CN114517254A - 一种船舶用耐低温球扁钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船舶用耐低温球扁钢，以质量百分比计，包括如下组分：C：0.08～0.10％；Si：0.15～0.35％；Mn：0.5～1.0％；Cr：0.80～1.0％；Mo：0.05～0.1％；V：0.06～0.12％；N：0.015～0.023％；Als：0.015～0.03％；P≤0.02％；S≤0.01％；余量为Fe。本发明通过控轧控冷和温轧协同作用使球扁钢形成拉长的铁素体晶粒，这种拉长的铁素体晶粒有利于改变冲击载荷作用下断裂失效的裂纹扩展方向，产生分裂现象，进而提升球扁钢的低温韧性。此外，本发明通过重新加热进行温轧变形，促进了珠光体的细化，通过V、N微合金化以及增加Cr元素抑制晶粒的长大，可进一步提升其强韧性。

Description

一种船舶用耐低温球扁钢及其制备方法
技术领域
本发明属于扁钢制备技术领域，具体涉及一种船舶用耐低温球扁钢及其制备方法。
背景技术
球扁钢广泛用于制造船舶龙骨和加强筋，是大型船舶的核心材料。随着造船业向大型化、高速化方向发展，国内外造船业对高强、高韧球扁钢的需求愈发强烈。特别是近年来，我国北极航道的开通和南极科考的常态化显著增加了我国造船业对良好低温韧性球扁钢的需求。
中国专利201910186907.4公开了“一种具有优良低温韧性耐腐蚀船用球扁钢及制造方法”的技术文件，其通过两个方面提升低温韧性，一是降低C的含量至0.049％以下，二是在轧后重新进行回火处理。但降低C含量在减弱了强化效果，因而需要增加其它合金元素的含量，增加了成本。
中国专利201911023030.3公开了“一种大规格高强韧对称球扁钢及其生产方法”的技术文件，其通过增加C含量至0.12％以上，并添加V、Ti、N微合金化元素提升强度；通过增加Mn含量，并采用控轧控冷和时效处理的方式提升韧性。但增加C、Mn含量不利于焊接性能。
中国专利201110449456.2公开了“大规格高强度D40船用热轧球扁钢及生产工艺”的技术文件，其通过添加V-N合金进行合金化处理，并采用轧后水冷工艺细化晶粒，提升最终的强韧性。此外，该专利还通过控制Mn/C、Ni/Mn的相对含量避免室温组织中出现粒状贝氏体，进而改善其低温韧性。但该专利所述方法制备的球扁钢的强度较低，并且需要添加较多的Mn、Ni元素，一方面不利于最终的焊接性能，另一方面增加了成本。
综上可知，改善球扁钢的韧性对我国造船业的稳定发展具有重要意义。如何进一步提升球扁钢的低温韧性仍然是我国钢铁行业当前面临的问题之一。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种船舶用耐低温球扁钢及其制备方法。本发明在成分控制的基础上通过控轧控冷获得贝氏体基体组织，随后重新加热至两相区进行温轧，在表层获得拉长的铁素体晶粒，这种拉长的铁素体晶粒可以改变裂纹扩展路径，产生分裂现象，进而提升其低温韧性。另外，本发明所述方法通过将贝氏体基体重新加热至两相区形成细小的奥氏体相，温轧变形可以进一步细化奥氏体相尺寸，并促进其弥散分布，在随后的空冷过程中奥氏体相形成珠光体团，细小弥散分布的珠光体团有利于提升其强韧性。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种船舶用耐低温球扁钢，以质量百分比计，包括如下组分：C：0.08～0.10％；Si：0.15～0.35％；Mn：0.5～1.0％；Cr：0.80～1.0％；Mo：0.05～0.1％；V：0.06～0.12％；N：0.015～0.023％；Als：0.015～0.03％；P≤0.02％；S≤0.01％；余量为Fe。
本发明中所述船舶用耐低温球扁钢的制备方法，包括如下步骤：
(1)将高炉铁水经过转炉冶炼、LF炉和VD炉精炼后进行连铸，获得连铸坯；
(2)将步骤(1)的连铸坯加热至1150℃～1200℃，保温180～240min；随后进行两阶段轧制，第一阶段的轧制温度为：1050～1100℃；第二阶段的轧制温度为：850～950℃，轧后立即水冷至贝氏体转变区550～600℃，然后空冷至室温获得中间坯；
(3)将步骤(2)中间坯加热至两相区750～800℃进行保温，保温时间为30～60min，保温后进行温轧，温轧总变形量为40～50％，温轧后缓慢空冷至室温即得所述耐低温球扁钢。
优选的，步骤(1)中所述连铸过程中间包的钢水浇铸温度≤1540℃，连铸过程的矫直温度在950～1000℃。
优选的，步骤(2)中所述轧后水冷的冷却速度为10～15℃/s。
优选的，步骤(3)中所述中间坯的加热速度为0.5～1.0℃/s，所述的轧制温度为750～800℃，所述的温轧后的空冷冷却速度为1.0～1.5℃/s。
本发明中所述船舶用耐低温球扁钢用于制造极寒地区工作的船舶。
在本发明中各合金元素使用的作用如下：
C：通过固溶强化和析出强化的方式提高强度，C含量过低会影响其强度，过高时会恶化韧性和焊接性能。为保证强度和可焊性，本发明中C的质量百分比控制在0.08～0.10％。
Si：一方面其作为脱氧剂在冶炼过程起到脱氧作用，另一方面可抑制碳化物的析出，提高了奥氏体的稳定性，但过多的Si易在热轧过程中产生氧化物，而且增加了组织粗化的倾向，不利于韧性和焊接性能。本发明中Si的质量百分比控制在0.15～0.35％。
Mn：一方面起到固溶强化作用，可增强钢的强塑积；另一方面提高钢中的Mn/C比，可降低韧性-脆性转变温度，改善韧性。但Mn含量过高会使焊接性能和韧性均下降。为保证强度和可焊性，本发明中Mn的质量百分比控制在0.5～1.0％。
Cr：可改善强度和耐海水腐蚀性，促进贝氏体的形成，但含量过高会劣化钢的塑性和韧性。本发明用Cr替换价格较高的Ni，并可在一定程度上减缓使用过程中球扁钢的腐蚀速度。本发明中Cr的质量百分比控制在0.8～1.0％。
Mo：可促进贝氏体的形成，细化晶粒，抑制回火脆性，并提高淬透性。本发明中Mo的质量百分比控制在0.05～0.1％。
V：形成细小的沉淀相，细化晶粒，可提升强度。本发明中V的质量百分比控制在0.06～0.12％。
N：与V形成细小的沉淀相，可细化晶粒，提升强度。但N含量过高会增加钢的时效脆性。本发明中N的质量百分比控制在0.015～0.023％。
Als：提供Al元素，在冶炼过程起到脱氧作用，并且可细化晶粒，改善钢的低温韧性。本发明中Als的质量百分比控制在0.015～0.03％
P、S为钢中的有害元素，含量应控制在较低的范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明在添加Cr、Mo元素的基础上，通过控轧控冷获得贝氏体基体组织的中间坯，随后重新加热至铁素体+奥氏体的两相区进行温轧，进而在表层获得拉长的铁素体晶粒+尺寸细小、弥散分布的珠光体组织。拉长的铁素体晶粒在冲击载荷下容易产生分裂现象产生，可改变裂纹扩展路径，有利于进一步提升低温韧性，而且贝氏体基体组织重新加热至两相区过程可以形成细小的奥氏体相，在温轧变形的作用下，铁素体和奥氏体相均发生了细化，同样可改善强韧性能。本发明所述方法未通过降低C含量、调质处理(感应淬火+高温回火)的方式改善韧性，而是通过组织细化和分裂现象改善韧性，在保证强度的同时可进一步提升低温韧性，所设计的成分体系中Mn含量相对较低，不包含价格较高的Ni元素，在一定程度上即保证了可焊性，降低了生产成本。本发明所述方法制备的球扁钢适用于极寒环境下运行的船舶。
附图说明
图1为本发明所述方法中控轧控冷和温轧流程的示意图；
图2为本发明实施例1所述方法中温轧空冷后形成的拉长的铁素体晶粒组织。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
一种船舶用耐低温球扁钢的制备方法，包括如下步骤：
(1)将高炉铁水经过转炉冶炼、LF炉和VD炉精炼调节成分后进行连铸，获得连铸坯；所述连铸时钢水浇铸温度控制在1540℃，连铸过程的矫直温度控制在980℃；
(2)将步骤(1)的连铸坯加热至1150℃，保温240min；随后进行两阶段轧制，第一阶段的轧制温度为：1050℃，总变形量50％；第二阶段的轧制温度为：850℃，总变形量50％，轧后立即以10℃/s的速度水冷至贝氏体转变区600℃，然后空冷至室温获得中间坯；
(3)将步骤(2)中间坯以1.0℃/s的速度重新加热至800℃进行保温，保温时间为30min，保温后进行温轧，温轧温度控制在800℃，温轧总变形量为40％，温轧后以1.0℃/s的速度缓慢空冷至室温即得所述耐低温球扁钢。
所步骤(1)中调节成分后，以质量百分比计，其成分组成为C：0.08％；Si：0.25％；Mn：0.5％；Cr：0.80％；Mo：0.05％；V：0.06％；N：0.015％；Als：0.015％；P≤0.02％；S≤0.01％；余量为Fe。
如图2所示，本发明实施例1温轧空冷后形成的拉长的铁素体晶粒组织。
实施例2
一种船舶用耐低温球扁钢的制备方法，包括如下步骤：
(1)将高炉铁水经过转炉冶炼、LF炉和VD炉精炼调节成分后进行连铸，获得连铸坯；所述连铸时钢水浇铸温度控制在1535℃，连铸过程的矫直温度控制在980℃；
(2)将步骤(1)的连铸坯加热至1200℃，保温180min；随后进行两阶段轧制，第一阶段的轧制温度为：1100℃，总变形量50％；第二阶段的轧制温度为：950℃，总变形量50％，轧后立即以10℃/s的速度水冷至贝氏体转变区550℃，然后空冷至室温获得中间坯；
(3)将步骤(2)中间坯以1.0℃/s的速度重新加热至780℃进行保温，保温时间为30min，保温后进行温轧，温轧温度控制在780℃，温轧总变形量为40％，温轧后以1.0℃/s的速度缓慢空冷至室温即得所述耐低温球扁钢。
所步骤(1)中调节成分后，以质量百分比计，其成分组成为C：0.08％；Si：0.25％；Mn：0.5％；Cr：0.80％；Mo：0.05％；V：0.06％；N：0.015％；Als：0.015％；P≤0.02％；S≤0.01％；余量为Fe。
实施例3
一种船舶用耐低温球扁钢的制备方法，包括如下步骤：
(1)将高炉铁水经过转炉冶炼、LF炉和VD炉精炼调节成分后进行连铸，获得连铸坯；所述连铸时钢水浇铸温度控制在1535℃，连铸过程的矫直温度控制在980℃；
(2)将步骤(1)的连铸坯加热至1150℃，保温180min；随后进行两阶段轧制，第一阶段的轧制温度为：1050℃，总变形量50％；第二阶段的轧制温度为：950℃，总变形量50％，轧后立即以10℃/s的速度水冷至贝氏体转变区600℃，然后空冷至室温获得中间坯；
(3)将步骤(2)中间坯以1.0℃/s的速度重新加热至750℃进行保温，保温时间为30min，保温后进行温轧，温轧温度控制在750℃，温轧总变形量为40％，温轧后以1.0℃/s的速度缓慢空冷至室温即得所述耐低温球扁钢。
所步骤(1)中调节成分后，以质量百分比计，其成分组成为C：0.08％；Si：0.25％；Mn：0.5％；Cr：0.80％；Mo：0.05％；V：0.06％；N：0.015％；Als：0.015％；P≤0.02％；S≤0.01％；余量为Fe。
对比例1
一种船舶用耐低温球扁钢的制备方法，包括如下步骤：
(1)将高炉铁水经过转炉冶炼、LF炉和VD炉精炼调节成分后进行连铸，获得连铸坯；所述连铸时钢水浇铸温度控制在1535℃，连铸过程的矫直温度控制在980℃；
(2)将步骤(1)的连铸坯加热至1150℃，保温240min；随后进行三阶段轧制，第一阶段的轧制温度为：1050℃，总变形量50％；第二阶段的轧制温度为：950℃，总变形量50％，第三阶段轧制温度为800℃，总变形量为40％，第三阶段轧后直接空冷至室温，空冷的冷却速度为1.0℃/s。
所步骤(1)中调节成分后，以质量百分比计，其成分组成为C：0.08％；Si：0.25％；Mn：0.5％；Cr：0.80％；Mo：0.05％；V：0.06％；N：0.015％；Als：0.015％；P≤0.02％；S≤0.01％；余量为Fe。
对实施例1-3和对比例1所制备的耐低温球扁钢进行性能评价，具体结果如下表1：
表1本发明实施例和对比例型钢显微组织及性能情况表
Figure BDA0003524453470000071
Figure BDA0003524453470000081
由表1可看出，本发明实施例1～3中的屈服强度均超过550MPa，-100℃温度下冲击功均超过81J；本发明对比例1的屈服强度为452MPa，-100℃温度下冲击功68J。因此，本发明所制备的球扁钢低温韧性较好，可满足极寒地区船舶的需求。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种船舶用耐低温球扁钢，其特征在于：以质量百分比计，包括如下组分：C：0.08～0.10％；Si：0.15～0.35％；Mn：0.5～1.0％；Cr：0.80～1.0％；Mo：0.05～0.1％；V：0.06～0.12％；N：0.015～0.023％；Als：0.015～0.03％；P≤0.02％；S≤0.01％；余量为Fe。
2.一种权利要求1所述船舶用耐低温球扁钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将高炉铁水经过转炉冶炼、LF炉和VD炉精炼后进行连铸，获得连铸坯；
(2)将步骤(1)的连铸坯加热至1150℃～1200℃，保温180～240min；随后进行两阶段轧制，第一阶段的轧制温度为：1050～1100℃；第二阶段的轧制温度为：850～950℃，轧后立即水冷至贝氏体转变区550～600℃，然后空冷至室温获得中间坯；
(3)将步骤(2)中间坯加热至两相区750～800℃进行保温，保温时间为30～60min，保温后进行温轧，温轧后缓慢空冷至室温即得所述耐低温球扁钢。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述连铸过程中间包的钢水浇铸温度≤1540℃，连铸过程的矫直温度在950～1000℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述轧后水冷的冷却速度为10～15℃/s。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述中间坯的加热速度为0.5～1.0℃/s，所述的轧制温度为750～800℃，所述的温轧后的空冷冷却速度为1.0～1.5℃/s。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述温轧总变形量为40～50％。
7.一种权利要求1所述船舶用耐低温球扁钢用于制造极寒地区工作的船舶。
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