CN111979483A - 一种利用常规热轧生产线生产q345r钢板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于Q345R钢板生产技术领域，具体涉及一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法，包括如下步骤：铁水预处理、转炉吹炼、LF炉精炼、连铸、铸坯直接热送、加热、轧制及控制冷却；采用C+Mn合金体系，Nb、Ti为主的微合金强化成分设计，以替代Ni、V、Cr等贵金属合金，降低了成本；P、S元素对容器钢是有害杂质元素，过高的含量会使冲击韧性急剧下降，本申请采用低P、低S成分设计，保证板坯的纯净度及成品冲击韧性；结合2150常规热轧线特有的控轧、控冷工艺，以替代宽厚板生产线正火轧制和中厚板生产线回火热处理，可满足容器钢6‑20mm厚度‑40℃超低温高冲击韧性。

Description

一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法
技术领域
本发明属于Q345R钢板生产技术领域，具体涉及一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法。
背景技术
Q345R钢板是生产压力容器的主要材料，作为低温及高温压力容器用低合金高强度结构钢，用来盛放低温环境保存的化工气体，通常存储温度在-40℃左右，现有冲击性能不能满足越来越严格的市场需求。一般通过添加贵金属合金元素Ni、V、Cr等，或者宽厚板生产线在正火轧制后进行回火处理，以满足-40℃低温冲击韧性需求，但是这些都增加了企业的生产成本，降低了产品的市场竞争力。对此，CN201910914529.7公布了一种超低温用Q345R钢及其制造方法，可满足-40℃~-50℃的冲击性能要求，但是其炼钢工序增加RH真空热处理，且在控轧、控冷后需要进行正火工序，正火温度880-920℃，并保温20-35min，生产工序长，成本高。CN201410271653.3公布了一种低成本Q345R钢板的生产方法，通过设定的加热、控轧、控冷工艺就可以生产出Q345R，但是其产品不能适用-40℃低温环境，且轧制10mm-30mm厚钢板时，需再加热之后进行控制轧制，加热时间280-400min，影响轧制时间并增加轧制成本。CN201110190505.5公开了一种20mm以下规格保探伤低合金Q345钢板，其生产方法包括：铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连续铸钢、铸坯加热、轧制、控冷和堆垛缓冷得到Q345E钢板，其成分增加了贵金属Ni以提高强度、塑性和低温冲击韧性，但与此同时增加了成本；轧钢采用两阶段轧制，增加再次加热工序，影响生产效率，增加轧钢成本；其成品采用堆垛缓冷的方式，占用成品库库位。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法，既能满足6~20mm厚度容器钢超低温高冲击韧性的需求，又能降低成本。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法，包括如下步骤：铁水预处理、转炉吹炼、LF炉精炼、连铸、铸坯直接热送、加热、轧制及控制冷却。
本发明提供的一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法，具体步骤如下：
（1）铁水预处理：使用石灰和颗粒镁预复合脱硫，确保处理后S≤0.003%，铁水温度≥1280℃，扒渣亮面≥97%；
（2）转炉吹炼：转炉P、S终点成分控制，吹炼采用高拉补吹方式，放钢4/5前全部加完脱氧合金，顺序加入顶渣、萤石和高碳钛铁-硅锰-铝锭，合金料烘烤后投用，出钢时间4-8min，确保转炉终点温度≥1585℃，转炉终点成分C：0.08%-0.12%，P≤0.022%，S≤0.003%；
（3）LF炉精炼：钢水到LF工位后打开底吹，控制底吹氩气流量，减少钢水裸露，加活性石灰和萤石球造渣，同时添加电石和铝粒渣面脱氧，钢水[O]≤30ppm后进行Nb、Ti合金化；
（4）连铸：连铸浇注拉速1.2-1.3m/min，采用207mm带有电磁搅拌、动态轻压下的连铸机，采用大倒角结晶器，保证铸坯角部表面质量，采用低碱中包覆盖剂全程保护浇注，获得低的中心偏析、低的柱状晶区和高的等轴晶区，保证非金属夹杂物等级小于0.5级；
（5）铸坯直接热送：对连铸坯热送热装，切坯后至铸坯入炉时间≤2h，大幅降低能耗，缩短成品生产周期，减少铸坯烧损，提高钢卷的成材率；
（6）加热：装炉温度在A1线以下，在炉时间150-200min，加热温度1190-1280℃；合金元素Mn、Nb充分固溶，细化铸坯组织的晶粒度；
（7）轧制：进行再结晶区和未再结晶区两段轧制工艺；
（8）控制冷却：采用层流冷却方式。
优选的，步骤（7）中两段轧制工艺具体为第一阶段开轧温度在1080-1150℃，终轧温度1020-1080℃，采用5道次轧制，累计压下量160-170mm，中间坯厚度37-47mm；未再结晶区轧制开轧温度控制在1000-1060℃，轧制7道次，终轧温度820-860℃，轧制穿带速度540-600m/min，其中F1、F2压下率＞45%，F7压下率＞10%，F7工作辊轧制线速度在4.5-5.0m/s，以保证轧后钢板组织均匀、晶粒细化，增加铁素体的形核率。
优选的，步骤（8）中层流冷却方式为轧后将钢板进入层流冷却区域快速冷却至590-630℃，细化铁素体的晶粒，提高容器钢的综合力学性能，成品晶粒度为11-12级。
所述Q345R钢板的化学成分以质量百分比计为：C：0.11%-0.14%，Si：0.15%-0.25%，Mn：1.25%-1.40%，Nb：0.010%-0.025%，Ti：0.006%-0.030%，Al：0.020%-0.060%，P≤0.015%，S≤0.0050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述Q345R钢板的金相组织为铁素体+珠光体。钢板的组织为铁素体+珠光体，铁素体占大多数，钢板沿厚度方向晶粒细小均匀，没有混晶现象。由于晶粒细小，铁素体占大多数，且铁素体具有良好的塑性、韧性，因此该组织的钢板具有良好的韧性和较高的强度。
所述Q345R钢板的厚度为6~20mm。
本发明中的主要合金元素的作用基于以下原理：
C：是传统强化的有效元素之一，具有显著的经济效益，但是过高的C导致较高的碳当量降低焊接性能，因此C含量为0.11%-0.14%；
Mn：起到固溶强化扩大奥氏体区域的作用；
Nb：在加热和控制轧制过程中，在钢水中未溶的Nb阻止均热态奥氏体晶粒粗化，起到细化晶粒的作用；
Ti：Ti与钢中的N原子结合沉淀析出细小的氮化物或者碳氮化物钉扎在晶界，抑制奥氏体晶粒的长大，在低温时弥散析出起到沉淀强化的作用。
本发明采用C+Mn合金体系，Nb、Ti为主的微合金强化成分设计，以替代Ni、V、Cr等贵金属合金，降低了成本； P、S元素对容器钢是有害杂质元素，过高的含量会使冲击韧性急剧下降，本申请采用低P、低S成分设计，保证板坯的纯净度及成品冲击韧性；结合2150常规热轧线特有的控轧、控冷工艺，以替代宽厚板生产线正火轧制和中厚板生产线回火热处理，可满足容器钢6-20mm厚度-40℃超低温高冲击韧性。
本发明的有益效果在于，
（1）对铁水采取预处理，进行深脱硫处理，确保S≤0.003%；连铸采用全程保护浇注，使用电磁搅拌、轻压下技术及大倒角结晶器，保证非金属夹杂物等级小于0.5级，铸坯角部表面质量良好无开裂；
（2）对下线铸坯采用直接热送模式，切坯后至铸坯入炉时间≤2h，大幅降低能耗，缩短成品生产周期，减少铸坯烧损，提高钢卷的成材率；
（3）进行再结晶区和未再结晶区两段轧制工艺：再结晶区开轧温度在1080-1150℃，终轧温度1020-1080℃，采用5道次轧制，累计压下量160-170mm，中间坯厚度37-47mm；未再结晶区轧制开轧温度控制在1000-1060℃，轧制7道次，终轧温度820-860℃，F1、F2压下率＞45%，F7压下率＞10%，F7工作辊轧制线速度在4.5-5.0m/s，以保证轧后钢板组织均匀、晶粒细化，增加铁素体的形核率；
（4）本发明采用C+Mn合金体系，Nb、Ti为主的微合金强化成分设计，利用常规热轧生产线，生产出具有优异综合力学性能、良好焊接性能的容器钢Q345R，在满足《GB713-2014锅炉和压力容器用钢板》基本力学性能的基础上，可满足6-20mm厚度-40℃夏比冲击功≥60J的优异性能。
附图说明
图1为本发明实施例1的Q345R钢板的表面金相组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以便本领域技术人员可以更好地了解本发明，但并不因此限制本发明。
实施例1
本实施例Q345钢板的化学成分以质量百分比计为：C：0.13%，Si：0.19%，Mn：1.30%，Nb：0.013%，Ti：0.019%，Al：0.042%，P：0.013%，S：0.0025%，余量为Fe和不可避免的杂质，经铁水预处理、转炉吹炼、LF炉精炼、连铸、铸坯直接送热、加热、轧制和控制冷却后得厚度为10mm的成品。
本实施例Q345R钢板的具体生产工艺步骤如下：
（1）铁水预处理：使用石灰和颗粒镁预复合脱硫，确保处理后S:0.0022%，铁水温度1296℃，扒渣亮面≥97%；
（2）转炉吹炼：转炉P、S终点成分控制，吹炼采用高拉补吹方式，放钢4/5前全部加完脱氧合金，顺序加入顶渣、萤石和高碳钛铁-硅锰-铝锭，合金料烘烤后投用，出钢时间4.5min，确保转炉终点温度1596℃，转炉终点成分C:0.10%，P:0.013%，S:0.0023%；
（3）LF炉精炼：钢水到LF工位后打开底吹，控制底吹氩气流量，减少钢水裸露，加活性石灰和萤石球造渣，同时添加电石和铝粒渣面脱氧，钢水[O]≤30ppm后进行Nb、Ti合金化；
（4）连铸：连铸浇注拉速1.2m/min，采用207mm带有电磁搅拌、动态轻压下的连铸机，电磁搅拌电流为320~340A，频率为5~7Hz，动态轻压下压下量为3.5mm，中间包过热度为23℃，采用大倒角结晶器，保证铸坯角部表面质量，采用低碱中包覆盖剂全程保护浇注，获得低的中心偏析、低的柱状晶区和高的等轴晶区，保证非金属夹杂物等级小于0.5级；
（5）铸坯直接热送：对连铸坯热送热装，切坯后至铸坯入炉时间1.75h，大幅降低能耗，缩短成品生产周期，减少铸坯烧损，提高钢卷的成材率；
（6）加热：装炉温度在A1线以下，在炉时间156min，加热温度1190-1280℃；合金元素Mn、Nb充分固溶，细化铸坯组织的晶粒度；
（7）轧制：进行再结晶区和未再结晶区两段轧制工艺；第一阶段开轧温度在1120℃，终轧温度1050℃，采用5道次轧制，累计压下量164mm，中间坯厚度43mm。未再结晶区轧制开轧温度控制在1015℃，轧制7道次，终轧温度840℃，轧制穿带速度580m/min，其中F1、F2压下率在45%以上，F7压下率12%，F7工作辊轧制线速度在4.5m/s，以保证轧后钢板组织均匀、晶粒细化，增加铁素体的形核率。
（8）控制冷却：采用层流冷却方式，轧制后将钢板进入层流冷却区域快速冷却至600℃，细化铁素体的晶粒，提高容器钢的综合力学性能。
如图1所示，为本实施例的Q345R钢板的表面金相组织图，成品晶粒度表面组织为12级，心部组织为11级。从该金相图可以看出，通过Nb、Ti微合金处理，及特有的控轧控冷轧制工艺，细化了铁素体的晶粒，消除了钢板珠光体带状组织，成品钢板组织均匀，具有良好的力学性能
实施例2
本实施例Q345钢板的化学成分以质量百分比计为：C：0.14%，Si：0.18%，Mn：1.27%，Nb：0.011%，Ti：0.018%，Al：0.026%，P：0.014%，S：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质，经铁水预处理、转炉吹炼、LF炉精炼、连铸、铸坯直接送热、加热、轧制和控制冷却后得厚度为8mm的成品。
本实施例Q345R钢板的具体生产工艺步骤如下：
（1）铁水预处理：使用石灰和颗粒镁预复合脱硫，处理后S:0.0018%，铁水温度1285℃，扒渣亮面≥97%；
（2）转炉吹炼：转炉P、S终点成分控制，吹炼采用高拉补吹方式，放钢4/5前全部加完脱氧合金，顺序加入顶渣、萤石和高碳钛铁-硅锰-铝锭，合金料烘烤后投用，出钢时间4.8min，确保转炉终点温度1599℃，转炉终点成分C:0.09%，P:0.014%，S:0.002%；
（3）LF炉精炼：钢水到LF工位后打开底吹，控制底吹氩气流量，减少钢水裸露，加活性石灰和萤石球造渣，同时添加电石和铝粒渣面脱氧，钢水[O]≤30ppm后进行Nb、Ti合金化；
（4）连铸：连铸浇注拉速1.2m/min，采用207mm带有电磁搅拌、动态轻压下的连铸机，电磁搅拌电流为320~340A，频率为5~7Hz，动态轻压下压下量为3.5mm，中间包过热度为20℃，采用大倒角结晶器，保证铸坯角部表面质量，采用低碱中包覆盖剂全程保护浇注，获得低的中心偏析、低的柱状晶区和高的等轴晶区，保证非金属夹杂物等级小于0.5级；
（5）铸坯直接热送：对连铸坯热送热装，切坯后至铸坯入炉时间2h，大幅降低能耗，缩短成品生产周期，减少铸坯烧损，提高钢卷的成材率；
（6）加热：装炉温度在A1线以下，在炉时间166min，加热温度1190-1280℃；合金元素Mn、Nb充分固溶，细化铸坯组织的晶粒度；
（7）轧制：进行再结晶区和未再结晶区两段轧制工艺；第一阶段开轧温度在1120℃，终轧温度1050℃，采用5道次轧制，累计压下量167mm，中间坯厚度40mm。未再结晶区轧制开轧温度控制在1015℃，轧制7道次，终轧温度840℃，轧制穿带速度590m/min，其中F1、F2压下率在45%以上，F7压下率13.6%，F7工作辊轧制线速度在4.7m/s，以保证轧后钢板组织均匀、晶粒细化，增加铁素体的形核率；
（8）控制冷却：采用层流冷却方式，轧制后将钢板进入层流冷却区域快速冷却至600℃，细化铁素体的晶粒，提高容器钢的综合力学性能，成品晶粒度为表面组织11.5级，心部组织11级。
实施例3
本实施例Q345钢板的化学成分以质量百分比计为：C：0.15%，Si：0.18%，Mn：1.25%，Nb：0.012%，Ti：0.019%，Al：0.032%，P：0.011%，S：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质，经铁水预处理、转炉吹炼、LF炉精炼、连铸、铸坯直接送热、加热、轧制和控制冷却后得厚度为6mm的成品。
本实施例Q345R钢板的具体生产工艺步骤如下：
（1）铁水预处理：使用石灰和颗粒镁预复合脱硫，处理后S:0.002%，铁水温度1290℃，扒渣亮面≥97%；
（2）转炉吹炼：转炉P、S终点成分控制，吹炼采用高拉补吹方式，放钢4/5前全部加完脱氧合金，顺序加入顶渣、萤石和高碳钛铁-硅锰-铝锭，合金料烘烤后投用，出钢时间5.2min，确保转炉终点温度1590℃，转炉终点成分C:0.12%，P:0.014%，S:0.002%；
（3）LF炉精炼：钢水到LF工位后打开底吹，控制底吹氩气流量，减少钢水裸露，加活性石灰和萤石球造渣，同时添加电石和铝粒渣面脱氧，钢水[O]≤30ppm后进行Nb、Ti合金化；
（4）连铸：连铸浇注拉速1.2m/min，采用207mm带有电磁搅拌、动态轻压下的连铸机，电磁搅拌电流为320~340A，频率为5~7Hz，动态轻压下压下量为3.5mm，中间包过热度为25℃，采用大倒角结晶器，保证铸坯角部表面质量，采用低碱中包覆盖剂全程保护浇注，获得低的中心偏析、低的柱状晶区和高的等轴晶区，保证非金属夹杂物等级小于0.5级；
（5）铸坯直接热送：对连铸坯热送热装，切坯后至铸坯入炉时间2h，大幅降低能耗，缩短成品生产周期，减少铸坯烧损，提高钢卷的成材率；
（6）加热：装炉温度在A1线以下，在炉时间160min，加热温度1190-1280℃；合金元素Mn、Nb充分固溶，细化铸坯组织的晶粒度；
（7）轧制：进行再结晶区和未再结晶区两段轧制工艺；第一阶段开轧温度在1140℃，终轧温度1070℃，采用5道次轧制，累计压下量170mm，中间坯厚度37mm。未再结晶区轧制开轧温度控制在1020℃，轧制7道次，终轧温度850℃，轧制穿带速度600m/min，其中F1、F2压下率在45%以上，F7压下率15.1%，F7工作辊轧制线速度在5.0m/s，以保证轧后钢板组织均匀、晶粒细化，增加铁素体的形核率；
（8）控制冷却：采用层流冷却方式，轧制后将钢板进入层流冷却区域快速冷却至610℃，细化铁素体的晶粒，提高容器钢的综合力学性能，成品晶粒度表面组织12级，心部组织11级。
对实施例1-3进行相关力学性能测试，具体结果见表1。
表1Q345R钢板力学性能
Figure 246350DEST_PATH_IMAGE001

Claims (8)

1.一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法，其特征在于，包括如下步骤：铁水预处理、转炉吹炼、LF炉精炼、连铸、铸坯直接热送、加热、轧制及控制冷却。
2.根据权利要求1所述的一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）铁水预处理：使用石灰和颗粒镁预复合脱硫，确保处理后S≤0.003%，铁水温度≥1280℃，扒渣亮面≥97%；
（2）转炉吹炼：转炉P、S终点成分控制，吹炼采用高拉补吹方式，放钢4/5前全部加完脱氧合金，顺序加入顶渣、萤石和高碳钛铁-硅锰-铝锭，合金料烘烤后投用，出钢时间4-8min，确保转炉终点温度≥1585℃，转炉终点成分C：0.08%-0.12%，P≤0.022%，S≤0.003%；
（3）LF炉精炼：钢水到LF工位后打开底吹，控制底吹氩气流量，减少钢水裸露，加活性石灰和萤石球造渣，同时添加电石和铝粒渣面脱氧，钢水[O]≤30ppm后进行Nb、Ti合金化；
（4）连铸：连铸浇注拉速1.2-1.3m/min，使用207mm带有电磁搅拌、动态轻压下的连铸机，采用大倒角结晶器，采用低碱中包覆盖剂全程保护浇注，保证非金属夹杂物等级小于0.5级；
（5）铸坯直接热送：对连铸坯热送热装，切坯后至铸坯入炉时间≤2h；
（6）加热：装炉温度在A1线以下，在炉时间150-200min，加热温度1190-1280℃；
（7）轧制：进行再结晶区和未再结晶区两段轧制工艺；
（8）控制冷却：采用层流冷却方式。
3.根据权利要求1所述的一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法，其特征在于，步骤（7）中两段轧制工艺具体为第一阶段开轧温度在1080-1150℃，终轧温度1020-1080℃，采用5道次轧制，累计压下量160-170mm，中间坯厚度37-47mm；未再结晶区轧制开轧温度控制在1000-1060℃，轧制7道次，终轧温度820-860℃，轧制穿带速度540-600m/min，其中F1、F2压下率＞45%，F7压下率＞10%，F7工作辊轧制线速度在4.5-5.0m/s。
4.根据权利要求1所述的一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法，其特征在于，步骤（8）中层流冷却方式为轧后将钢板进入层流冷却区域快速冷却至590-630℃。
5.根据权利要求1所述的一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法，其特征在于，所述Q345R钢板的化学成分以质量百分比计为：C:0.11%-0.14%，Si:0.15%-0.25%，Mn:1.25%-1.40%，Nb:0.010%-0.025%，Ti:0.006%-0.030%，Al:0.020%-0.060%，P≤0.015%，S≤0.0050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法，其特征在于，所述Q345R钢板的晶粒度为11-12级。
7.根据权利要求1所述的一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法，其特征在于，所述Q345R钢板的金相组织为铁素体+珠光体。
8.根据权利要求1所述的一种利用常规热轧生产线生产Q345R钢板的方法，其特征在于，所述Q345R钢板的厚度为6~20mm。
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