CN110791711B - 一种特厚vl e460级别调质型高强船板生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种特厚VL E460级别调质型高强船板生产方法，采用两阶段控制轧制技术，晾钢过程中采用中间水冷却技术，增大钢板表面温度与心部温度差值，改善钢板心部组织，粗轧开轧温度1050±50℃，二阶段开轧温度≤880℃，二阶段终轧温度820‑840℃，轧后堆垛缓冷；并且采用两次淬火+回火的热处理工艺，一次淬火温度890‑910℃，二次淬火温度800‑840℃，回火温度610‑630℃，可获得180mm厚度VL E460钢板的各项力学性能指标。该船板钢目标屈服强度不低于390MPa，抗拉强度516‑710MPa，伸长率≥19%。
Description
技术领域
本发明涉及一种特厚VL E460级别调质型高强船板生产方法，VLE460钢板是船舶及海洋工程结构用钢领域。
背景技术
造船工业是我国国民经济支柱产业之一，近年来发展迅速，为船体结构钢的应用提供了广阔的应用前景，造船用钢板是船舶制造的主要原料，在船体重量中，钢材占90%，其中板材占钢材的70%- 80%。船用钢材主要用于船体的甲板、外板、底板、舱体结构等。随着世界经济的高速发展，向大型化、高新技术化方向发展仍是船舶制造业的努力方向，但造船业感到普通强度船体钢强度不足以满足其发展的需求，所以对船体用钢特别是特厚高强度船用钢提出更多品种和更高质量的要求，希望大幅度增加低合金高强度钢的比例，特厚高强度船板钢在造船业中的应用比例不断的加大。
近几来，为开发远洋渔船，不仅要求船板具有良好的强韧性匹配、稳定性，还要有良好的低温韧性、大线能量焊接性能、耐海水腐蚀性能，而一般强度的船板钢已经不能满足船体结构的要求，高强度、高韧性以及高质量等级的船板在造船业中的应用比例逐渐上升，其中EH460船板钢广泛应用于造船业、军工业、海上石油钻井平台等领域，能够满足船舶在各种条件下的服役性能，其高强、高韧、高塑性以及良好的焊接和耐腐蚀性能为远洋航行的渔船提供更高的安全性和可靠性。因此开发具有高韧性的E460船体用钢，对于提高船舶的使用安全性具有重要的意义。
发明内容
本发明专利的目的在于提供一种180mm特厚460级耐低温船舶及海洋工程结构用钢的生产方法，采用两阶段控制轧制技术生产180mm厚工程机械结构用高强度钢板VLE460，通过添加适量合金元素Nb、Cr、Mo、Nb、Ni V等，合金元素促发挥固溶强化、细晶强化和沉淀析出强化作用，提升钢板力学性能，可获得良好低温韧性、高屈服强度和高拉伸强度的180mm大厚度VL E460钢板。
实现本发明所采用的技术方案是：
1炼钢各元素含量控制：其化学成分按重量百分比计包括：C：0.12-0.14%，Si：0.2-0.4%，Mn：0.95-1.05%，P≤0.01%，S≤0.005%，Cr：0.3-0.38%，Ni：0.6-0.7%，Mo：0.2-0.28%，Nb：0.02-0.03%，Ti≤0.05%，V：0.03-0.04%，Alt：0.02-0.05%，N≤0.007%，其余为Fe及难以避免的杂质，Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15: 0.42-0.48。
①细化晶粒元素Al、Nb、V、Ti可以单独加入或以任何一组合形式加入，当单独加入时，其含量应不低于表中规定值的下限，组合加入时，Nb+V+Ti≤0.26%。
②Alt与N的比最小应为2：1，当采用其他细化晶粒元素时，铝含量的最小值和铝氦比要求不适用。
③Cr≤0.50%，Ni≤2.00%（不大于船级社认可的含量），Cu≤0.5%，Mo≤0.50%，Mo+Cr≤0.65%。
④对于表中化学成分的特殊规定，应符合船级社规范和认证证书的要求。
2炼钢及钢锭浇铸控制：为保证钢板低温冲击性能和大厚度钢板各位置力学性能的均匀性，有害元素P、S控制在较低水平，钢水经VD真空脱气处理，提高钢水纯净度，降低夹杂物含量，钢水经过钙处理技术，改善夹杂物形貌。钢锭在浇铸过程中保持较低的过热度，减轻钢板内部元素偏析程度；
3钢板轧制：钢锭采用均热炉加热，加热温度1180-1250℃，采用两阶段控制轧制技术，钢锭充分奥实体化后出炉轧制，经高压水表面除鳞，进行粗轧，为改善钢板内部疏松缺陷，前三个道次压下量控制在30%以上，晾钢过程中采用中间水冷却技术，增大钢板表面温度与心部温度差值，从而在一定程度增加钢板心部变形量，改善钢板心部组织。粗轧开轧温度1050±50℃，二阶段开轧温度≤880℃，二阶段终轧温度820-840℃，轧后堆垛缓冷；晾钢过程中采用中间水冷却方法：介于精轧和粗轧之间，冷却粗轧开好的坯材，减少晾钢时间。
4热处理工艺：在成分设计中添加有大量的Nb、V、T1、Ni等合金，容易发生中心偏析、疏松及夹杂物等严重缺陷，且受高强度、高韧性等因素限制，该钢板对轧钢、热处理工艺要求极为严格。为保证钢板各项性能指标，采用两次淬火+回火工艺，一次淬火温度：890-910℃，升温速度：120-150℃/h，在炉保温时间为2-2.2min/mm，出炉入水槽冷却60-90min，水温要求小于等于30度，钢板表面温度降至室温；二次淬火温度：800-840℃，升温速度：120-150℃/h，在炉保温时间为2-2.2min/mm，出炉入水槽冷却60-90min，水温要求小于等于30度，钢板表面温度降至室温；回火温度：610-630℃，升温速度100-140℃/h，在炉保温时间3-3.5min/mm，
出炉空冷。
5钢板经上述工艺处理后180mm VL E460力学性能达到以下水平：屈服强度≥406MPa，抗拉强度≥516MPa，延伸率≥19%，-40℃，纵向Akv冲击功值≥52J；显微组织为回火索氏体组织，晶粒尺寸控制在15μm-20μm，晶粒度控制在9级。
本发明调质型高强船板具有如下的优点和效果：
根据低碳微合金化的成分设计原则，控制合金元素Ni、Cr、Mo的添加比例，加入适量Nb元素，可强烈阻碍奥氏体晶界的移动和奥氏体晶粒的长大，使钢板在高温轧制阶段晶粒不易长大，降低轧制力，改善钢板心部组织轧制效果；利用Cr、Mo碳化合物的高温稳定性，钉轧晶界的作用，阻碍加热时奥氏体晶粒的快速长大，在保证钢板强度的同时，提高钢板的韧性；加入适量的Ni元素改善钢板的抗低温脆性，提高钢板耐低温冲击性能。采用两阶段控制轧制工艺，粗轧开轧温度1050±50℃，晾钢过程中采用中间水冷却技术，改善钢板心部组织，二阶段开轧温度≤880℃，轧后堆垛缓冷。钢板的室温组织为回火索氏体，并且组织中存在高密度位错，在保证钢板强度的同时，可有效的改善钢板的低温韧性。采用两次淬火+回火热处理工艺生产的VL E460钢板，不仅可以实现生产厚度达到180mm的钢板，而且可保证钢板强度和冲击性能的稳定性，此技术工艺可满足批量化生产的需要。本发明的耐低温高强度调质船体用钢，各项力学性能指标均达到预定的要求，且该产品在船体用钢领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1 是本发明特厚VL E460级别调质型高强船板生产方法的热处理工艺路线图；
图2是本发明实施例1特厚超宽VL E460级别低温船板生产方法材料3的1/4处金相组织500x图；
图3 是本发明实施例1特厚超宽VL E460级别低温船板生产方法材料3的1/2处金相组织500x图。
具体实施方式
实施例1
本实施例180mm特厚VL E460级别调质型高强船板钢板材料1成分组成见表1，钢板力学性能见表2。具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：严格控制P、S含量，钢水经VD真空脱气处理，提高钢水纯净度，降低夹杂物含量，钢水经过钙处理技术，改善夹杂物形貌。钢锭在浇铸过程中保持较低的过热度，减轻钢板内部元素偏析程度，细化晶粒元素Al、Nb、V、Ti以单独加入；
（2）加热工序：装钢前晾炉时间38min，焖钢1h；采用低速烧钢，1000℃以下升温速度110℃/h，最高加热温度1250℃；出钢前降温15℃，确保钢锭温度均匀；
（3）钢锭采用均热炉加热，加热温度1190℃，采用两阶段控制轧制技术，钢锭充分奥实体化后出炉轧制，经高压水表面除鳞，进行粗轧，为改善钢板内部疏松缺陷，前三个道次压下量控制在30%以上，晾钢过程中采用中间水冷却技术，增大钢板表面温度与心部温度差值，从而在一定程度增加钢板心部变形量，改善钢板心部组织。粗轧开轧温度1080℃，二阶段开轧温度860℃，二阶段终轧温度820℃，轧后堆垛缓冷；
（4）水冷工序：晾钢过程中采用中间水冷却方法，返红550度，钢板下线后堆垛缓冷72h；
（5）热处理工艺：在成分设计中添加有大量的Nb、V、T1、Ni等合金，容易发生中心偏析、疏松及夹杂物等严重缺陷，且受高强度、高韧性等因素限制，该钢板对轧钢、热处理工艺要求极为严格。为保证钢板各项性能指标，采用两次淬火+回火工艺，一次淬火温度：890℃，升温速度：120℃/h，在炉保温时间为2min/mm，出炉入水槽冷却90min，水温28度，钢板表面温度降至室温；二次淬火温度：820℃，升温速度：120℃/h，在炉保温时间为2min/mm，出炉入水槽冷却90min，水温27度，钢板表面温度降至室温；回火温度：610℃，升温速度100℃/h，在炉保温时间3min/mm，出炉空冷。显微组织为回火索氏体组织，晶粒尺寸为15μm-20μm，晶粒度控制在9级。
实施例2
本实施例180mm特厚VL E460级别调质型高强船板钢板材料2成分组成见表1，钢板力学性能见表2。具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：严格控制P、S含量，钢水经VD真空脱气处理，提高钢水纯净度，降低夹杂物含量，钢水经过钙处理技术，改善夹杂物形貌。钢锭在浇铸过程中保持较低的过热度，减轻钢板内部元素偏析程度，细化晶粒元素Al、Nb、V、Ti以单独加入；
（2）加热工序：装钢前晾炉时间40min，焖钢1h；采用低速烧钢，1000℃以下升温速度110℃/h，最高加热温度1270℃；出钢前降温15℃，确保钢锭温度均匀；
（3）钢锭采用均热炉加热，加热温度1230℃，采用两阶段控制轧制技术，钢锭充分奥实体化后出炉轧制，经高压水表面除鳞，进行粗轧，为改善钢板内部疏松缺陷，前三个道次压下量控制在30%以上，晾钢过程中采用中间水冷却技术，增大钢板表面温度与心部温度差值，从而在一定程度增加钢板心部变形量，改善钢板心部组织。粗轧开轧温度1080℃，二阶段开轧温度870℃，二阶段终轧温度840℃，轧后堆垛缓冷；
（4）水冷工序：晾钢过程中采用中间水冷却方法，返红520度，钢板下线后堆垛缓冷72h；
（5）热处理工艺：在成分设计中添加有大量的Nb、V、T1、Ni等合金，容易发生中心偏析、疏松及夹杂物等严重缺陷，且受高强度、高韧性等因素限制，该钢板对轧钢、热处理工艺要求极为严格。为保证钢板各项性能指标，采用两次淬火+回火工艺，一次淬火温度：900℃，升温速度：130℃/h，在炉保温时间为2.2min/mm，出炉入水槽冷却90min，水温29度，钢板表面温度降至室温；二次淬火温度：830℃，升温速度：140℃/h，在炉保温时间为2.2min/mm，出炉入水槽冷却90min，水温30度，钢板表面温度降至室温；回火温度：620℃，升温速度140℃/h，在炉保温时间3.2min/mm，出炉空冷。显微组织为回火索氏体组织，晶粒尺寸为15μm-20μm，晶粒度控制在9级。
实施例3
本实施例180mm特厚VL E460级别调质型高强船板钢板材料3成分组成见表1，钢板力学性能见表2。具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：严格控制P、S含量，钢水经VD真空脱气处理，提高钢水纯净度，降低夹杂物含量，钢水经过钙处理技术，改善夹杂物形貌。钢锭在浇铸过程中保持较低的过热度，减轻钢板内部元素偏析程度，细化晶粒元素Al、Nb、V、Ti以单独加入；
（2）加热工序：装钢前晾炉时间40min，焖钢1h；采用低速烧钢，1000℃以下升温速度110℃/h，最高加热温度1250℃；出钢前降温15℃，确保钢锭温度均匀；
（3）钢锭采用均热炉加热，加热温度1250℃，采用两阶段控制轧制技术，钢锭充分奥实体化后出炉轧制，经高压水表面除鳞，进行粗轧，为改善钢板内部疏松缺陷，前三个道次压下量控制在30%以上，晾钢过程中采用中间水冷却技术，增大钢板表面温度与心部温度差值，从而在一定程度增加钢板心部变形量，改善钢板心部组织。粗轧开轧温度1060℃，二阶段开轧温度850℃，二阶段终轧温度830℃，轧后堆垛缓冷；
（4）水冷工序：晾钢过程中采用中间水冷却方法，返红500度，钢板下线后堆垛缓冷72h；
（5）热处理工艺：在成分设计中添加有大量的Nb、V、T1、Ni等合金，容易发生中心偏析、疏松及夹杂物等严重缺陷，且受高强度、高韧性等因素限制，该钢板对轧钢、热处理工艺要求极为严格。为保证钢板各项性能指标，采用两次淬火+回火工艺，一次淬火温度：910℃，升温速度：140℃/h，在炉保温时间为2.1min/mm，出炉入水槽冷却90min，水温28度，钢板表面温度降至室温；二次淬火温度：830℃，升温速度：120℃/h，在炉保温时间为2.2min/mm，出炉入水槽冷却90min，水温27度，钢板表面温度降至室温；回火温度：630℃，升温速度110℃/h，在炉保温时间3.5min/mm，出炉空冷。显微组织为回火索氏体组织，晶粒尺寸为15μm-20μm，晶粒度控制在9级。
实施例4
本实施例180mm特厚VL E460级别调质型高强船板钢板材料4成分组成见表1，钢板力学性能见表2。具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：严格控制P、S含量，钢水经VD真空脱气处理，提高钢水纯净度，降低夹杂物含量，钢水经过钙处理技术，改善夹杂物形貌。钢锭在浇铸过程中保持较低的过热度，减轻钢板内部元素偏析程度，细化晶粒元素Al、Nb、V、Ti以单独加入；
（2）加热工序：装钢前晾炉时间40min，焖钢1h；采用低速烧钢，1000℃以下升温速度110℃/h，最高加热温度1250℃；出钢前降温15℃，确保钢锭温度均匀；
（3）钢锭采用均热炉加热，加热温度1250℃，采用两阶段控制轧制技术，钢锭充分奥实体化后出炉轧制，经高压水表面除鳞，进行粗轧，为改善钢板内部疏松缺陷，前三个道次压下量控制在30%以上，晾钢过程中采用中间水冷却技术，增大钢板表面温度与心部温度差值，从而在一定程度增加钢板心部变形量，改善钢板心部组织。粗轧开轧温度1060℃，二阶段开轧温度850℃，二阶段终轧温度830℃，轧后堆垛缓冷；
（4）水冷工序：晾钢过程中采用中间水冷却方法，返红520度，钢板下线后堆垛缓冷72h；
（5）热处理工艺：在成分设计中添加有大量的Nb、V、T1、Ni等合金，容易发生中心偏析、疏松及夹杂物等严重缺陷，且受高强度、高韧性等因素限制，该钢板对轧钢、热处理工艺要求极为严格。为保证钢板各项性能指标，采用两次淬火+回火工艺，一次淬火温度：910℃，升温速度：140℃/h，在炉保温时间为2.1min/mm，出炉入水槽冷却90min，水温28度，钢板表面温度降至室温；二次淬火温度：830℃，升温速度：120℃/h，在炉保温时间为2.1min/mm，出炉入水槽冷却90min，水温27度，钢板表面温度降至室温；回火温度：630℃，升温速度110℃/h，在炉保温时间3.5min/mm，出炉空冷。显微组织为回火索氏体组织，晶粒尺寸为15μm-20μm，晶粒度控制在9级。
实施例5
本实施例180mm特厚VL E460级别调质型高强船板钢板材料5成分组成见表1，钢板力学性能见表2。具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：严格控制P、S含量，钢水经VD真空脱气处理，提高钢水纯净度，降低夹杂物含量，钢水经过钙处理技术，改善夹杂物形貌。钢锭在浇铸过程中保持较低的过热度，减轻钢板内部元素偏析程度；细化晶粒元素Al、Nb、V、Ti以组合加入，Nb+V+Ti≤0.26%。
（2）加热工序：装钢前晾炉时间40min，焖钢1h；采用低速烧钢，1000℃以下升温速度110℃/h，最高加热温度1250℃；出钢前降温15℃，确保钢锭温度均匀；
（3）钢锭采用均热炉加热，加热温度1250℃，采用两阶段控制轧制技术，钢锭充分奥实体化后出炉轧制，经高压水表面除鳞，进行粗轧，为改善钢板内部疏松缺陷，前三个道次压下量控制在30%以上，晾钢过程中采用中间水冷却技术，增大钢板表面温度与心部温度差值，从而在一定程度增加钢板心部变形量，改善钢板心部组织。粗轧开轧温度1050℃，二阶段开轧温度880℃，二阶段终轧温度830℃，轧后堆垛缓冷；
（4）水冷工序：晾钢过程中采用中间水冷却方法，返红500度，钢板下线后堆垛缓冷72h；
（5）热处理工艺：在成分设计中添加有大量的Nb、V、T1、Ni等合金，容易发生中心偏析、疏松及夹杂物等严重缺陷，且受高强度、高韧性等因素限制，该钢板对轧钢、热处理工艺要求极为严格。为保证钢板各项性能指标，采用两次淬火+回火工艺，一次淬火温度：910℃，升温速度：140℃/h，在炉保温时间为2.1min/mm，出炉入水槽冷却90min，水温28度，钢板表面温度降至室温；二次淬火温度：840℃，升温速度：120℃/h，在炉保温时间为2.1min/mm，出炉入水槽冷却90min，水温27度，钢板表面温度降至室温；回火温度：610℃，升温速度110℃/h，在炉保温时间3.5min/mm，出炉空冷。显微组织为回火索氏体组织，晶粒尺寸为15μm-20μm，晶粒度控制在9级。
实施例6
本实施例180mm特厚VL E460级别调质型高强船板钢板材料1成分组成见表1，钢板力学性能见表2。具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：严格控制P、S含量，钢水经VD真空脱气处理，提高钢水纯净度，降低夹杂物含量，钢水经过钙处理技术，改善夹杂物形貌。钢锭在浇铸过程中保持较低的过热度，减轻钢板内部元素偏析程度；细化晶粒元素Al、Nb、V、Ti以组合加入，Nb+V+Ti≤0.26%。
（2）加热工序：装钢前晾炉时间40min，焖钢1h；采用低速烧钢，1000℃以下升温速度110℃/h，最高加热温度1250℃；出钢前降温15℃，确保钢锭温度均匀；
（3）钢锭采用均热炉加热，加热温度1250℃，采用两阶段控制轧制技术，钢锭充分奥实体化后出炉轧制，经高压水表面除鳞，进行粗轧，为改善钢板内部疏松缺陷，前三个道次压下量控制在30%以上，晾钢过程中采用中间水冷却技术，增大钢板表面温度与心部温度差值，从而在一定程度增加钢板心部变形量，改善钢板心部组织。粗轧开轧温度1090℃，二阶段开轧温度850℃，二阶段终轧温度830℃，轧后堆垛缓冷；
（4）水冷工序：晾钢过程中采用中间水冷却方法，返红500度，钢板下线后堆垛缓冷72h；
（5）热处理工艺：在成分设计中添加有大量的Nb、V、T1、Ni等合金，容易发生中心偏析、疏松及夹杂物等严重缺陷，且受高强度、高韧性等因素限制，该钢板对轧钢、热处理工艺要求极为严格。为保证钢板各项性能指标，采用两次淬火+回火工艺，一次淬火温度：910℃，升温速度：140℃/h，在炉保温时间为2.1min/mm，出炉入水槽冷却90min，水温28度，钢板表面温度降至室温；二次淬火温度：840℃，升温速度：120℃/h，在炉保温时间为2.1min/mm，出炉入水槽冷却90min，水温27度，钢板表面温度降至室温；回火温度：630℃，升温速度110℃/h，在炉保温时间3.5min/mm，出炉空冷。显微组织为回火索氏体组织，晶粒尺寸为15μm-20μm，晶粒度控制在9级。
钢板化学成分、轧制工艺及力学性能情况分别见表1和表2。
表1化学成分(wt%)
表2 轧制工艺及力学性能
Claims (4)
1.一种特厚VL E460级别调质型高强船板生产方法，其特征在于，采用两阶段控制轧制方法，晾钢过程中采用中间水冷却方法，粗轧开轧温度1050±50℃，二阶段开轧温度≤880℃，二阶段终轧温度820-840℃，轧后堆垛缓冷；晾钢过程中采用中间水冷却方法：介于精轧和粗轧之间，冷却粗轧开好的坯材；
采用两次淬火+回火工艺，一次淬火温度890-910℃，二次淬火温度800-840℃，回火温度610-630℃，得到VL E460钢板；
所述钢板的厚度为180mm；
钢板其化学成分按重量百分比计包括：C：0.12-0.14%，Si：0.2-0.4%，Mn：0.95-1.05%，P≤0.01%，S≤0.005%，Cr：0.3-0.38%，Ni：0.6-0.7%，Mo：0.2-0.28%，Nb：0.02-0.03%，Ti≤0.05%，V：0.03-0.04%，Alt：0.02-0.05%，N≤0.007%，其余为Fe及难以避免的杂质；Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15: 0.42-0.48。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，细化晶粒元素Al、Nb、V、Ti以单独加入或以任何组合形式加入；当单独加入时，其含量不低于规定值的下限；组合加入时，Nb+V+Ti≤0.26%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Alt与N的比最小为2：1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，180mm VL E460级别低温船板用钢板力学性能达到设计标准：屈服强度≥406MPa，抗拉强度≥516MPa，延伸率≥19%；显微组织为回火索氏体组织，晶粒尺寸为15μm-20μm，晶粒度控制在9级。
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