CN113151739B

CN113151739B - 540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板及制造方法

Info

Publication number: CN113151739B
Application number: CN202110392192.5A
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 严玲; 王�华; 田宇; 韩鹏; 王东旭; 陈华; 李广龙; 王晓航; 李文斌
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2041-04-13
Also published as: CN113151739A

Abstract

本发明公开一种低温韧性良好的540MPa级VL4‑4MOD船舶用钢板及其制造方法，C：0.04％～0.08％；Si：0.05％～0.14％；Mn：1.00％～1.30％；S：≤0.002％；P：≤0.008％；Als：0.015％～0.045％；N：0.003％～0.015％；Nb：0.02％～0.04％；Cu：0.16％～0.35％；Ni：0.10％～0.30％；Mo：0.20％～0.40％；Ti：0.008％～0.014％；余量为Fe和不可避免的杂质。可满足海洋恶劣、苛刻环境对船用钢板的技术要求。

Description

540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板及制造方法

技术领域

本发明属于钢铁材料制备领域，特别涉及一种低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板及制造方法。

背景技术

近年来，全球LPG能源需求不断增长，LPG储运需求日趋旺盛。LPG运输船规模在不断向大型化方向发展。VLGC的大型化发展，对船舶服役的安全性和稳定性提出了更高要求，因此不仅对船舶设计和建造过程要求更加严苛，同时对造船所需的低温钢板的生产和质量稳定性控制带来巨大的难度。

对于LPG船用的C-Mn系低温钢板，主要用于设计使用温度为-55℃以上的LPG船的液货舱及其周围的船体结构的建造，要求钢板具有一定的强度、较低的屈强比，良好的低温韧性，抗层状撕裂、良好的可焊性和加工性能等综合性能。目前，该类产品国内外均采用TMCP工艺生产，为保证低温性能要求，需要对坯料的加热温度，轧制温度和轧后快冷工艺进行严格控制，生产难度极大。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明所要解决的技术问题提出一种低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板及其制造方法，通过合理的成分设计，新型TMCP工艺相结合，获得的钢板整个厚度断面具有高的强韧性,制备出具有高强度(屈服强度≥360MPa，抗拉强度≥540MPa)、耐低温(-90℃冲击功≥200J)、Z向性能≥70％，钢板组织为铁素体+贝氏体的双相组织，其中，铁素体组织比例≥65％，最大厚度60mm，零塑性脆转温度(DNTT)≤-75℃，其良好的组织性能均匀性、抗层状撕裂性等特点，可满足海洋恶劣、苛刻环境对船用钢板的技术要求。

为了实现发明目的，本发明采取的技术方案如下：

低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板，其特征在于，该钢板的化学成分质量百分比如下：C：0.04％～0.08％；Si：0.05％～0.14％；Mn：1.00％～1.30％；S：≤0.002％；P：≤0.008％；Als：0.015％～0.045％；N：0.003％～0.015％；Nb：0.02％～0.04％；Cu：0.16％～0.35％；Ni：0.10％～0.30％；Mo：0.20％～0.40％；Ti：0.008％～0.014％；余量为Fe和不可避免的杂质。

钢板厚度为30～60mm。

本发明钢中各合金成分的作用机理如下：

C：是有效提高钢板强度的廉价元素，但随着碳含量的提高，则显著降低钢板的塑性、低温韧性和抗焊接裂纹敏感性，一定含量的的碳元素，能够配合冷却控制，保证钢板的强韧性指标，故从经济性和产品性能角度考虑，优选C含量控制在0.04％～0.08％。

Si：是炼钢过程中主要的脱氧成分，在炼钢过程中可以作为脱氧剂和还原剂，有利于钢板强度的提高，当含量超过0.5％时将促进马奥岛的形成，损害焊接性和低温韧性。适量的Si能够提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比，还能提高钢在高温时的抗氧化性，经研究发现对于船用钢板，较低Si含量可提升钢板表面质量，因此，优选Si含量为0.05％～0.14％。

Mn：是保证钢的强度和韧性的必要元素，Mn与S结合形成MnS，避免晶界处形成FeS而导致的热裂纹，同时Mn也是良好的脱氧剂。适量的锰可以改善钢的强度和韧性，但过高则在铸坯中缠身偏析，进而造成轧制后难以消除的组织带状，降低钢板横向性能和抗层状撕裂性。为了提高本发明材料的强韧性，因此优选Mn含量范围为1.00％～1.30％。

P：是对冲击值带来不利影响的元素，可以在板坯中心部位偏析以及在晶界聚集等损害低温韧性，本发明材料控制在不高于0.008％。

S：是对冲击值带来不利影响的元素，可以形成硫化物夹杂，成为裂纹源，本发明材料控制在不高于0.002％。

Als：作为本发明必须添加的脱氧和细化晶粒元素，添加含量在0.01％以上，但超过0.08％时容易产生铸坯热裂纹，同时钢的韧性降低。更优选含量范围为0.015％～0.045％。

Nb：在钢中加入Nb可以有效细化钢的晶粒尺寸，提高强度和韧性。添加量小于0.01％时效果不明显；大于0.05％时，钢的韧性与可焊接性降低，因此Nb优选含量控制在0.02～0.04％。

Mo：扩大γ相区，推迟γ→α相变时先析出铁素体形成、促进针状铁素体形成的主要元素，对控制相变组织起重要作用，能有效提高材料强度；降低相变温度，降低贝氏体转变的临界冷速，有利于在较宽的冷速范围内促进贝氏体转变，使厚钢板具有较好的工艺适应性，能有效改善钢板厚度方向上强韧性能的稳定性。因此本发明Mo含量控制在0.20％～0.40％。

Cu：在钢中加入Cu，可以提高钢的耐蚀性、强度，改善焊接性、成型性与机加工性等。与Ni同时使用，还可以避免热脆性。Cu含量范围为0.16％～0.35％。

Ni：具有固溶强化作用，能促使合金钢形成稳定奥氏体组织，具备使Ar3点最低和碳当量或冷裂纹敏感系数Pcm的增加最小的特性，能提高钢的强度和韧性，并改善Cu在钢中引起的热脆性，因此本发明Ni含量控制在0.10％～0.30％。

N：N与Al、Ti、Nb等元素结合，形成氮化物，是使母材组织微细化的元素。为了发挥这样的效果，需要使N含有0.002％以上，然而过多的固溶N是使HAZ的韧性恶化的原因，合理的控制N元素的含量，能够起到细化晶粒的作用，因此N含量范围在0.003％～0.015％。

Ti：作为提高钢的韧性和焊接部位韧性而添加的成分，以TiN形式存在而发挥作用，但超过0.04％时易形成大颗粒TiN而失去效果，因此添加Ti含量优选范围为0.008％～0.014％。

低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板及其制造方法：钢坯冶炼→钢坯加热→钢坯轧制→钢板冷却→堆垛缓冷→成品钢板，包括如下步骤：

1)冶炼工艺：精选冶炼原料，原料应以铁水或优质返回钢为主，P、S等元素含量尽可能低，按目标值控制熔炼成分，严格控制残余元素含量，避免碳当量超上限，LF和RH精炼炉各需处理20-40min，中包钢水过热度≤30℃，全程保护浇铸，钢中A、B、C、D类夹杂需满足：A类≤1.0，B类≤1.0，C类≤1.0，D类≤1.0的要求，连铸坯成型过程采用轻压下技术，能够有效解决连铸坯的中心偏析情况。

2)加热工艺：采用低温加热制度进行，加热温度1100～1150℃，均热温度1050～1080℃，均热时间30min-50min。

3)轧制工艺：采用奥氏体在结晶区和奥氏体非在结晶区两阶段控轧轧制技术，开轧温度1000～1040℃，在每阶段保证较大压下,单道次变形率≥15％，第二阶段为精轧阶段，单道次变形率≥12％，中间坯钢板待温厚度为2.5-3.5倍成品钢板厚度，第二阶段开轧温度760～790℃，终轧温度700～740℃之间，结合大变形量轧制工艺细化原始组织、控制及调整相变组织的构成、均匀细化程度和多相粒子析出行为，获得大厚度钢板全厚度截面上的晶粒尺寸均匀化，提高钢种强度与低温韧性的均匀性、抗应变时效性。

4)冷却工艺：钢板平均冷速5℃-12℃/S，开冷温度为680-720℃，终冷温度为350～410℃，冷却过程采用ACC层流全自动控冷模式进行，全程采用钢板头尾遮蔽控制，保证钢板不同位置性能均匀性。

5)堆垛缓冷工艺：对控冷后钢板进行堆垛缓冷处理，缓冷时间≥24h，获得钢板成品。

本发明的有益效果是：

1)化学成分设计合理，较少的合金含量，钢板成本较低，采用低P、S纯净钢冶炼，改善钢质纯净度，保证了低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板具备优良的低温塑韧性；2)创造性提出新型低温加热工艺，适当设计均热温度计均热温度阶段保温时间，极大程度降低能源消耗，同时细化钢板原始奥氏体组织晶粒尺寸，提后续轧制钢板组织均匀性，提升钢板强韧化提供基础；3)通过控制轧制+水冷(TMCP)工艺相结合，实现低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板的组织强韧化，相变组织均匀细化、形态及晶粒尺寸控制以及更高尺寸精度及表面质量控制；4)该发明制备出具有高强度(屈服强度≥360MPa抗拉强度≥540MPa)、耐低温(-90℃冲击功≥200J)、Z向性能≥65％、NDTT≤-75℃、钢板最大厚度60mm的低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板，其良好的组织性能均匀性、抗层状撕裂性、优良表面质量等特点满足了海洋恶劣、苛刻环境对船用钢板的技术要求。5)钢板显微组织主要组成为铁素体+贝氏体组织，其中铁素体晶粒度达到10～12级,其中铁素体含量65％～80％。

说明书附图

图1是本发明钢实施例1钢板原始奥氏体晶粒度照片；

图2是本发明钢实施例1成品钢板金相组织照片。

具体实施方式

下面结合附图对具体实施例进行说明：

从实施例1金相组织中可以看出，(DNTT)≤-70℃经新型TMCP工艺处理后钢板组织基本为铁素体+贝氏体组织，钢板原始奥氏体及成品钢板组织均具备晶界清晰，晶粒非常细小(其中奥氏体晶粒度9.0级，铁素体晶粒度11.0级)，从而实现了低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板低温冲击韧性及较高的强度水平。

本发明低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板化学成分见表1，钢坯冶炼工艺参数见表2，钢板轧制方法及冷却工艺见表3，实施例钢拉伸和冲击性能见表4。

表1本发明实施例钢化学成分

表2本发明实施例冶炼工艺

表3本发明实施例钢轧制方法

表4本发明实施例钢拉伸和冲击性能

从实施例中可以看出，化学成分设计合理，较少的合金含量，钢板成本较低，采用低P、S纯净钢冶炼，改善钢质纯净度，保证了低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板具备优良的低温塑韧性；创造性提出新型低温加热工艺，适当设计均热阶段保温时间，极大程度降低能源消耗，同时细化钢板原始奥氏体组织晶粒尺寸，提后续轧制钢板组织均匀性，提升钢板强韧化提供基础；通过控制轧制+水冷(TMCP)工艺相结合，实现低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板的组织强韧化，相变组织均匀细化、形态及晶粒尺寸控制以及更高尺寸精度及表面质量控制；钢板显微组织主要组成为铁素体+贝氏体组织，其中铁素体晶粒度达到10～12级,其中铁素体含量65％～80％；

综上，该发明制备出具有高强度(屈服强度≥360MPa抗拉强度≥540MPa)、耐低温(-90℃冲击功≥200J)、Z向性能≥65％、DNTT≤-75℃、最大厚度60mm的低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板，其良好的组织性能均匀性、抗层状撕裂性、优良表面质量等特点满足了海洋恶劣、苛刻环境对船用钢板的技术要求。

Claims

1.一种低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板，其特征在于，该钢板的化学成分质量百分比如下：C：0.04%～0.08%；Si：0.05%～0.09%；Mn：1.00%～1.30%；S：≤0.002%；P：≤0.008%；Als：0.015%～0.045%；N：0.005%～0.015%；Nb：0.02%～0.04%；Cu：0.16%～0.19%；Ni：0.10%～0.30%；Mo：0.20%～0.40%；Ti：0.008%～0.014%；余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢板组织为铁素体+贝氏体的双相组织，其中，铁素体组织比例≥65%；所述钢板制造方法包括冶炼、连铸、轧制和冷却，轧制前对钢坯加热，加热温度1100～1150℃，均热温度1050～1080℃，均热时间30～50min；采用奥氏体再结晶区和奥氏体非再结晶区两阶段控制轧制技术，第一阶段开轧温度1000～1040℃，单道次变形率≥15%，中间坯钢板待温厚度为2.5～3.5倍成品钢板厚度，第二阶段开轧温度760～790℃，单道次变形率≥12%，终轧温度700～740℃之间；轧后冷却，平均冷速5～12℃/s，开冷温度为680～720℃，终冷温度为350～410℃。

2.根据权利要求1所述的一种低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板，其特征在于：钢板厚度为30～60mm。

3.根据权利要求1所述的一种低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板，其特征在于：所述钢板屈服强度≥360MPa，抗拉强度≥540MPa。

4.根据权利要求1所述的一种低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板，其特征在于：所述钢板-90℃冲击功≥200J）、Z向性能≥70%，零塑性脆转温度≤-75℃。

5.根据权利要求1所述的低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板，其特征在于：所述冶炼过程中，LF和RH精炼炉各需处理20～40min，中包钢水过热度≤30℃，全程保护浇铸，钢中A、B、C、D类夹杂需满足：A类≤1.0，B类≤1.0，C类≤1.0，D类≤1.0。

6.根据权利要求1所述的低温韧性良好的540MPa级VL4-4MOD船舶用钢板，其特征在于：对冷却后钢板进行堆垛缓冷处理，缓冷时间≥24h。