CN110408847A - 一种高强度超低温低碳贝氏体q550mf钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种50‑80mm高强超低温低碳贝氏体Q550MF钢板及其生产方法,该钢板含有以下化学成分：C、Si、Mn、P、S、Nb、V、Cr、Mo、Ni、Als：0.018～0.03、CEV：0.38‑0.47，其它为Fe和残留元素,该钢板的生产方法包括以下步骤：铁水、转炉、氩站、VD脱碳、LF精炼、VD真空处理、连铸、铸坯切割堆冷24h、铸坯加热、轧制及堆冷。本发明得到的钢板屈服强度控制在570～609MPa，抗拉强度控制在686～712MPa，按GB/T 1591‑2018标准中性能要求，强度满足50‑80mm厚Q550ME的标准,性能完全满足Q550MF级要求。

Description

一种高强度超低温低碳贝氏体Q550MF钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于低合金高强度钢板生产技术领域，具体涉及到一种50～80mm厚高强度超低温低碳贝氏体Q550MF钢板及其生产方法。

背景技术

工程机械制造、架设桥梁、造船、车辆制造、航空等领域广泛使用着各种规格的钢板。由于服役条件及焊接工艺的限制，这类用途的钢板不仅要求材料具有足够的强度和塑性，而且还要求具备一定的低温韧性和优良焊接性能，以适应野外作业和制造工艺的要求。低碳贝氏体钢正是为满足这一需求而研发的，目前GB/T 1591-2018《低合金高强度结构钢》标准中Q550M钢种质量等级只规定到E级，为满足客户对高强度超低温钢板的需求，经过反复生产试验，发明了热机械轧制低温冲击性能超出国家标准的一种高强超低温低碳贝氏体Q550MF钢板的生产方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种50～80mm高强超低温低碳贝氏体Q550MF钢板及其生产方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是该钢板含有以下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C：0.05～0.07、Si≤0.3、Mn：1.4～1.50、P≤0.013、S≤0.001、Nb：0.03～0.04、V：0.04～0.06、Cr：0.25～0.35、Mo：0.1～0.2、Ni:0.1～0.2、Als：0.018～0.03、CEV：0.38-0.47，其它为Fe和残留元素。

为得到上述钢板，本发明的生产方法包括以下步骤：

铁水(KR脱硫)→转炉→氩站→VD脱碳→LF精炼→VD真空处理→连铸→铸坯切割堆冷24h→铸坯加热→轧制→堆冷；

a. KR铁水预处理：脱硫剂用Mg粉或Mg粉+CaO，到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005％，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃；

b.转炉冶炼：入炉铁水S≤0.003％、P≤0.080％，铁水温度≥1270℃，铁水装入量误差按±1t来控制，废钢严格采用优质边角料，第一批料加入石灰总量的4/5；矿石、轻烧白云石要考虑前期脱磷的需要，按炉渣10-12％的MgO含量配加轻烧白云石，开吹后一次加入。第二批渣料视过程温度及化渣情况加入，前期高枪位尽早化渣去磷，氧压按0.9MPa控制，第二批渣料加入化好渣后，适当降枪，吹炼平稳；终点碳控制在[C]≤0.06％、S≦0.015％、P≦0.015％、[N]≤0.0020％；出钢温度1640～1650℃，钢液钢包温度1570～1590℃；

c.氩站：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量250-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在400～500mm，离氩站温度不得低于1560℃；

d. VD脱碳：钢水到VD后，依据氩后碳含量补加碳粉，加入量参考如下：

转炉出钢C，％	＜0.04％	≤0.04-0.05％	≥0.05％
				碳粉加入量，Kg	20	10	/

抽到真空后必须保压8min以上；为提高脱碳效果保压过程必须提高吹氩强度，确保真空状态下裸眼直径在500mm以上；VD破空后进行铝线加入，加入量按照5m/t钢控制；铝线加入完毕后必须确保钢水一直处在软吹氩状态，而且整个过程禁止进行稻壳加入；VD破空铝线加入完毕5min以内将钢水吊离VD炉；

e. LF精炼：精炼过程中全程吹氩，加入渣料，碱度按4.0-6.0控制，精炼一加热结束炉渣必须变白或黄白，白渣保持时间≥20min，要求精炼结束的终渣为流动性良好、粘度合适的泡沫白渣；造白渣进行二次脱硫，造白渣保持时间20-25min，采用高温、高碱度、高渣量低氧化铁造渣工艺充分脱氧，脱氧剂采取电石、铝线或者铝粒；

f. VD：VD到站温度控制在1600～1610℃之间，在真空度≤67Pa下保压15-18min，破真空后立即进行Ca处理，最终H含量≤1.2ppm，VD离站温度控制在1565-1570℃；

g.连铸：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15±10℃，拉速：0.75m/min，比水量：0.80L/㎏，电搅：900A、5Hz、30s-3-30s，连铸浇钢要求全程保护浇铸，大包开浇后1min内必须套保护管，中包浇注过程中必须保证钢液面不见红；浇钢过程中合理控制塞棒吹氩量，保证结晶器液面波动轻微；铸坯下线后要求堆冷≥24h；

h.加热:加热温度及加热时间如下：预热段温度900-950℃，加热段温度1200-1220℃，保温段温度1180-1200℃，总加热时间11-13min/cm；

i.轧制:钢坯出钢除磷后，开轧温度≥1050℃，进钢速度1.5m/s，粗轧累计压下率≥60％，晾钢厚度为成品厚度2.5～3.0倍，粗轧结束后快速使用ACC进行冷却(确保温度从≥1000℃降至860℃左右)，然后进入精轧阶段，精轧开轧温度810～840℃，终轧温度780～820℃；轧后钢板通过ACC层流冷却(入水温度≥760℃，返红温度540～580℃)；

j.堆冷:下线后入缓冷坑钢板温度≥400℃，缓冷时间48小时。

在本发明C在钢种的主要作用是提高强度，对其它性能都是不利的，该钢中将C控制在0.06％左右，随着C含量降低，强度会急剧下降，所以添加各种微合金元素进行弥补；Si可以使钢的强度极限、屈服极限和硬度提高，使钢的延伸率、收缩率和冲击韧性有所降低但不显著，所以低合金高强度钢中少量的硅可以用来提高钢的强度，对其它性能影响不大；Mn是钢的强化合金元素，Mn含量增加可提高奥氏体稳定性，降低临界冷却速度，强化铁素体，提高钢材的淬透性，但含量过高将使钢在高温下晶粒粗化，而且增加钢的回火脆性倾向，随Mn/C的增加，钢的脆性转变温度显著降低，Mn/C控制在18-19为宜，另外，Mn太高使碳当量提高，对焊接性不利，因此将锰控制在1.40-1.50％；P、S：属于有害元素，易偏聚于晶界，降低晶界表面能，降低脆性断裂应力，影响韧脆转变温度，故含量越低越好，本发明P≤0.013％、S≤0.001％；Nb在微合金化钢中具有晶粒细化的重要作用，凝固期析出的铌的碳氮化物，有利于形成较为细小的等轴铸造组织，这种细小的原始奥氏体晶粒，在加热过程中能抑制奥氏体晶粒的长大，提高奥氏体的再结晶温度，在低温区Nb的脱溶和应变诱导析出行为会促进γ-α相变的富化生核；在α区，抑制铁素体晶粒长大，同时，在成份设计时也应控制Nb的加入量，因为Nb在钢中以固溶形式存在，将推迟先共析铁素体的析出，并强烈推迟奥氏体向珠光体转变的时间；V与钢中的氮具有较强的亲和力，所以V可以大大降低钢中的“自由”N含量，避免钢的应变时效性，另一方面，含钒钢中加入适量的N能充分发挥V的沉淀强化作用，钢中V(C,N)的沉淀强化效果随氮含量的增加而递增，最大强度增量能够达到300MPa，含钒钢中每增加10×10-6的氮含量可以提高强度6MPa，通过钒氮微合金化优化V的析出，细化铁素体晶粒，充分发挥了细晶强化和沉淀强化作用，显著改善了钢的强韧性；Cr具有高硬度、高强度、屈服点、高的耐磨性而对塑性、韧性影响又不大，由于它能使组织细化而又均分布，所以塑性、韧性也好，Cr与Mo结合，能使淬火钢中残余奥氏体增加，而有助于获得需要粉碎程度的碳化物相，Cr与Ni结合能大大提高钢的强度和塑性；Ni既强烈提高钢的强度，又始终使钢的韧性保持极高的水平，其变脆温度极低(当镍＜0.3％时，其变脆温度即达-100℃以下；Mo可以细化晶粒，提高强度、硬度、热稳定性，Mo含量较多时易出现铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低。

附图说明

下面结合附图及实施例，对本发明的技术特征做进一步说明。

图1是本发明制得钢板的金相组织示意图。

具体实施方式

本发明综合各种元素作用，在保证钢板强度的同时兼顾有良好塑性和低温韧性，制定了如下表的化学成份：

(说明：CEV＝C+Mn/6+(Mo+V+Cr)/5+(Ni+Cu)/15，其余为Fe和残余元素)

为达到上述目的，本发明的生产方法包括以下工艺流程：

铁水(KR脱硫)→转炉→氩站→VD脱碳→LF精炼→VD真空处理→连铸→铸坯切割堆冷24h→铸坯加热→轧制→堆冷。

a. KR铁水预处理：脱硫剂用Mg粉或Mg粉+CaO，到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005％，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃；

b.转炉冶炼：入炉铁水S≤0.003％、P≤0.080％，铁水温度≥1270℃，铁水装入量误差按±1t来控制，废钢严格采用优质边角料，第一批料加入石灰总量的4/5。矿石、轻烧白云石要考虑前期脱磷的需要，按炉渣10-12％的MgO含量配加轻烧白云石，开吹后一次加入。第二批渣料视过程温度及化渣情况加入，前期高枪位尽早化渣去磷，氧压按0.9MPa控制，第二批渣料加入化好渣后，适当降枪，吹炼平稳；终点碳控制在[C]≤0.06％、S≦0.015％、P≦0.015％、[N]≤0.0020％；出钢温度1640～1650℃，钢液钢包温度1570～1590℃；

c.氩站：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量250-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在400～500mm，离氩站温度不得低于1560℃。

d. VD脱碳：钢水到VD后，依据氩后碳含量补加碳粉，加入量参考如下：

转炉出钢C，％	＜0.04％	≤0.04-0.05％	≥0.05％
				碳粉加入量，Kg	20	10	/

抽到真空后必须保压8min以上；为提高脱碳效果保压过程必须提高吹氩强度，确保真空状态下裸眼直径在500mm以上；VD破空后进行铝线加入，加入量按照5m/t钢控制；铝线加入完毕后必须确保钢水一直处在软吹氩状态，而且整个过程禁止进行稻壳加入；VD破空铝线加入完毕5min以内将钢水吊离VD炉；

e. LF精炼：精炼过程中全程吹氩，加入渣料，碱度按4.0-6.0控制，精炼一加热结束炉渣必须变白或黄白，白渣保持时间≥20min，要求精炼结束的终渣为流动性良好、粘度合适的泡沫白渣；造白渣进行二次脱硫，造白渣保持时间20-25min，采用高温、高碱度、高渣量低氧化铁造渣工艺充分脱氧，脱氧剂采取电石、铝线或者铝粒；

f. VD：VD到站温度控制在1600～1610℃之间，在真空度≤67Pa下保压15-18min，破真空后立即进行Ca处理，最终H含量≤1.2ppm，VD离站温度控制在1565-1570℃；

g.连铸：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15±10℃，拉速：0.75m/min，比水量：0.80L/㎏，电搅：900A、5Hz、30s-3-30s，连铸浇钢要求全程保护浇铸，大包开浇后1min内必须套保护管，中包浇注过程中必须保证钢液面不见红；浇钢过程中合理控制塞棒吹氩量，保证结晶器液面波动轻微；铸坯下线后要求堆冷≥24h。

h.加热:加热温度及加热时间如下：预热段温度900-950℃，加热段温度1200-1220℃，保温段温度1180-1200℃，总加热时间11-13min/cm；

i.轧制:钢坯出钢除磷后，开轧温度≥1050℃，进钢速度1.5m/s，粗轧累计压下率≥60％，晾钢厚度为成品厚度2.5～3.0倍，粗轧结束后快速使用ACC进行冷却(确保温度从≥1000℃降至860℃左右)，然后进入精轧阶段，精轧开轧温度810～840℃，终轧温度780～820℃；轧后钢板通过ACC层流冷却(入水温度≥760℃，返红温度540～580℃)；

j.堆冷:下线后入缓冷坑钢板温度≥400℃，缓冷时间48小时；

本发明：各化学成份用量合理，钢板要具备Q550的强度，同时又要满足-60℃的低温冲击韧性，综合考虑各种合金元素对强韧性的影响，成份设计采用低碳微合金化的思路，选取低碳添加一定范围的Nb、V、Cr、Ni、Mo等微合金元素，所设计钢板的组织定位为以贝氏体和铁素体为主，低碳和较低的碳当量，使钢板具有良好的焊接性能。为获得钢质纯净的钢水，降低钢水中的P、S、Si等有害元素及N、H、O等气体，采用低磷钢LF精炼工艺+VD真空脱气处理，控制LF精炼脱氧剂、合金类别的使用，确保在精炼过程中使钢水中的夹杂物及气体得到充分的去除，同时不带入新的夹杂物和其它合金元素，精炼过程中合理调整钢水成份，精炼结束后合理控制离站温度，保证浇注正常进行。另外，LF精炼前进行一次VD脱碳处理，确保成品碳含量在设计范围。VD定氢≤1.2ppm。采用三阶段升温保温加热工艺，控制加热温度使钢坯均匀烧透不过烧。在轧制时，采用两阶段轧制，晾钢厚度100～140mm；一阶段采用高温低速大压下轧制，进钢速度1.5m/s，累计压下率＞45％；二阶段开轧前使用ACC快速冷却至奥氏体未在结晶区温度，使得组织晶粒二次叠加细化、组织均匀，大幅提升控轧钢板性能。终轧结束后以高于Ar3相变点温度入水快速冷却，减少先共析铁素体生成，确保钢板强度稳定。钢板下线后堆垛缓冷48小时，以消除、降低冷却过程产生的组织应力和热应力。最终获得一种性能优良的高强超低温低碳贝氏体Q550MF的生产方法。

实施例

通过KR铁水预处理、转炉冶炼、吹氩处理、VD脱碳、LF精炼、VD精炼定氢、连铸、加热、新型控轧控冷工艺、堆冷、获得一种高强超低温低碳贝氏体Q550MF的生产方法，它包含如下质量百分比的化学成份(单位，wt％)：C：0.06、Si：0.25、Mn：1.49、P：0.008、S：0.001、Als：0.023、Nb：0.038，V:0.052、Cr：0.32、Ni：0.36、Mo：0.12、CEV：0.43，其它为Fe和残留元素。

机械力学性能分析

成份及机械力学性能参照GB/T 1591-2018执行，机械力学性能具体见下表

50～80mm高强超低温低碳贝氏体Q550MF的机械力学性能

标准要求

生产钢板性能

本次试生产50～80mm厚Q550MF，采用新型控轧+控冷工艺，其中：屈服强度控制在570～609MPa，抗拉强度控制在686～712MPa，伸长率控制在20％-23％，-60℃V型冲击功控制在188～265J，按GB/T 1591-2018标准中性能要求，强度满足50～80mm厚Q550ME的标准,低温冲击超出标准，加做-70℃低温冲击功达到152～252J，性能完全满足Q550MF级要求。通过附图1可以看出钢板的金相组织：粒状贝氏体、准多边形铁素体、细小的M/A组元的混合组织；外检及探伤：钢板外检正品率100％，按JB/T 47030进行探伤，全部合一级。

Claims (2)

1.一种高强超低温低碳贝氏体Q550MF钢板，其特征在于该钢板含有以下质量百分比的化学成分：C：0.05～0.07、Si≤0.3、Mn：1.4～1.50、P≤0.013、S≤0.001、Nb：0.03～0.04、V：0.04～0.06、Cr：0.25～0.35、Mo：0.1～0.2、Ni:0.1～0.2、Als：0.018～0.03、CEV：0.38-0.47，其它为Fe和残留元素。

2.根据权利要求1所述高强超低温低碳贝氏体Q550MF钢板的生产方法，该生产方法包括以下步骤：铁水(KR脱硫)→转炉→氩站→VD脱碳→LF精炼→VD真空处理→连铸→铸坯切割堆冷24h→铸坯加热→轧制→堆冷；其特征在于：

a.KR铁水预处理：脱硫剂用Mg粉或Mg粉+CaO，到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005％，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃；

b.转炉冶炼：入炉铁水S≤0.003％、P≤0.080％，铁水温度≥1270℃，铁水装入量误差按±1t来控制，废钢严格采用优质边角料，第一批料加入石灰总量的4/5；矿石、轻烧白云石要考虑前期脱磷的需要，按炉渣10-12％的MgO含量配加轻烧白云石，开吹后一次加入。第二批渣料视过程温度及化渣情况加入，前期高枪位尽早化渣去磷，氧压按0.9MPa控制，第二批渣料加入化好渣后，适当降枪，吹炼平稳；终点碳控制在[C]≤0.06％、S≦0.015％、P≦0.015％、[N]≤0.0020％；出钢温度1640～1650℃，钢液钢包温度1570～1590℃；

c.氩站：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量250-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在400～500mm，离氩站温度不得低于1560℃；

d.VD脱碳：钢水到VD后，依据氩后碳含量补加碳粉，加入量参考如下：

转炉出钢C，％ ＜0.04％ ≤0.04-0.05％ ≥0.05％ 碳粉加入量，Kg 20 10 /

抽到真空后必须保压8min以上；为提高脱碳效果保压过程必须提高吹氩强度，确保真空状态下裸眼直径在500mm以上；VD破空后进行铝线加入，加入量按照5m/t钢控制；铝线加入完毕后必须确保钢水一直处在软吹氩状态，而且整个过程禁止进行稻壳加入；VD破空铝线加入完毕5min以内将钢水吊离VD炉；

e.LF精炼：精炼过程中全程吹氩，加入渣料，碱度按4.0-6.0控制，精炼一加热结束炉渣必须变白或黄白，白渣保持时间≥20min，要求精炼结束的终渣为流动性良好、粘度合适的泡沫白渣；造白渣进行二次脱硫，造白渣保持时间20-25min，采用高温、高碱度、高渣量低氧化铁造渣工艺充分脱氧，脱氧剂采取电石、铝线或者铝粒；

f.VD：VD到站温度控制在1600～1610℃之间，在真空度≤67Pa下保压15-18min，破真空后立即进行Ca处理，最终H含量≤1.2ppm，VD离站温度控制在1565-1570℃；

g.连铸：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15±10℃，拉速：0.75m/min，比水量：0.80L/㎏，电搅：900A、5Hz、30s-3-30s，连铸浇钢要求全程保护浇铸，大包开浇后1min内必须套保护管，中包浇注过程中必须保证钢液面不见红；浇钢过程中合理控制塞棒吹氩量，保证结晶器液面波动轻微；铸坯下线后要求堆冷≥24h；

h.加热:加热温度及加热时间如下：预热段温度900-950℃，加热段温度1200-1220℃，保温段温度1180-1200℃，总加热时间11-13min/cm；

i.轧制:钢坯出钢除磷后，开轧温度≥1050℃，进钢速度1.5m/s，粗轧累计压下率≥60％，晾钢厚度为成品厚度2.5～3.0倍，粗轧结束后快速使用ACC进行冷却(确保温度从≥1000℃降至860℃左右)，然后进入精轧阶段，精轧开轧温度810～840℃，终轧温度780～820℃；轧后钢板通过ACC层流冷却(入水温度≥760℃，返红温度540～580℃)；

j.堆冷:下线后入缓冷坑钢板温度≥400℃，缓冷时间48小时。