CN110408860A - 一种特厚as nzs 3678-350l15z15-z35控轧态结构用钢板及其制造方法 - Google Patents

一种特厚as nzs 3678-350l15z15-z35控轧态结构用钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种特厚AS NZS 3678‑350L15Z15‑Z35控轧态结构用钢板，以Fe为基础元素并包含如下元素成分：C：0.14‑0.20％，Si：0.10‑0.50％，Mn：1.35‑1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Cr：≤0.25％，Mo：≤0.08％，Ni：0.10‑0.30％，Cu：0.10‑0.35％，Al：0.02‑0.04％，V：0.02‑0.05％，Nb：0.02‑0.05％，Ti：0.01‑0.025％，N：≤0.008％。优选连铸坯作为坯料经控轧、矫直等步骤获得交货状态为控轧态(CR)的最终产品。生产流程包括“铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、RH炉精炼、连铸机铸坯、坯料加热、控制轧制、冷却及精整”，经该工序可生产出厚度＞80‑120mm、交货状态为CR(控轧)的AS/NZS 3678‑350L15(Z15‑Z35)结构用钢板。

Description

一种特厚AS NZS 3678-350L15Z15-Z35控轧态结构用钢板及 其制造方法
技术领域
本发明涉及Z15-Z35结构用钢，尤其涉及一种AS/NZS 3678-350系列结构用钢。
背景技术
Z向钢是厚度方向性能钢板的俗称，对于较厚的钢板对其厚度方向的力学性能有特别的规定。采用焊接连接的结构钢中，当钢板厚度不小于15mm且承受沿板厚度方向的拉力时，为避免焊接时产生层状撕裂，需采用抗层状撕裂的钢材(通常简称为“Z向钢”)。厚板存在层状撕裂问题，故要提出Z向性能测试。这种钢板是在某一级结构钢(称为母级钢)的基础上，经过特殊冶练、处理的钢材，其含硫量为一般钢材的1/5以下，截面收缩率在15％以上。钢板沿厚度方向的受力性能(主要为延性性能)称为Z向性能。钢板的Z向性能可通过做试样拉伸试验得到，一般用断面收缩率来度量。中国生产的Z向钢板的标志是在母级钢钢号后面加上Z向钢板等级标志Z15、Z25、Z35，Z字后面的数字为截面收缩率的指标(％)。
随着国民经济的快速发展，机械、桥梁、建筑用厚钢板的市场需求量越来越大；对钢板厚度规格要求不断增加。多年来,澳大利亚和中国的双边货物贸易出口总额也一直较大，但主要是机电产品。为增加钢铁产品货物贸易向澳大利亚出口，研究开发满足澳大利亚标准AS/NZS 3678-350结构用钢系列产品显得十分必要。
公开号103276312B发明的“一种80-120mm特厚高强度钢板及其利用连铸坯生产的方法”。该方法采用“250-300mm连铸坯、轧制+调质工艺”生产出屈服强度＞700MPa、抗拉强度＞800MPa、延长率＞14％，-20℃冲击KV2为70-160J高强度钢板。该方法生产周期长、生产成本高、且交货状态为调质。其与本发明无任何关联。
公开号CN101348879B发明的“一种100mm低合金高强度特厚钢板及其制造方法”。该方法采用“连铸坯+控轧控冷”工艺生产符合GB/T1591-1994性能要求的100mmQ345C特厚板。该方法生产的钢板，头部、尾部性能差异较大且极不稳定；交货状态为控轧控冷(TMCP)。
公开号CN103469074B发明的“一种Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板及其制造方法”。该方法是用“250、300mm连铸坯+控制轧制+正火”工艺，生产50-70mm厚度,其屈服强度315-405MPa、抗拉强度520-555MPa、伸长率24.5-34.5％，断面收缩率62％以上Q345C钢板。该方法生产周期长、生产成本高、且交货状态为正火。
发明内容
本发明为满足我国向澳大利亚出口的商品中增加钢铁产品及其制品的品种货物贸易出口，而研究开发的AS/NZS 3678-350L15(Z15-Z35)结构用钢产品。它适用于建筑、桥梁、工程机械等用钢板客户要求。该产品生产成本低，制造周期短。
当前我国生产的Q345或Q355厚度＞80-120mm钢板产品，执行的GB/T 1591或GB712等标准。它不适用于澳大利亚/新西兰联合标准委员会BD-023结构钢技术委员会制定的AS/NZS3678：2016标准。本发明开发的厚度＞80-120mm、牌号AS/NZS 3678-350L15(Z15-Z35)结构用钢产品，完全符合AS/NZS3678：2016标准要求。
为实现上述目的，本发明采用370-450mm连铸坯生产＞80-120mm厚度、交货状态为CR(控轧)的AS/NZS 3678-350L15(Z15-Z35)结构用钢板，产品的同板性能均匀、稳定；生产周期短、生产成本低。
本发明为达到上述目的所采用的技术方案为：一种特厚AS NZS 3678-350L15Z15-Z35控轧态结构用钢板，化学成分以Fe为基础元素并包含如下元素成分：C：0.14-0.20％，Si：0.10-0.50％，Mn：1.35-1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Cr：≤0.25％，Mo：≤0.08％，Ni：0.10-0.30％，Cu：0.10-0.35％，Al：0.02-0.04％，V：0.02-0.05％，Nb：0.02-0.05％，Ti：0.01-0.025％，N：≤0.008％及不可避免的杂质元素。碳当量≤0.47％。本申请Cr+Ni+Cu+Mo≤0.98％，满足AS NZS 3678-350的“Cr+Ni+Cu+Mo≤1.00％”的要求。
本发明钢板的屈服强度≥360MPa，抗拉强度≥490MPa，伸长率≥22％；-15℃夏比V型冲击功≥100J。钢板的厚度80-120mm，该厚度钢板的抗层状撕裂性能使属于Z15-Z35系列产品。
AS/NZS 3678：2016标准规定：350等级钢板的化学成分Cr+Ni+Cu+Mo≤1.0％，其中Cr≤0.25％、Ni≤0.30％、Cu≤0.40％、Mo≤0.08％；不论这四种元素作添加元素还是残余元素，其总和应满足前述要求。目前其它国家的相关联产品标准无此要求，若这四种元素无法满足前述标准，则钢板不符合AS/NZS 3678：2016标准。
本发明设计的冶炼成分各元素的主要作用：
C:C元素在Fe中形成间隙固溶体的溶质元素，在钢的组织中以渗碳体或珠光体形式存在时能产生很大的相变强化，提高了强度；但韧性却受到影响。故本发明将钢中的C含量控制0.14-0.20％。
Mn:Mn元素在Fe中形成置换式固溶体的溶质元素；Mn主要通过“固溶的Mn具有较强的固溶强化效果、扩大铁的奥氏体区域、Mn含量增加对钢的韧性有显著影响”等多种机制，有效地提高钢的强度。
S：在微低合金钢中，S的含量提高将使钢的塑性、韧性下降；因此，优选S含量尽可能低，过低导致生产难度过大。经过反复试验，本申请容忍范围S≤0.005％。
Nb:Nb能在低合金钢加热时阻止晶粒长大；在轧制过程中通过应变诱导，析出Nb的碳化物沉淀在晶界和位错上，阻止奥氏体形变再结晶，达到细化晶粒；有沉淀强化作用；能改善钢的显微组织，提高性能。
V：V除了具备Nb元素特性外，Nb-V复合加入时，其强度比单独加Nb的高。还可使奥氏体晶粒进一步细化，使冷却后的铁素体晶粒更细小，有利于韧性的改善。
Ti:它是强化固N元素。在复合低微合金钢中，N将优先与Ti形成TiN。TiN阻止加热时奥氏体晶粒粗化的作用比Nb(CN)大；利用高温析出的TiN和VN阻止奥氏体再结晶晶粒粗化。
Si:Si在钢中不形成碳化物。硅主要以固溶强化形成提高钢的强度，Si含量过高会造成钢的韧性下降。故控制其适当含量。
Ni:Ni是非碳化物形成元素。它降低共析点的含C量，增加珠光体的体积分数，有利于提高强度。但Ni含量不宜过高，否则增大过冷奥氏体的稳定性而降低强度，且增加成本。因此其含量控制合宜范围内。
Al：Al能细化钢的晶粒，提高钢的强度，同时也能提高冲击韧性。因此，Al的含量定为0.02～0.04％。
Cr：在本申请中作残余元素。
Mo:在本申请中作残余元素。
该产品主要应用于建筑、桥梁和工程机械用钢，具有良好的可焊性；因此，其化学成分设计时应考虑：1)碳当量要较低，使其具有良好的焊接性能。2)强度要高(350MPa级)，应满足产品标准或客户使用要求。该产品是特厚规格产品(厚度＞80-120mm)，仅用常规元素(如C、Si、Mn、…)生产的产品，其强度满足不了本产品要求。为此，应添加一些微合金化元素如：V、Ti、Nb等，它们属强碳氮化物形成元素。在热轧制过程中，随着温度的变化，各种微合金元素的碳氮化物的溶解度积发生变化，因而产生溶解和析出。碳氮化物的应变诱导析出有阻碍再结晶的作用。Nb提高奥氏体未再结晶区温度的作用最大，通过控制轧制得到未再结晶的伸长的奥氏体晶粒转变为铁素体，细化晶粒的作用最为显著；V在奥氏体中的溶解度较大，因而在铁素体中的沉淀强化作用较强；Ti和N的结合力最强，凝固过程中能形成稳定的TiN颗粒，对再加热时奥氏体晶粒的粗化有显著的阻碍作用。以达到微合金化后钢中的氮化合物(如：V(CN)、Ti(CN)、Nb(CN))的析出相起沉淀强化、晶粒细化，有利于提高产品强度。
本申请另外还提供了该结构钢的生产方法：为了提高生产效率，本申请优选连铸坯作为坯料经控轧、矫直等步骤获得交货状态为控轧态(CR)的该产品。主要流程包括“铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、RH炉精炼、连铸机铸坯、坯料加热、控制轧制、冷却及精整”，经该工序可生产出厚度＞80-120mm、交货状态为CR(控轧)的AS/NZS 3678-350L15(Z15-Z35)结构用钢板；产品的综合性能完全能满足AS/NZS 3678:2016和建筑、桥梁及工程机械用钢产品的客户要求。
本申请的上述生产工艺流程简单，生产成本低，既经济又实用。要达到相应的产品，在轧制工艺上采取“控制轧制”，使进一步细化晶粒，晶粒均匀，产品的综合性能得到提升，使满足相关要求。
附图说明
图1为本发明120mm厚钢板横断面1/4处显微组织。
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。
为了提高生产速度，以连铸坯作为坯料，连铸坯的获得方法：采用经过脱硫的铁水和优质废钢作为原料，转炉底(顶)吹冶炼，全程吹氩，LF炉脱氧、脱硫、去除夹质、调整成分及温度的精炼和RH炉脱气工序；最终得到钢水的重量百分比为以Fe为基础元素并包含如下元素成分：C：0.14-0.20％，Si：0.10-0.50％，Mn：1.35-1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Cr：≤0.25％，Mo：≤0.08％，Ni：0.10-0.30％，Cu：0.10-0.35％，Al：0.02-0.04％，V：0.02-0.05％，Nb：0.02-0.05％，Ti：0.01-0.025％，N：≤0.008％及不可避免的杂质元素,(Cr+Ni+Cu+Mo)≤0.98％，碳当量≤0.47％，化学成分满足AS/NZS 3678-350L15(Z15-Z35)。
经宽厚板连铸机恒温、恒速及合理的二冷工艺、凝固未端动态轻压下、电磁搅拌生产出370-450mm坯料。将坯料定尺，坯料下线堆缓冷≥48小时。将精整合格的坯料按生产计划发送轧钢生产。坯料经低倍组织检查，满足：中心偏析：B类:0-1.0级、C:0-1.5级；中心疏松：0-1.0级；中心裂纹：0-1.0级。
控轧分二阶段：粗轧控制轧制和精轧控制轧制。粗轧的控制轧制：开轧温度≥980℃，经5-9道次，待温厚度180-230mm。粗轧前5道次中至少有1道次在轧机能力允许下，压下量≥40mm或压下率≥10-20％。精轧的控制轧制：待温后开轧温度810±20℃，经5-7道次轧制，终轧温度为780-820℃；精轧后三道累计压下率≥30％。
控制轧制是在热轧过程中把金属塑性形变和固态相变结合起来而而省去轧制后热处理的工序。这既能生产出强度、韧性兼优的钢材产品，而又能节约能耗的一项新工艺。控制轧制主要要用于含有微量元素的低碳钢，主要的轧制工艺是：控制轧制参数包括温度、变形量等，以控制再结晶过程，获得所要求的组织和性能。加入某些微量元素可使钢的再结晶开始温度升高，同时适当降低轧制温度；从而使多道次变形的效果叠加，使再结晶在较大的变形量和较低的温度下进行，使钢材获得符合产品要求的组织和性能的产品。
控制轧制是以细化晶粒为主，用以提高钢的强度和韧性的方法。根据奥氏体发生塑性变形的条件--再结晶过程、未结晶过程、两相区变形，控制轧制常分为：1)第一阶段：奥氏体再结晶区轧制。这个阶段是在高温下，可通过大压下量的轧制，破碎铸造时的粗大柱状组织。通过变形-再结晶反复交错进行，使奥氏体晶粒细化。2)第二阶段：奥氏体未再结晶区轧制或二相区轧制。在此区轧制时，奥氏体晶粒沿轧制方向伸长，境界面积增加，使铁素体的形核密度增加。同时，由于变形使晶粒内导入在量的变形带，奥氏体向铁素体转变时成核点增多，变形带起到了奥氏体晶界和同等作用。在未再结晶区轧制促使铁素体相变成核点增加，变形带的作用是主要的，奥氏体晶粒伸长的作用是次要的。
为了防止轧件轧制后晶粒长大，控制轧制工艺设计时，要对轧件在第二阶段时的待温厚度、开轧温度、终轧前的前几道压下量(或压下率)、终轧温度等严格设计好其工艺参数；达到轧件的晶粒细化、组织均匀、产品的强度和韧性等综合性能优异的目的。
本申请制作工艺的特殊之处：要求较低的轧制变形温度、一定的道次压下(量)率、较低的终轧温度，大规格产品需要在轧制道次之间的待温温度进行控制。对设备而言,中厚板生产能力中生产特厚规格产品(厚度＞80-120mm)首要条件之一：主要轧制设备参数的轧制力≥70000KN；其次是控制轧制工艺参数的设计。
实施例1：设计冶炼化学成分提供的AS/NZS 3678-350L15Z35、厚370mm连铸坯料，生产100mm厚度钢板。连铸坯规格370×2600×3200mm，轧制成品板100×3000×L(长度)mm。坯料冷装入加热炉，加热炉的预热段温度：750-850℃、加热一段温度：1000-1100℃、加热二段温度：1210-1240℃、均热段温度：1200-1210℃；加热总时间410分钟。粗轧轧制6道次，待温厚度200mm，待温后精轧机开轧温度809℃，精轧经5道次轧制，终轧温度796℃；轧制完成后，经矫直机矫3遍后送冷床自然冷却，冷却至330℃下线堆缓冷；经50小时后取样、理化检验及质量检验。理化性能检验结果见表1。
实施例2：设计冶炼化学成分提供的AS/NZS 3678-350L15Z35、厚370mm连铸坯料，生产120mm厚度钢板。用连铸坯370×2600×3200mm，轧制成品板120×2800×L(长度)mm。坯料冷装入加热炉，加热工艺同实例1。粗轧轧制5道次，待温厚度220mm，待温后精轧机开轧温度805℃，精轧经6-7道次轧制，终轧温度790℃；轧制完成后，经矫直机矫3遍后送冷床冷却，冷却至360℃下线堆缓冷；经54小时后取样、理化检验及质量检验。理化性能检验结果见表1、金相组织如图1。
表1
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 (8)

1.一种特厚AS NZS 3678-350L15Z15-Z35控轧态结构用钢板，其特征在于：该钢板的成分以Fe为基础元素并包含如下元素成分：C：0.14-0.20％，Si：0.10-0.50％，Mn：1.35-1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Cr：≤0.25％，Mo：≤0.08％，Ni：0.10-0.30％，Cu：0.10-0.35％，Al：0.02-0.04％，V：0.02-0.05％，Nb：0.02-0.05％，Ti：0.01-0.025％，N：≤0.008％及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的特厚AS NZS 3678-350L15Z15-Z35控轧态结构用钢板，其特征在于：碳当量≤0.47％。
3.根据权利要求1所述的特厚AS NZS 3678-350L15Z15-Z35控轧态结构用钢板，其特征在于：钢板的厚度80-120mm。
4.根据权利要求1所述的特厚AS NZS 3678-350L15Z15-Z35控轧态结构用钢板，其特征在于：结构用钢板的屈服强度≥360MPa，抗拉强度≥490MPa，伸长率≥22％；-15℃夏比V型冲击功≥100J。
5.一种制备权利要求1-4中任一权限所述的特厚AS NZS 3678-350L15Z15-Z35控轧态结构用钢板的方法，其特征在于：包括如下步骤
(1)坯料：选择符合化学成分的连铸坯或浇注坯作为坯料，坯料的低倍组织满足：中心偏析：B类:0-1.0级、C:0-1.5级；中心疏松：0-1.0级；中心裂纹：0-1.0级；
(2)加热：加热炉的预热段温度：600-850℃、加热一段温度：900-1150℃、加热二段温度：1150-1250℃、均热段温度：1160-1230℃，加热总时间≥400min；
(3)除鳞；
(4)控轧：包括粗轧控制轧制和精轧控制轧制，粗轧的控制轧制：开轧温度≥980℃，经5-9道次轧成待温厚度，粗轧前5道次中至少有1道次在轧机能力允许下，压下量≥40mm或压下率10-20％；精轧的控制轧制：待温后开轧温度810±20℃，经5-7道次轧制成成品厚度，终轧温度为780-820℃，精轧后三道累计压下率≥30％；
(4)轧制完成后直送热矫机矫直，轧件热矫温度≥550℃；
(5)之后送冷床冷却：冷却≥300℃则下线堆缓冷，堆缓冷时间≥48小时。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述坯料的厚度为370-450mm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)和步骤(4)的除鳞采用粗除鳞机和精除鳞机除去氧化铁皮，除鳞水压≥18MPa。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)的待温厚度为180-230mm。
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