2)炉外精炼

采用LF精炼工艺，利用硅钙钡和碳化钙进行调渣，造白渣或黄白渣。精炼后的钢水喂入100m高钙线进行钙化处理，并软吹氩气15分钟。

3)板坯加热

装炉方式：采用冷装，加热参考时间按8min/cm。要求将钢坯烧匀烧透，各点温度差≤20℃。入炉板坯加热制度具体要求见表2。

表2加热参数

4)轧制

精轧开轧温度为840℃，精轧终轧温度为800℃。

5)控冷制度

控制“水凸度”，保证钢板在宽度方向上的冷却均匀性；控制冷却速率、头尾部遮挡、冷却结束温度和钢板的摆动，保证钢板在长度方向上冷却的均匀性。冷却温度控制如下：冷却区平均冷却速度为5℃/s，冷却终止温度为580℃。

6)缓冷温度

钢板不低于480℃入坑缓冷。

本实施例所得高强钢采用免预热焊接后的表面图如图1所示，从图1可以看出，免预热焊接后表面无裂纹。所得高强钢的显微图如图2所示，从图2可以看出，可以控制纳米尺度的析出物直径5-10nm。

本实施例1的钢的有关性能参数列于表4中。

实施例2：80mm

一种免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢，该钢的化学成分及重量百分比含量(Wt.％)为：

C：0.09、Si：0.20、Mn：1.54、P：0.011、S：0.003、V：0.096、N：0.0117、Alt：0.005，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢的制造方法，工艺包括：转炉冶炼—炉外精炼—板坯连铸—板坯加热—高压水除鳞—双机架可逆式宽厚板轧机轧制—快速冷却—入坑缓冷；

具体步骤如下：

1)转炉冶炼

采用单渣工艺冶炼，终渣碱度3.5，吨钢加入3.2kg硅钙钡进行脱氧处理，转炉终点控制P含量为0.010％。

2)炉外精炼

采用LF精炼工艺，利用硅钙钡和碳化钙进行调渣，造白渣或黄白渣。精炼后的钢水喂入110m高钙线进行钙化处理，并软吹氩气12分钟。

3)板坯加热

装炉方式：采用冷装，加热参考时间按8min/cm。要求将钢坯烧匀烧透，各点温度差≤20℃。入炉板坯加热制度具体要求见表3。

表3加热参数

4)轧制

精轧开轧温度为850℃，精轧终轧温度为810℃。

5)控冷制度

控制“水凸度”，保证钢板在宽度方向上的冷却均匀性；控制冷却速率、头尾部遮挡、冷却结束温度和钢板的摆动，保证钢板在长度方向上冷却的均匀性。冷却温度控制如下：冷却区平均冷却速度为6℃/s，冷却终止温度为590℃。

6)缓冷温度

钢板不低于500℃入坑缓冷。

本实施例2的钢的有关性能参数列于表4中。

表4性能检验情况

本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。

本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种焊前免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢，其特征在于，所述高强钢的成分及重量百分比含量为：

C：0.08～0.11，Si：0.10～0.40，Mn：1.50～2.00，P：≤0.013，S：≤0.005，V：≥0.09，N：≥0.01，Alt：≤0.008，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的焊前免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢，其特征在于，其化学成分及重量百分比含量为：

C：0.09、Si：0.20、Mn：1.55、P：0.011、S：0.003、V：0.094、N：0.0124、Alt：0.005，其余为Fe及不可避免的杂质。

3.一种焊前免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢的制造方法，所述制造方法包括转炉冶炼、炉外精炼、板坯连铸、板坯加热、高压水除鳞、双机架宽厚板轧机可逆式轧制、快速冷却，入坑缓冷；

其中，板坯加热至1190℃～1250℃，加热时间不低于8min/cm，精轧开轧温度为840～870℃，精轧终轧温度为800℃～820℃，轧后采用快速冷却，冷却区平均冷却速度为5℃/s～20℃/s，冷却终止温度为580～620℃，480～620℃入坑缓冷。

4.根据权利要求3所述的焊前免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢的制造方法，其特征在于，转炉冶炼采用单渣工艺冶炼，终渣碱度控制在3.0～4.0，吨钢加入3.0～3.5kg硅钙钡进行脱氧处理，转炉终点控制P≤0.015％。

5.根据权利要求3所述的焊前免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢的制造方法，其特征在于，炉外精炼采用LF精炼工艺，利用硅钙钡和碳化钙进行调渣，造白渣或黄白渣，精炼后的钢水喂入100m-120m高钙线进行钙化处理，并软吹氩气12-20分钟。

6.根据权利要求3所述的焊前免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢的制造方法，其特征在于，板坯加热装炉方式：采用冷装，入炉板坯加热制度：

预热段760-950℃，加热一段950-1150℃，加热二段1150-1250℃，均热段1220-1280℃。

7.根据权利要求3-6任一项所述的焊前免预热大厚度低碳当量500MPa级高强钢的制造方法，其特征在于，所得高强钢的碳当量不大于0.40％，屈服强度达到500MPa以上，抗拉强度达到600MPa以上，屈强比不大于0.85。