CN110306111A - 一种厚规格钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种厚规格钢板及其制造方法，属钢铁冶金领域，该方法包括如下步骤：铁水KR预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、喂线、软搅拌、板坯连铸、板坯再加热、粗轧、中间坯待温冷却、精轧、ACC快速冷却、钢板矫直和堆垛缓冷，其中，板坯再加热阶段温度1120～1220℃，在炉时间≥1.0min/mm；粗轧阶段温度1000～1080℃，轧后中间坯厚度>2.5倍钢板厚度；精轧阶段温度≤900℃，终轧温度780~820℃，该阶段总压缩比≥60%；冷却阶段，终冷温度300~400℃，冷速10±5℃/s。该方法制造的钢板含有以下质量百分比的化学成分：C 0.06~0.09%，Si 0.10~0.30%，Mn 1.40~1.70%，Al 0.020~0.060%，Nb 0.03~0.05%，Ti≤0.020%，Cr≤0.30%，P≤0.016%，S≤0.005%，N≤0.080%，其余为铁及不可避免杂质元素，碳当量Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15]≤0.42%，焊接裂纹敏感性指数CEpcm=[C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B]≤0.20%，钢板适用厚度在40~70mm。

Description

一种厚规格钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，特别涉及一种厚规格钢板及其制造方法。
背景技术
随着我国及世界各国基础设施建设的不断进行，特别是桥梁建设的不断进行，桥梁设计载荷相应不断增加，桩管的厚度、强度以及韧性也相应不断提高，高强度(屈服强度＞460MPa)高韧性(-20℃冲击功＞100J)的结构钢的需求不断增多，另外，具有易焊接特性的钢板材料的需求量也不断增加。
以往类似规格强度的钢板往往采用调质态交货，一方面调质态钢板的合金含量较高，往往添加Ni、Mo等合金元素，合金含量及碳当量Ceq、Pcm均较高，另一方面调质交货需要额外增加热处理成本，不利于降低成本和推广应用。
此外，现有方法制造的厚规格钢板的合格率不高，性能均匀性也较差
另外，类似性能要求的钢板的生产主要采用中碳成分，即C含量在0.14wt.％以上，厚度规格也基本集中在30mm以下，应用范围较小。
发明内容
解决的技术问题：本发明的目的在于解决现有类似钢板存在生产成本高、应用范围小、合格率不高以及性能均匀性较差的问题，开发了一种厚规格钢板及其制造方法，该制造方法能够降低高强度特厚钢板的生产制造成本、提高合格率以及控制性能均匀性。
技术方案：一种厚规格钢板，含有以下质量百分比的化学成分：C 0.06～0.09％，Si 0.10～0.30％，Mn 1.40～1.70％，Al 0.020～0.060％，Nb 0.03～0.05％，Ti≤0.020％，Cr≤0.30％，P≤0.016％，S≤0.005％，N≤0.080％，其余为铁及不可避免的杂质元素，其中碳当量Ceq＝[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15]≤0.42％，焊接裂纹敏感性指数CEpcm＝[C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B]≤0.20％，所述钢板的适用厚度在40～70mm。
上述厚规格钢板的制造方法包括如下步骤：铁水KR预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、喂线、软搅拌、板坯连铸、板坯再加热、粗轧、中间坯待温冷却、精轧、ACC快速冷却、钢板矫直和堆垛缓冷，其中，板坯再加热阶段，温度为1120～1220℃，在炉时间不小于1.0min/mm；粗轧阶段，粗轧温度为1000～1080℃，粗轧后中间坯厚度大于2.5倍钢板厚度；精轧阶段，精轧温度为≤900℃，终轧温度为780～820℃，精轧阶段总压缩比≥60％；ACC快速冷却阶段，终冷温度为300～400℃，冷速控制为10±5℃/s。
作为优选，KR脱硫处理后，铁水S含量≤0.010wt.％；LF精炼处理后，钢液S含量≤0.005wt.％；RH真空处理后，钢中H含量小于2ppm；喂线阶段，喂入150～500m纯Ca线；软搅拌阶段，时长不小于10min。
作为优选，板坯连铸阶段采用无氧化保护浇注，其中，中间包过热度控制在25±5℃，拉速0.6～0.7m/min。
作为优选，板坯再加热阶段，温度为1177～1185℃；粗轧阶段，粗轧温度为1050～1055℃；精轧阶段，精轧温度为841～856℃，终轧温度为781～813℃；ACC快速冷却阶段，终冷温度为312～388℃，冷速控制为6.5～11℃/s。
作为优选，钢板矫直阶段，采用热矫进行板型矫正。
作为优选，堆垛缓冷阶段，缓冷至室温并利用钢板余温进行自回火。
有益效果：(1)本发明严格控制粗轧开始温度，提高了粗轧阶段的奥氏体再结晶效果。
(2)本发明严格控制精轧过程的压缩比和终轧温度，同时通过ACC加速冷却来促进钢板轧制过程中组织进一步细化，获得了以粒状贝氏体为主的组织。
(3)本发明获得了以粒状贝氏体为主的组织，其晶粒度级别＞10级，该组织类型及晶粒度有效保证了轧制钢板的头部、中部、尾部以及厚度方向上的组织均匀性，确保了性能同板差＜40MPa。
(4)本发明严格控制过程及成品S含量、H含量，采用纯Ca线进行夹杂物变形处理，软搅拌时间保证不小于10min，保证了钢质纯净度及洁净度。
(5)本发明采用热矫进行板型矫正，有利于应力的充分释放。
(6)采用轧后堆冷的方式进行自回火，保证了性能的同时也提高了探伤合格率。
(7)采用本发明方法生产的钢板的屈服强度(Rt0.5)≥485MPa，抗拉强度(Rm)≥580MPa,屈强比(Rt0.5/Rm)≤0.90，延伸率(A50)≥20％，-40℃夏比冲击功≥250J，-60℃夏比冲击功≥200J，硬度≤240HV10，机械性能满足GB/T 1591中Q460级别、API 5L中X70级别、EN 10025中S460级别的钢板要求。
(8)为了保证本发明的目的，使钢板达到上述高性能而对钢板进行的化学成分设计思路如下：
碳(C)：碳是影响强度、韧性、硬度及焊接性能的主要元素，可以与Nb、Ti、Cr、Mo、Fe形成碳化物，起到析出强化和晶粒细化韧化材料的作用。碳含量的增加，对提高钢的强度和硬度有明显作用，但碳含量的增加会增加M/A的含量和尺寸，对钢的延性、韧性有负面影响。所以，本发明钢采用的碳含量为0.06-0.09wt.％，一方面主要是考虑过低的碳会使得钢板的屈强比增高而且强度储备可能不足，另一方面主要是考虑钢板的韧性及优良的焊接性能。
锰(Mn)：锰是固溶强化元素，既可以提高钢的强度和硬度，也能够改善钢的韧性，在超低碳钢中，通常采取添加Mn的办法来减少C含量降低造成的强度损失。锰还能提高微合金元素铌(Nb)在钢中的溶解度，抑制碳氮化铌的析出。但过多的Mn会导致铸坯中心Mn偏析，对厚板的韧性有较大伤害，也不利于控制厚规格管线钢的带状组织。因此，本发明钢采用的锰含量为1.4～1.7wt.％。
铌(Nb)：铌是有效的晶粒细化元素，能够明显的抑制奥氏体晶粒长大，延迟γ→α转变，从而获得更加细小的组织。在热轧过程中，析出的碳氮化铌可以延迟再结晶及晶粒的长大过程，碳氮化铌通过钉扎位错，使得基体中可以保留更多的位错密度，提高钢的强度和韧性。固溶状态的铌可以延迟γ→α转变，细化铁素体晶粒，提高钢的韧性，在冷却过程中固溶的铌可以继续以Nb(CN)析出，进一步提高钢的强度。本发明钢采用的铌含量为0.03-0.05wt.％。
钛(Ti)：钛是强的固氮元素，可以形成弥散分布的TiN颗粒，从而可以在坯料加热过程和轧制过程中抑制奥氏体晶粒粗化，起到细化晶粒的作用，提高钢的低温韧性；同样，TiN颗粒对焊接热影响区晶粒的长大能够起到很好的抑制作用，改善焊接性能。同时，钛又是强脱氧元素，加入量过高钢中会产生氧化钛夹杂，且TiN析出粗大，影响钢的韧性。本发明钢采用的钛含量为≤0.020wt.％。
铬(Cr)：铬是碳化物形成元素，能够提高钢板硬度，起到沉淀强化的作用；铬作为铁素体形成元素，在高Nb钢中可以得到更多的针状铁素体组织；铬还能够提高钢的抗腐蚀及耐氢致开裂性能和提高淬透性，对于厚板厚度方向的性能控制有良好效果，但过量的铬将降低钢板的延伸性能，促进晶粒的长大而影响韧性，导致焊接区域的冷裂纹的产生。本发明钢采用的铬含量为≤0.30wt.％。
铝(Al)：Al为强固N元素，形成细小的AlN颗粒析出，可抑制板坯加热、轧制、淬火加热及焊接过程中的晶粒长大，达到细化晶粒、提高钢板的低温韧性及改善焊接性能。本发明钢采用的铝含量为0.02～0.06wt.％。
硫(S)：硫是有害元素，其不仅增加钢的热脆性，且易与Mn结合形成MnS，在高温轧制后形成长条形MnS夹杂，不仅影响钢板的抗层状撕裂性能，且钢板中的H易扩散到MnS与基体界面，形成氢致开裂裂纹，形成分层缺陷，严重影响钢板的内在质量。因此，本发明钢采用的硫含量不大于0.005wt.％。
磷(P)：磷是有害元素，能使钢的塑性及韧性明显下降，特别是在低温条件下，此种现象更为严重。因此，本发明钢采用的磷含量不大于0.016wt.％。
总之，本发明严格控制Nb元素的含量，选择适量的廉价元素Cr代替V、Cu、Mo等贵重元素，进而减少了V、Cu、Mo等贵重元素的添加量，使合金成本更加经济、节约。另外，本发明采用低碳微合金设计，添加少量的Nb元素和Cr元素来促进钢板轧制过程中物理冶金变化、细化组织和提高钢板淬透性。
附图说明
图1：采用本方法生产厚度为60mm的X70结构钢的热轧母板头部的典型组织的光学图片；
图2：采用本方法生产厚度为60mm的X70结构钢的热轧母板中部的典型组织的光学图片；
图3：采用本方法生产厚度为60mm的X70结构钢的热轧母板尾部的典型组织的光学图片。
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：
一种厚规格钢板，含有的化学成分、碳当量(Ceq)和焊接裂纹敏感性指数(CEpcm)见附表2，其余为铁及不可避免的杂质元素。该钢板的适用厚度在60mm。按照本发明钢板的成分设计要求，采用如下步骤的制造方法：首先依次进行铁水KR预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、喂线和软搅拌处理，保证了钢质纯净度及洁净度，其中，铁水KR脱硫处理后，铁水S含量为0.006wt.％；LF精炼处理后，钢液S含量为0.002wt.％；RH真空处理后，钢中H含量为1.6ppm；喂线阶段，喂入纯Ca线400m，并进行12min的软搅拌。随后进行板坯连铸，该阶段采用无氧化保护浇注，其中，中间包过热度控制在24℃。接着依次进行板坯再加热、粗轧、中间坯待温冷却和精轧处理，其中，板坯再加热阶段，温度控制在1180℃；粗轧阶段，粗轧温度控制在1050℃，粗轧后中间胚厚度为160mm；精轧阶段，精轧温度控制在841℃，终轧温度控制在781℃。随后进行ACC加速冷却处理，该阶段终冷温度控制为312℃，冷速控制为9℃/s，通过控制终冷温度和ACC冷速，获得了铁素体+粒状贝氏体的组织。随后采用热矫进行板型矫正，有利于应力的充分释放。矫正结束后进行堆垛缓冷，该阶段利用钢板余温进行自回火，保证性能的同时也提高了探伤合格率。当堆垛缓冷到80℃以下时进行超声探伤，随后剪切入库。上述方法中铁水KR预脱硫、LF精炼、RH真空处理和堆垛缓冷步骤均为现有工艺。该实施例的冶炼炉次及母板轧制工艺过程控制参数见附表1。采用本发明方法获得的钢板组织是以粒状贝氏体为主的组织，晶粒度级别＞10级，该组织类型及晶粒度有效保证了轧制大板(即热轧母板)的头部、中部、尾部以及厚度方向上的组织均匀性，如图1、图2和图3所示，图示的组织均为铁素体+粒状贝氏体组织，组织的形态和分布基本一致，表明组织的均匀性良好，确保了性能同板差＜40MPa。该钢板的力学性能见附表3。
实施例2
一种厚规格钢板，含有的化学成分、碳当量(Ceq)和焊接裂纹敏感性指数(CEpcm)见附表2，其余为铁及不可避免的杂质元素。该钢板的适用厚度在60mm。按照本发明钢板的成分设计要求，采用的制造方法同实施例1，区别在于，RH真空处理后，钢中H含量为1.5ppm；喂线阶段，喂入纯Ca线350m。板坯连铸阶段中间包过热度控制在26℃。板坯再加热阶段，温度控制在1185℃；粗轧阶段，粗轧温度控制在1055℃；精轧阶段，精轧温度控制在850℃，终轧温度控制在802℃。ACC加速冷却处理阶段，终冷温度控制为353℃，冷速控制为6.5℃/s。该实施例的冶炼炉次及母板轧制工艺过程控制参数见附表1。该钢板的力学性能见附表3。
实施例3
一种厚规格钢板，含有的化学成分、碳当量(Ceq)和焊接裂纹敏感性指数(CEpcm)见附表2，其余为铁及不可避免的杂质元素。该钢板的适用厚度在60mm。按照本发明钢板的成分设计要求，采用的制造方法同实施例1，区别在于，铁水KR脱硫处理后，铁水S含量为0.005wt.％；RH真空处理后，钢中H含量为1.5ppm。板坯连铸阶段中间包过热度控制在25℃。板坯再加热阶段，温度控制在1177℃；粗轧阶段，粗轧温度控制在1053℃；精轧阶段，精轧温度控制在856℃，终轧温度控制在813℃。ACC加速冷却处理阶段，终冷温度控制为388℃，冷速控制为11℃/s。该实施例的冶炼炉次及母板轧制工艺过程控制参数见附表1。该钢板的力学性能见附表3。
表1：实施例1-3中冶炼炉次及母板轧制工艺过程控制参数
表2：实施例1-3中钢板含有的化学成分(按质量百分比计)
表3：实施例1-3中钢板的力学性能

Claims (7)

1.一种厚规格钢板，其特征在于，含有以下质量百分比的化学成分：C 0.06~0.09%，Si0.10~0.30%，Mn 1.40~1.70%，Al 0.020~0.060%，Nb 0.03~0.05%，Ti ≤0.020%， Cr ≤0.30%， P ≤0.016%，S ≤0.005% ，N ≤0.080%，其余为铁及不可避免的杂质元素，其中碳当量Ceq =[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15] ≤0.42%，焊接裂纹敏感性指数CEpcm=[C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B]≤0.20%，所述钢板的适用厚度在40~70mm。
2.基于权利要求1所述一种厚规格钢板的制造方法，该制造方法包括如下步骤：铁水KR预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、喂线、软搅拌、板坯连铸、板坯再加热、粗轧、中间坯待温冷却、精轧、ACC快速冷却、钢板矫直和堆垛缓冷，其特征在于，板坯再加热阶段，温度为1120～1220℃，在炉时间不小于1.0min/mm ；粗轧阶段，粗轧温度为1000～1080℃，粗轧后中间坯厚度大于2.5倍钢板厚度；精轧阶段，精轧温度为≤900℃，终轧温度为780~820℃，精轧阶段总压缩比≥60%；ACC快速冷却阶段，终冷温度为300~400℃，冷速控制为10±5℃/s。
3.根据权利要求2所述一种厚规格钢板的制造方法，其特征在于，KR脱硫处理后，铁水S含量≤0.010wt.％； LF精炼处理后，钢液S含量≤0.005wt.％；RH真空处理后，钢中H含量小于2ppm；喂线阶段，喂入150~500m纯Ca线；软搅拌阶段，时长不小于10min。
4.根据权利要求2所述一种厚规格钢板的制造方法，其特征在于，板坯连铸阶段采用无氧化保护浇注，其中，中间包过热度控制在25±5℃，拉速0.6~0.7m/min。
5.根据权利要求2所述一种厚规格钢板的制造方法，其特征在于，板坯再加热阶段，温度为1177～1185℃；粗轧阶段，粗轧温度为1050～1055℃；精轧阶段，精轧温度为841~856℃，终轧温度为781~813℃；ACC快速冷却阶段，终冷温度为312~388℃，冷速控制为6.5~11℃/s。
6.根据权利要求2所述一种厚规格钢板的制造方法，其特征在于，钢板矫直阶段，采用热矫进行板型矫正。
7.根据权利要求2所述一种厚规格钢板的制造方法，其特征在于，堆垛缓冷阶段，缓冷至室温并利用钢板余温进行自回火。
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