CN113174534B

CN113174534B - 一种大厚度tmcp态fo460船舶用钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN113174534B
Application number: CN202110392186.XA
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 严玲; 王�华; 王东旭; 韩鹏; 陈华; 李广龙; 王晓航; 李文斌; 齐祥羽
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2022-08-16
Anticipated expiration: 2041-04-13
Also published as: CN113174534A

Abstract

本发明公开一种大厚度TMCP态FO460船舶用钢板及其制造方法，C：0.05％～0.09％；Si：0.05％～0.14％；Mn：1.40％～1.90％；S：≤0.002％；P：≤0.008％；Als：0.015％～0.045％；N：0.003％～0.015％；Nb：0.01％～0.04％；Cu：0.16％～0.35％；Ni：0.40％～0.80％；Mo：0.15％～0.30％；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

一种大厚度TMCP态FO460船舶用钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于钢铁材料制备领域，特别涉及一种大厚度TMCP态FO460船舶用钢板及其制造方法。

背景技术

近年来在船舶工业快速增长的带动下，极低船舶用钢的需求量在逐年迅速上升。但是，我国缺乏极地船舶设计和制造经验，与芬兰、日本、韩国、美国和俄罗斯等极地船舶建造强国相比有很大差距。2016年，广船国际承接了俄罗斯Yamal项目中极地凝析油轮的建造。2017年，我国最大的海工企业中集来福士承建了挪威订购的“维京龙”号北极钻井平台。尽管我国造船企业承接了少量具有低级别冰区符号的船舶订单，但极地原油运输破冰船和极地LNG运输破冰船等高技术极地船舶几乎是空白。

极地船舶建造离不开适应极地恶劣服役环境的低温用钢等关键材料，高强度、高低温韧性及易焊接的高性能钢材是极地船舶安全航行的基本保障。急需开发具有一定的强度、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优异的钢板。

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大厚度TMCP态FO460船舶用钢板及其制造方法，通过合理的成分设计，新型TMCP多阶段轧制工艺相结合，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≥460MPa，抗拉强度≥570MPa)、耐低温(-80℃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≥55％，最大厚度100mm，零塑性脆转温度(DNTT)≤-70℃，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：

一种大厚度TMCP态FO460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：0.05％～0.09％；Si：0.05％～0.14％；Mn：1.40％～1.90％；S：≤0.002％；P：≤0.008％；Als：0.015％～0.045％；N：0.003％～0.015％；Nb：0.01％～0.04％；Cu：0.16％～0.35％；Ni：0.40％～0.80％；Mo：0.15％～0.30％；Ti：0.008％～0.014％；余量为Fe和不可避免的杂质。

钢板厚度为60～100mm。

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0.05％～0.09％。

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1.40％～1.90％。

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0.01～0.04％。

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0.15％～0.30％。

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0.40％～0.80％。

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％。

大厚度TMCP态FO460船舶用钢板的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

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：采用新型三阶段控轧轧制技术，第一阶段开轧温度1000—1040℃，单道次变形率≥15％，第二阶段为精轧阶段，单道次变形率≥12％，第二阶段开轧温度860—900℃，中间坯钢板待温厚度为1.6-2.2倍成品钢板厚度，第三阶段开轧温度720—750℃，单道次变形率≥8％，终轧温度700—730℃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8℃-15℃/S，开冷温度为680-720℃，终冷温度为400～480℃，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，保证了大厚度TMCP态FO460船舶用钢板具备优良的低温塑韧性；

2)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)通过多阶段控制轧制+水冷(TMCP)工艺相结合，实现大厚度TMCP态FO460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≥460MPa抗拉强度≥570MPa)、耐低温(-80℃冲击功≥200J)、Z向性能≥65％、NDTT≤-70℃、钢板最大厚度100mm的TMCP态FO460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9～11级，其中铁素体含量55％～70％。

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，经新型TMCP多阶段控轧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8.5级，铁素体晶粒度10.0级)，从而实现了大厚度TMCP态FO460船舶用钢板低温冲击韧性及较高的强度水平。

本发明大厚度TMCP态FO460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

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，保证了大厚度TMCP态FO460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；通过多阶段控制轧制+水冷(TMCP)工艺相结合，实现大厚度TMCP态FO460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9～11级，其中铁素体含量55％～70％。

综上，该发明制备出具有高强度(屈服强度≥460MPa抗拉强度≥570MPa)、耐低温(-80℃冲击功≥200J)、Z向性能≥65％、NDTT≤-70℃、钢板最大厚度100mm的TMCP态FO460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

1.一种大厚度TMCP态FO460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：0.05%～0.09%；Si：0.05%～0.09%；Mn：1.65%～1.90%；S：≤0.002%；P：≤0.008%；Als：0.015%～0.045%；N：0.005%～0.015%；Nb：0.01%～0.04%；Cu：0.16%～0.35%；Ni：0.51%～0.80%；Mo：0.15%～0.30%；Ti：0.008%～0.014%；余量为Fe和不可避免的杂质；

所述钢板的制造方法包括冶炼、连铸、轧制和冷却，轧制前进行加热，加热温度1100～1150℃，均热温度1050～1080℃，均热时间30～50min；轧制采用三阶段控制轧制技术，第一阶段开轧温度1000～1040℃，单道次变形率≥15%，第二阶段开轧温度860～900℃，中间坯钢板待温厚度为1.6～2.2倍成品钢板厚度，单道次变形率≥12%，第三阶段开轧温度740～750℃，单道次变形率≥8%，终轧温度700～730℃之间；

所述冷却为钢板平均冷速8～15℃/s，开冷温度为680～720℃，终冷温度为400～440℃；

对冷却后的钢板进行堆垛缓冷处理，缓冷时间≥24h。

2.根据权利要求1所述的大厚度TMCP态FO460船舶用钢板，其特征在于：钢板厚度为60～100mm。

3.根据权利要求1所述的大厚度TMCP态FO460船舶用钢板，其特征在于：所述钢板屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥570MPa，-80℃冲击功≥200J，Z向性能≥70%。

4.根据权利要求1所述的大厚度TMCP态FO460船舶用钢板，其特征在于：钢板组织为铁素体+贝氏体的双相组织，其中，铁素体组织体积比例≥55%。

5.根据权利要求1所述的大厚度TMCP态FO460船舶用钢板，其特征在于：零塑性脆转温度≤-70℃。

6.根据权利要求1所述的大厚度TMCP态FO460船舶用钢板，其特征在于：所述冶炼过程中钢水在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。

7.根据权利要求1所述的大厚度TMCP态FO460船舶用钢板，其特征在于：所述连铸过程中采用轻压下技术。