CN113502429A

CN113502429A - 一种低合金高强度高韧性特厚钢板的生产方法

Info

Publication number: CN113502429A
Application number: CN202110735030.7A
Authority: CN
Inventors: 冯赞; 廖宏义; 脱臣德; 肖大恒; 于青; 高海亮; 王振; 欧阳藩; 刘琴
Original assignee: Hunan Valin Xiangtan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Hunan Valin Xiangtan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2021-10-15

Abstract

一种低合金高强度高韧性特厚钢板的生产方法，钢的生产工艺路线为冶炼—模铸—轧制—淬火—回火，其特征在于：钢的化学成分质量百分比为C=0.09‑0.015，Si=0.15~0.40，Mn=1.2‑1.7，P：≤0.012，S≤0.002，Cr=0.15~0.3，Nb=0.3~0.5，V=0.2~0.5，Ti=0.01~0.03，Cu=0.1~0.25，Ni=0.2~0.4，余量为Fe和不可避免的杂质；本发明采用低碳微合金化成分设计，避免贵重合金Mo的加入，采用钢锭轧制调质生产，通过调质工艺调整，强度级别可满足F420与F460的要求，全厚度的‑60℃冲击能量均≥120J，Z向拉伸断面收缩率≥40%。具有成本低廉，性能优异的特点，满足F420,F460海工船板和Q420GJE、Q460GJE建筑用钢板需求。

Description

一种低合金高强度高韧性特厚钢板的生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种低合金高强度高韧性特厚钢板的生产方法。

背景技术

低合金高强度高韧性特厚板在船舶、海洋工程、建筑、桥梁、工程机械方面的用途也越来越广。这些使用领域对钢的强度要求越来越高，目前大型建筑已经普遍使用420MPa，460MPa级别高强钢板，大型建筑、海洋工程等往往有120mm以上规格钢板的需求。

在海洋工程用钢板和船用钢板选材上，考虑到最大海况以及涉及海面的最低温度，往往对韧性的要求极高。不仅对韧性的需求提升到F级别，对表面冲击以及心部冲击均有严格的要求。比如中海油的特厚海工板，均要求检验表面与心部，1/4厚度的冲击，欧标10225涉及的大厚度海工板也需要检验心部冲击。这对于特厚钢板的均匀性提出了极高的要求。为了满足海工、船板的需求，同时满足Q420GJE、Q460GJE对于高韧性低屈强比的要求，特开发低成本不加Mo的F420、F460海工船板用钢和Q420GJE、Q460GJE建筑用钢板，既满足钢板性能需求，又通过工艺创新降低生产成本，极大的有利于F420、F460特厚船板以及海工用钢和特厚高韧性建筑用钢版Q420GJE、Q460GJE的推广。

中国专利CN110791711“一种特厚VL E460级别调质型高强船板生产方法”公开了一种特厚VL E460级别调质型高强船板生产方法，其化学成分按重量百分比为：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。其所处的钢板最大厚度为180mm，由于较高的合金含量以及两次淬火来保证钢板的性能，具有生产成本较高，且生产流程较长，不能使用连续式淬火的特点，不适合批量生产。

中国专利CN107805758 “一种高强度优良低温韧性船用钢及其一钢多级热处理工艺”，钢板化学成分的重量百分比为：C：0.12-0.15%，Si：0.20-0.30%，Mn：1.40-1.70%，Ni：0.12-0.15%，Cr：0.16-0.25%，Mo：0.08-0.12%，Nb：0.020-0.030%，Ti：0.012-0.018%，V≤0.02%，P≤0.015%，S≤0.002%，B：0.0020-0.0030%，以及余量的Fe和不可避免的杂质；涉及一种成分通过不同的热处理工艺实现E460-E550的轧制，但是其主要是通过改变淬火工艺来实现。亚温淬火为不完全奥氏体化的淬火，会增大钢板厚内位置同板差，并不适用于厚板的生产。因此该专利仅限于50mm以下薄板的生产。

中国专利CN101705439“低温高韧性F460级超高强度造船用钢板及其制造方法”，钢板成分重量百分比为：C 0.05～0.15％、Si 0.15～0.35％、Mn 1.20～1.70％、P≤0.020％、S≤0.010％、Nb 0.02～0.04％、V 0.04～0.06％、Ti 0.0.10～0.020％、Cu 0.15～0.40％、Cr 0.10～0.30％、Ni 0.15～0.40％、Al 0.02～0.05％以及余量的Fe及和杂质。轧制工艺：TMCP工艺生产60mm以下的F460。其具有成本低，流程短的优点。但是其实际生产的C含量均在0.06%左右。如此低的C含量在生产100mm以上厚板时会出现抗拉强度低的问题，调质处理后由于组织转变，抗拉强度进一步下降，因此并不适用于厚板的生产，因此只能生产18-60mm的F460。

发明内容

本发明的目的是提供一种低合金高强度高韧性特厚钢板的生产方法，利用钢厂先进的轧制与热处理设备，通过成分优化设计，精确控制过程工艺参数，通过模铸生产线生产。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种低合金高强度高韧性特厚钢板的生产方法，钢的生产工艺路线为冶炼—模铸—轧制—精整—淬火—回火；钢的化学成分质量百分比为C=0.09-0.015，Si=0.15~0.40，Mn=1.2-1.7，P≤0.012，S≤0.002，Cr=0.15~0.3，Nb=0.3~0.5，V=0.2~0.5，Ti=0.01~0.03，Cu=0.1~0.25，Ni=0.2~0.4，余量为Fe和不可避免的杂质；包括以下工艺步骤：

（1）冶炼：采用BOF-LF-RH生产工艺路径，转炉冶炼控制O≤800ppm，精炼LF炉采用高碱度渣，搅拌脱硫； RH炉生产采用轻脱气工艺，真空处理总时间≤10min；

（2）模铸：采用梯形锭模，过热度控制在42~45℃之间，浇铸后冒口位置投放发热剂延缓凝固，锭身锭尾自然冷却；

（3）轧制：钢锭开完坯后重新加热轧制，轧制时一阶段轧制采用温差轧制，通过中带高温计与温度模型的中间辊道水冷装置，控制铸坯表面温度与心部温度的温差在200℃左右，采用慢速轧制，道次压下量控制在10%~15%；二阶段采用常规轧制；

（4）淬火：淬火采用间断式冷却淬火机，钢板表面进行间断式冷却，控制钢板回温在100℃以内并降低钢板表面和心部的冷速差；淬火温度890℃~930℃，淬火冷速1~2℃/s；

（5）回火：回火温度580℃~680℃，回火采用快速加热，保温时间115~125min。

采用上述方法生产的低合金高强度高韧性钢板，屈服强度在430-530MPa之间可控，抗拉强度在580-650MPa之间可控，延伸率超过23%，屈强比≤0.8，Z向拉伸面缩率≥40%，表面、心部、1/4厚度处-60℃冲击在120J以上。

本发明适用于200mm以下F420,F460等船板生产，又能满足Q420GJE、Q460GJE特厚板的性能需求，拥有较低的屈强比，优异的焊接性能，良好的抗层状撕裂性能，通过热处理工艺的调整，实现一钢多用，降低钢厂的生产库存。

本发明的突出特点体现在42kg级及46kg级特厚板生产不添加昂贵的Mo元素，不仅节约生产成本，并且热处理过程中不产生贝式体，因此热处理工艺可以灵活调整，以适应不同钢级、不同钢种的生产需要。

附图说明

图1 为钢板生产工艺的流程图。

图2 为200mmF460钢板的组织金相图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明之成分控制范围、最佳实施方式等主要内容作进一步说明：

冶炼实例1：

转炉冶炼一次命中，终点控制C=0.06%，终点氧含量O=470ppm，LF采用高碱度渣脱硫，RH炉真空处理时间9min，测得残余H=1.5ppm。模铸采用29吨锭，钢水浇铸过热度42℃，浇铸前投放发热剂，浇铸后投放保温剂，24小时候脱模。轧制采用二火轧制，开坯轧到450mm后重新加热，均热坑炉保温段心部温度1208℃。保温50分钟后开轧，粗轧展完宽之后，进入专门的快冷装置冷却至表面温度900℃左右，摆动3分钟至目标温度。粗轧采用慢速大压下，道次压下率12%~19%，中间坯厚度190mm，精轧开轧温度775℃，轧成160mm厚。轧后直接进入mulpic层流冷却，返红温度660℃，冷速约1℃/s。热矫后入垛缓冷。热处理采用调质，900℃保温约120分钟，出炉后入间隙式冷却辊底式炉，控制冷速约1.5℃/s，冷却至室温后采用650℃回火，保温180分钟，出炉后堆冷48小时。

冶炼实例2：

转炉冶炼一次命中，控制C=0.07%，终点O含量320ppm，LF采用高碱度渣脱硫，RH炉真空处理时间12min，测得残余H=1.3ppm。模铸采用50吨锭，钢水浇铸过热度45℃，浇铸前投放发热剂，浇铸后投放保温剂，36小时候脱模。轧制采用二火轧制，开坯轧到565mm后重新加热，加热炉保温段心部温度1205℃。保温60分钟后开轧，粗轧展完宽之后，进入专门的快冷装置冷却至表面温度920℃左右，摆动5分钟至目标温度。粗轧采用慢速大压下，道次压下率10%-14%，中间坯厚度240mm，精轧开轧温度780℃，轧成200mm厚。轧后直接进入mulpic层流冷却，返红温度679℃，冷速约1℃/s。热矫后入垛缓冷。热处理采用调质，900℃保温约150分钟，出炉后入间隙式冷却辊底式炉，控制冷速约1.5℃/s，冷却至室温后采用650℃回火，保温230分钟，出炉后堆冷72小时。

冶炼实例3：

转炉冶炼一次命中，控制C=0.09%，终点氧含量O=305ppm，，LF采用高碱度渣脱硫，RH炉真空处理时间10min，测得残余H=1.4ppm。模铸采用35吨锭，钢水浇铸过热度43℃，浇铸前投放发热剂，浇铸后投放保温剂，24小时候脱模。轧制采用二火轧制，开坯轧到453mm后重新加热，加热炉保温段心部温度1203℃。保温60分钟后开轧，粗轧展完宽之后，进入专门的快冷装置冷却至表面温度900℃左右，摆动3分钟至目标温度。粗轧采用慢速大压下，道次压下率13%-19%，中间坯厚度185mm，精轧开轧温度772℃，轧成150mm厚。轧后直接进入mulpic层流冷却，返红温度665℃，冷速约1℃/s。热矫后入垛缓冷。热处理采用调质，900℃保温约120分钟，出炉后入间隙式冷却辊底式炉，控制冷速约1.5℃/s，冷却至室温后采用580℃回火，保温200分钟，出炉后堆冷48小时。

冶炼实例4：

转炉冶炼一次命中，控制C=0.07%，终点氧含量O=395ppm，，LF采用高碱度渣脱硫，RH炉真空处理时间12min，测得残余H=1.3ppm。模铸采用40吨锭，钢水浇铸过热度44℃，浇铸前投放发热剂，浇铸后投放保温剂，36小时候脱模。轧制采用二火轧制，开坯轧到540mm后重新加热，加热炉保温段心部温度1210℃。保温60分钟后开轧，粗轧展完宽之后，进入专门的快冷装置冷却至表面温度910℃左右，摆动4分钟至目标温度。粗轧采用慢速大压下，道次压下率11%-15%，中间坯厚度220mm，精轧开轧温度782℃，轧成180mm厚。轧后直接进入mulpic层流冷却，返红温度665℃，冷速约1℃/s。热矫后入垛缓冷。热处理采用调质，930℃保温约150分钟，出炉后入间隙式冷却辊底式炉，控制冷速约1.2℃/s，冷却至室温后采用580℃回火，保温280分钟，出炉后堆冷72小时。

各冶炼实例成分控制如表1：

表1 实例控制成分（wt%）

表2 实例各项性能（冲击温度 -60℃）

从表2 可看出，本发明钢板可以生产强度级别从42kg级到46kg级的特厚板，厚内各位置的冲击韧性良好，可以满足海工项目对于F420与F460钢板强度与低温韧性的特殊需求。此外钢板强度稳定，拥有较低的屈强比，又可以满足Q420GJE、Q460GJE的各项性能需求。特厚板的一钢多级、一钢多用对于钢厂的生产组织具有极大的优势。

从图2可以看出，钢板调质以后，组织为铁素体和退化珠光体组织，组织自小，退化珠光体为残余奥氏体回火过程中形成，具有较高的强度，是42kg -46kg级高韧性钢的理想组织。为实现这样的组织，对钢板相变控制极其严格。

Claims

1.一种低合金高强度高韧性特厚钢板的生产方法，其特征在于：钢的生产工艺路线为冶炼—模铸—轧制—淬火—回火，所生产的钢为42~46kG级海洋工程及船用钢板F420与F460和特厚Q420GJE、Q460GJE，钢的化学成分质量百分比为C=0.09-0.015，Si=0.15~0.40，Mn=1.2-1.7，P≤0.012，S≤0.002，Cr=0.15~0.3，Nb=0.3~0.5，V=0.2~0.5，Ti=0.01~0.03，Cu=0.1~0.25，Ni=0.2~0.4，余量为Fe和不可避免的杂质；包括以下工艺步骤：

（4）淬火：淬火采用间断式冷却淬火机，钢板表面进行间断式冷却，控制钢板回温在100℃以内并降低钢板表面和心部的冷速差；淬火温度900℃，在炉保温时间120-150分钟，淬火冷速1~2℃/s；

（5）回火：回火温度580℃~650℃，回火采用快速加热，保温时间150~230min。