CN112281073A

CN112281073A - 一种无宽展低温韧性船板海工钢及其制造方法

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Publication number: CN112281073A
Application number: CN202011213816.4A
Authority: CN
Inventors: 杨建勋; 王润港; 郑飞; 徐庆磊; 李国宝; 胡淑娥; 王淑华; 高龙永; 王振华; 李灿明; 蔡茗宇; 薛燕; 刘熙章
Original assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Current assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Priority date: 2020-11-04
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2021-01-29

Abstract

本发明公开了一种无宽展低温韧性船板海工钢及其制造方法，其化学成分质量分数为：C 0.15～0.18％，Si 0.10～0.30％，Mn 1.15～1.45％，P≤0.015％，S≤0.005％，Als 0.008～0.020％，Nb 0.008～0.025％，Ti 0.008～0.014％，Ceq≤0.43％。其余为Fe和不可避免杂质。本发明的一种无宽展低温韧性船板海工钢及其制造方法，利用无展宽轧制模式，在有效保证钢板性能的前提下，可大幅提高钢板生产效率，同时突破大单重订单生产限制，扩大可生产规格，为企业创造可观效益。

Description

一种无宽展低温韧性船板海工钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种无宽展低温韧性船板海工钢及其制造方法。

背景技术

众所周知，中厚板生产过程中，为保证钢板横向和纵向性能差异控制在合理范围，在粗轧阶段需要增加展宽道次，既是满足成品规格对宽度的要求，同时通过钢板横向变形，促使钢板横向组织细化，减轻横纵向在组织和性能方面各向异性程度，改善钢板性能均匀性。但该生产模式也存在一定的弊端，比如展宽过程中，钢坯需要在辊道上顺逆各转90°，造成轧制过程停顿，降低生产节奏；再者因宽展需要，必然限制钢坯长度，造成可生产钢板单重受限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无宽展低温韧性船板海工钢及其制造方法，利用无展宽轧制模式，在有效保证钢板性能的前提下，可大幅提高钢板生产效率，同时突破大单重订单生产限制，扩大可生产规格，为企业创造可观效益。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无宽展低温韧性船板海工钢，其化学成分质量分数为：C 0.15～0.18％，Si 0.10～0.30％，Mn 1.15～1.45％，P≤0.015％，S≤0.005％，Als 0.008～0.020％，Nb 0.008～0.025％，Ti 0.008～0.014％，Ceq≤0.43％。其余为Fe和不可避免杂质。

进一步，所述船板海工钢板的厚度范围为4～50mm。横向屈服强度380～420MPa，纵向屈服强度375～415MPa，横向抗拉强度515～555MPa，纵向抗拉强度510～550MPa，-60℃横向冲击功180～250J，-60℃纵向冲击功210～270J，横纵向钢板性能比0.93～1.02。

以下对本发明的无宽展低温韧性船板海工钢的化学成分进行详细说明。

C元素：C是仅次于铁的主要元素，它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和焊接性能等。当钢中含碳量在0.5％以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；为保证钢板强度的同时保证钢的塑韧性，设计碳元素为中低碳含量0.15～0.18％；

Si元素：本设计Si元素作为脱氧剂，控制氧元素含量≤30ppm。并且少量硅能溶于铁素体中提高钢的硬度和强度，设计Si元素含量为0.10～0.30％；

Mn元素：由于Mn价格相对便宜，且能与Fe无限固溶，在提高钢材强度的同时，对塑性的影响相对较小。因此，锰被广泛用于钢中的强化元素。Mn在钢铁冶炼中可与S形成高熔点的MnS，进而消弱和消除S的不良影响。但是，Mn的含量也是一把双刃剑。Mn含量并不是越高越好。锰含量的增高，会降低钢的塑性以及焊接性能。本设计通过严格控制S元素含量，降低MnS及复相组织的比例，从而降低铸坯的中心偏析，进而降低铸坯原因导致的带状组织。

本设计控制Mn含量为1.15～1.45％；

Al元素：铝作为脱氧剂或合金化元素加入钢中，铝脱氧能力比硅、锰强得多。铝在钢中的主要作用是细化晶粒、固定钢中的氮，从而显著提高钢的冲击韧性，本设计Als含量0.008～0.020％；

Nb元素：微量铌可以在不影响钢的塑性或韧性的情况下提高钢的强度。由于有细化晶粒的作用，能提高钢的冲击韧性并降低其脆性转变温度。本设计Nb含量0.008～0.025％；

Ti元素：Ti是一种良好的脱氧剂和固定氮和碳的有效元素，钛在普通低合金钢中能提高塑性和韧性。由于钛固定了氮和硫并形成碳化钛，提高了钢的强度。本设计Ti元素含量0.008～0.014％；

P元素：P是由矿石带入钢中的，磷虽能使钢材的强度、硬度增高，但引起塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称"冷脆"。本设计控制P含量P≤0.015％；

S元素：硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，连铸过程中如果工艺控制不好，容易产生MnS铸坯中心偏析，因此本设计严控S含量S≤0.005％。

一种无宽展低温韧性船板海工钢的制造方法，主要包括转炉、精炼、连铸、轧制，包括如下步骤：

(1)所生产钢水供中厚板产线，转炉冶炼全程底吹氮，控制终点碳0.10～0.15％，终点碳氧积≤0.0022，终点无需深脱氧；

(2)钢水精炼前期不加铝；

(3)利用抽真空设备将钢水环境真空度降至200Pa以下，维持5～10min之后，添加铝0.09～0.22kg/t；

(4)连铸过程结晶器中加入铁质冷凝剂0.5～1.0kg/t，以改善铸状组织不均匀凝固的特性，同时起到细化晶粒的作用；

(5)加热工序：预热段温度800～890℃，一段加热温度990～1060℃，二段加热温度1150～1180℃，均热段温度1120～1150℃，加热炉出炉温度1070～1100℃，在炉时间控制在6～8cm/min；

(6)奥氏体再结晶区开轧一道次平均温度1050～1090℃；

(7)奥氏体再结晶区大压下量轧制工艺，最后三道次压下率分别为20％～28％、26％～30％、28％～32％；

(8)中间坯厚度采用2.2-3.75倍成品厚度；

(9)中间坯在卷取炉内进行待温，当温度均匀降至第二阶段开轧温度850～980℃时，从炉内出来进入轧机再次轧制到成品规格；

(10)钢板下线前温度450～700℃，下线堆垛缓冷36小时。

转炉：

转炉冶炼采用顶底复吹技术，与传统底吹氩不同的是全程底吹氮，既降低冶炼成本，同时通过提高钢水氮含量，抑制吹炼过程中氧含量的大幅提高，在一定程度上可减轻钢水过氧化现象。再配合合理的枪位控制和供氧制度，将钢水冶炼终点碳控制在0.10～0.15％范围内，终点碳氧积≤0.0022。冶炼终点氧含量控制在较低水平，终点无需深脱氧，可有效减少Al₂O₃类的链状夹杂含量，将总体氧化物夹杂含量大幅降低，有利于减少钢板横纵向性能差异。

精炼：

钢水精炼前期不加铝。利用抽真空设备将钢水环境真空度降至200Pa以下，提高易氧化合金收得率，维持5～10min之后，添加铝0.09～0.22kg/t。

连铸：

通过改变传统连铸工艺，在浇注过程中，铸流受到外部冷却的同时，创新性地增加铸坯心部冷却手段，连铸过程结晶器中加入铁质冷凝剂0.5～1.0kg/t，内外双管齐下，快速降低坯壳内部钢水过热度，改善铸状组织不均匀凝固的特性，大幅度减少铸坯断面柱状晶体积分数，提高等轴晶体积分数，提高铸坯断面各向组织均匀性，同时细化铸坯原始晶粒，为后续轧制提供均质坯料。

加热：

较低含量的合金体系，配合低温加热模式：预热段温度800～890℃，一段加热温度990～1060℃，二段加热温度1150～1180℃，均热段温度1120～1150℃，加热炉出炉温度1070～1100℃。缩短加热时间，在炉时间控制在6～8cm/min。既降低能源消耗，同时抑制铸坯加热过程晶粒长大的趋势，为获得更加细化的原奥氏体晶粒打下基础。

奥氏体再结晶区轧制：

奥氏体再结晶区开轧一道次平均温度1050～1090℃，利用高温条件下，铸坯内外温差大，内部金属流动性好的特点，通过优化轧制规程，在奥氏体再结晶阶段末三道次施加大压下量，最后三道次压下率分别为20％～28％、26％～30％、28％～32％，促使中间坯断面组织横纵向均匀细化。根据成品板厚度差异，中间坯厚度采用2.2-3.75倍成品厚度。

奥氏体未再结晶区轧制：

中间坯在卷取炉内进行待温，通过卷取炉保温功能，促使中间坯断面温度均匀化的同时，有效提高边部温度，进一步改善中间坯轧制过程中金属横向流动，减轻各向异性。当温度均匀降至第二阶段开轧温度850～980℃时，从炉内出来进入轧机再次轧制到成品规格。

钢板下线：

钢板轧后下线前温度450～700℃，下线堆垛缓冷36小时，一定程度上可起到回火作用，进一步改善钢板横纵向性能均匀性。

本发明具有以下有益效果：本发明的一种无宽展低温韧性船板海工钢及其制造方法，

(1)本发明通过改变传统冶炼工艺，减少氧化物夹杂含量，从夹杂物角度降低对钢板横纵向性能差异的影响；

(2)通过改变传统连铸工艺，提高铸坯断面各向组织均匀性，从源头上为减轻钢板横纵向性能打下基础；

(3)通过改变传统加热、轧制工艺，改善轧制过程中间坯断面的金属流动性，细化组织并提高组织均匀性，进一步改善钢板横纵向性能均匀性；

(4)利用无展宽轧制模式，在有效保证钢板性能的前提下，可大幅提高钢板生产效率，同时突破大单重订单生产限制，扩大可生产规格，为企业创造可观效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围内。

一种无宽展低温韧性船板海工钢，其化学成分质量分数为：C 0.15～0.18％，Si0.10～0.30％，Mn 1.15～1.45％，P≤0.015％，S≤0.005％，Als 0.008～0.020％，Nb0.008～0.025％，Ti 0.008～0.014％，Ceq≤0.43％。其余为Fe和不可避免杂质。

所述船板海工钢板的厚度范围为4～50mm。横向屈服强度380～420MPa，纵向屈服强度375～415MPa，横向抗拉强度515～555MPa，纵向抗拉强度510～550MPa，-60℃横向冲击功180～250J，-60℃纵向冲击功210～270J，横纵向钢板性能比0.93～1.02。

(2)钢水精炼前期不加铝；

(6)奥氏体再结晶区开轧一道次平均温度1050～1090℃；

(8)中间坯厚度采用2.2-3.75倍成品厚度；

(10)钢板下线前温度450～700℃，下线堆垛缓冷36小时。

本发明涉及的一种无宽展低温韧性船板海工钢的化学成分按表1所示化学成分进行转炉冶炼并浇注成连铸坯或铸锭，将连铸坯或铸锭开坯后在加热炉中加热，采用中厚板轧机轧制。炼钢、加热和轧制主要工艺参数见表2～表4。相应钢板拉伸强度、-60℃冲击功、厚度规格在表5中列出。

表1本发明实施例的化学成分(wt.％)

实施例	C/％	Si/％	Mn/％	P/％	S/％	Nb/％	Ti/％	Als/％	CEV/％
										1	0.18	0.12	1.45	0.015	0.005	0.008	0.008	0.008	0.42
2	0.17	0.10	1.37	0.010	0.004	0.022	0.010	0.015	0.40
										3	0.16	0.19	1.30	0.013	0.004	0.010	0.013	0.018	0.38
4	0.15	0.25	1.15	0.010	0.003	0.024	0.012	0.017	0.34
										5	0.15	0.23	1.35	0.012	0.002	0.023	0.011	0.018	0.38
6	0.16	0.30	1.40	0.009	0.003	0.025	0.014	0.020	0.39

表2本发明实施例的炼钢主要生产工艺参数

实施例1至实施例6所生产钢水供中厚板产线，转炉冶炼全程底吹氮，终点无需深脱氧，钢水精炼前期不加铝，连铸过程结晶器中加入铁质冷凝剂0.5～1.0kg/t，以改善铸状组织不均匀凝固的特性，同时起到细化晶粒的作用。

表3本发明实施例的加热炉主要生产工艺参数

表4本发明实施例的轧制主要生产工艺参数

实施例1至实施例6的中间坯在卷取炉内进行待温，当温度均匀降至第二阶段开轧温度850～980℃时，从炉内出来进入轧机再次轧制到成品规格，钢板下线堆垛缓冷36小时。

表5本发明实施例的力学性能

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种无宽展低温韧性船板海工钢，其特征在于，其化学成分质量分数为：C 0.15～0.18％，Si 0.10～0.30％，Mn 1.15～1.45％，P≤0.015％，S≤0.005％，Als 0.008～0.020％，Nb 0.008～0.025％，Ti 0.008～0.014％，Ceq≤0.43％。其余为Fe和不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的一种无宽展低温韧性船板海工钢，其特征在于：所述船板海工钢板的厚度范围为4～50mm。

3.一种无宽展低温韧性船板海工钢的制造方法，主要包括转炉、精炼、连铸、轧制，其特征在于，包括如下步骤：

(2)钢水精炼前期不加铝；

(6)奥氏体再结晶区开轧一道次平均温度1050～1090℃；

(8)中间坯厚度采用2.2-3.75倍成品厚度；

(10)钢板下线前温度450～700℃，下线堆垛缓冷36小时。