CN114606436A - 一种极地用370MPa级稀土耐候结构钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种极地用370MPa级稀土耐候结构钢，其化学成分按重量百分比为C：0.07～0.09％、Si:0.20～0.30％、Mn：1.15～1.35％、P≤0.015％、S≤0.005％、Nb：0.04～0.05％、Ti:0.011～0.020％、Cr：0.50～0.60％、Ni：0.32～0.39％、Cu：0.35～0.45％、稀土Ce:0.0004～0.0012％，余量为Fe和不可避免的杂质。还公布了其生产方法。本发明的极地用370MPa级稀土耐候结构钢在‑80℃下的冲击功大于120J，同时具有低屈强比、良好耐腐蚀性能、焊接性能的耐候结构钢板，可用于极地钢结构的建造。

Description

一种极地用370MPa级稀土耐候结构钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及微合金钢，尤其涉及一种极地用370MPa级稀土耐候结构钢及其生产方法。
背景技术
地球南极、北极常年环境恶劣,气温在-40℃～-60℃范围,在该地区建造钢结构工程,难度较大,对钢材性能要求较高,尤其要求钢板具有优良的低温冲击韧性,冷脆转变温度应低于-60℃,才能保证钢结构工程安全。在实际钢结构工程设计中,如果环境温度为-60℃,则要求钢板-80℃冲击韧性应达到一定水平,以提高钢结构安全系数。目前通用的结构钢冲击韧性质量等级仅要求-60℃,还没有-80℃温度下冲击韧性质量要求。已经不能满足极地建设用钢要求，-80℃使用的极地结构用钢鲜有报道。
专利CN102703807A公布了一种-80℃冲击吸收功≥100J的海洋工程用钢及生产方法，经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH处理、连铸、加热、轧制、冷却、回火热处理工序生产出屈服强度不小于330MPa，-80℃冲击吸收功≥100J的海洋工程用钢。不足之处一是钢板强度级别较低，只适用于海洋工程用钢。二是钢板冷却温度低，板形控制难度大，不利于批量生产。
专利CN111155022B公布了一种具有低温韧性的390MPa级极地船体结构钢及其制备方法。经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH处理、连铸、加热、轧制、冷却工序生产出屈服强度大于390MPa，-100℃冲击吸收功≥200J的船体用钢。不足之处一是钢板轧制温度低，压下率大，对设备能力要求严格，不利于稳定生产，适用于船体钢。二是钢板耐候性不好。
专利CN103952646A公布了一种耐低温低合金结构钢及其制造方法。不足之处一是钢板屈服强度大于325MPa，强度级别低，且适用于制造风电法兰。二是使用温度仅仅为-50℃，不能满足极地用钢要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种极地用370MPa级稀土耐候结构钢及其生产方法，-80℃下的冲击功大于120J，同时具有低屈强比、良好耐腐蚀性能、焊接性能的耐候结构钢板，可用于极地钢结构的建造。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种极地用370MPa级稀土耐候结构钢，其化学成分按重量百分比为C：0.07～0.09％、Si:0.20～0.30％、Mn：1.15～1.35％、P≤0.015％、S≤0.005％、Nb：0.04～0.05％、Ti:0.011～0.020％、Cr：0.50～0.60％、Ni：0.32～0.39％、Cu：0.35～0.45％、稀土Ce:0.0004～0.0012％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.2％、耐候指数I≥6.5％。
一种极地用370MPa级稀土耐候结构钢的生产方法，包括：
(1)冶炼、连铸
冶炼连铸工序包括铁水脱硫预处理—转炉冶炼—LF炉外精炼—RH真空处理—板坯连铸；铁水预处理后硫含量控制在0.005％以下，转炉全程吹氩，保证终点碳含量和温度一次命中，防止增氮；LF炉外精炼进一步脱氧、深脱硫、合金化、去除夹杂、调整成分及温度，减少二次氧化和增氮；RH真空处理降低氢、氧、氮有害气体含量，真空处理时间大于20分，之后进行钙处理；连铸在厚板连铸机上进行，采用动态轻压下、电磁搅拌技术，严格控制连铸拉速在0.9±0.1m/min，过热度控制在20-35℃，减轻连铸坯中心偏析、疏松等缺陷，最终生产出厚度250mm优质连铸板坯；
(2)轧制
板坯加热温度控制在1210℃～1240℃，加热时间250min以上，保证合金元素的充分固溶，板坯温度均匀，加热时采用还原性气氛，减少板坯表面氧化铁皮生成量；板坯出炉后经高压水除鳞后进入轧机，轧制采用两阶段控制轧制,即奥氏体再结晶区控制轧制和奥氏体非再结晶区控制轧制；粗轧开轧温度1160～1200℃，单道次相对压下率至少有两道次控制在13％以上，精轧时严格控制温度和道次压下率，在设备能力允许的情况下，实现“低温大压下”策略，精轧开轧温度≤920℃，开轧厚度为2.0-4.0倍成品厚度，终轧温度790～810℃，轧后钢板采用控制冷却，终冷温度650～670℃；
(3)回火热处理
钢板经过精整探伤后进入热处理工序，钢板抛丸后进行回火热处理，回火温度560～590℃，保温时间20-40分，出炉后空冷。
进一步的，板坯加热温度为1230℃，加热时间234min，第一阶段轧制的开轧温度为1185℃，第二阶段轧制的开轧温度为890℃，轧件厚度为112mm，终轧温度为790℃，成品钢板厚度为32mm；钢板冷却速度为8℃/s，终冷温度为667℃；热矫后冷床冷却；之后进行探伤和精整处理，最后进行回火热处理，回火温度570℃，保温20分，出炉后空冷。
进一步的，板坯加热温度为1227℃，加热时间245min，第一阶段轧制的开轧温度为1180℃，第二阶段轧制的开轧温度为900℃，轧件厚度为80mm，终轧温度为790℃，成品钢板厚度为22mm；钢板冷却速度为8℃/s，终冷温度为670℃；热矫后冷床冷却；之后进行探伤和精整处理，最后进行回火热处理，回火温度590℃，保温20分，出炉后空冷。
进一步的，板坯加热温度1221℃，加热时间225min，第一阶段开轧温度1180℃，单道次相对压下率至少有两道次控制在16％，当轧件厚度为56mm时，随后进行第二阶段轧制，终轧温度为810℃，成品钢板厚度为14mm；轧制结束后，钢板热矫后冷床冷却；之后进行在线探伤和精整处理，最后进行回火热处理，回火温度590℃，保温20分，出炉后空冷。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明通过合理的化学成分设计，并协同本发明的生产方法可以得到一种极地用370MPa级稀土耐候结构钢，-80℃下的冲击功大于120J，同时具有低屈强比、良好耐腐蚀性能、焊接性能的耐候结构钢板，可用于极地钢结构的建造。
附图说明
图1为本发明实施例2钢板1/4厚度处200倍下的金相组织。
图2为本发明实施例2钢板-80℃冲击断口宏观形貌。
图3为本发明实施例2钢板-80℃冲击断口微观形貌。
具体实施方式
以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例1
实施方式同实施例1，其中加热温度为1230℃，加热时间234min，第一阶段轧制的开轧温度为1185℃，第二阶段轧制的开轧温度为890℃，轧件厚度为112mm，终轧温度为790℃，成品钢板厚度为32mm。钢板冷却速度为8℃/s，终冷温度为667℃。热矫后冷床冷却。之后进行探伤和精整处理，最后进行回火热处理，回火温度570℃，保温20分，出炉后空冷，即可得到所述钢板。
实施例2
实施方式同实施例1，其中加热温度为1227℃，加热时间245min，第一阶段轧制的开轧温度为1180℃，第二阶段轧制的开轧温度为900℃，轧件厚度为80mm，终轧温度为790℃，成品钢板厚度为22mm。钢板冷却速度为8℃/s，终冷温度为670℃。热矫后冷床冷却。之后进行探伤和精整处理，最后进行回火热处理，回火温度590℃，保温20分，出炉后空冷，即可得到所述钢板。
实施例3
原料铁水经过铁水深脱硫，转炉顶底吹炼，钢包吹氩，LF炉外精炼，RH真空处理及连铸工艺得到表1所示化学成分重量百分比的250mm厚板坯。板坯加热温度1221℃，加热时间225min，第一阶段开轧温度1180℃，单道次相对压下率至少有两道次控制在16％，当轧件厚度为56mm时，随后进行第二阶段轧制，终轧温度为810℃，成品钢板厚度为14mm。轧制结束后，钢板热矫后冷床冷却。之后进行在线探伤和精整处理，最后进行回火热处理，回火温度590℃，保温20分，出炉后空冷，即可得到所述钢板。
表1 本发明实施例1～3的化学成分(wt％)
实 C Si Mn P S Nb Ti Cr Ni Cu Ce Pcm I
1 0.071 0.21 1.20 0.008 0.002 0.041 0.015 0.52 0.32 0.36 0.0004 0.18 6.52
2 0.072 0.23 1.25 0.010 0.001 0.042 0.014 0.56 0.38 0.38 0.0008 0.19 6.54
3 0.080 0.26 1.28 0.009 0.002 0.045 0.016 0.54 0.35 0.38 0.0011 0.19 6.56
对发明实施例1～3的钢板进行常规力学性能、冲击性能、弯曲性能检验，结果见表2。
表2 本发明实施例1～3的钢板的力学性能
Figure BDA0003502952230000051
Figure BDA0003502952230000061
从表2可看出，本发明钢板在-80℃纵向冲击功仍稳定在120J以上，表明钢板具有优异的低温韧性，完全可以满足极地钢结构使用要求。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种极地用370MPa级稀土耐候结构钢，其特征在于，其化学成分按重量百分比为C：0.07～0.09％、Si:0.20～0.30％、Mn：1.15～1.35％、P≤0.015％、S≤0.005％、Nb：0.04～0.05％、Ti:0.011～0.020％、Cr：0.50～0.60％、Ni：0.32～0.39％、Cu：0.35～0.45％、稀土Ce:0.0004～0.0012％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的极地用370MPa级稀土耐候结构钢，其特征在于，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.2％、耐候指数I≥6.5％。
3.根据权利要求1所述的极地用370MPa级稀土耐候结构钢的生产方法，其特征在于，包括：
(1)冶炼、连铸
冶炼连铸工序包括铁水脱硫预处理—转炉冶炼—LF炉外精炼—RH真空处理—板坯连铸；铁水预处理后硫含量控制在0.005％以下，转炉全程吹氩，保证终点碳含量和温度一次命中，防止增氮；LF炉外精炼进一步脱氧、深脱硫、合金化、去除夹杂、调整成分及温度，减少二次氧化和增氮；RH真空处理降低氢、氧、氮有害气体含量，真空处理时间大于20分，之后进行钙处理；连铸在厚板连铸机上进行，采用动态轻压下、电磁搅拌技术，严格控制连铸拉速在0.9±0.1m/min，过热度控制在20-35℃，减轻连铸坯中心偏析、疏松等缺陷，最终生产出厚度250mm优质连铸板坯；
(2)轧制
板坯加热温度控制在1210℃～1240℃，加热时间250min以上，保证合金元素的充分固溶，板坯温度均匀，加热时采用还原性气氛，减少板坯表面氧化铁皮生成量；板坯出炉后经高压水除鳞后进入轧机，轧制采用两阶段控制轧制,即奥氏体再结晶区控制轧制和奥氏体非再结晶区控制轧制；粗轧开轧温度1160～1200℃，单道次相对压下率至少有两道次控制在13％以上，精轧时严格控制温度和道次压下率，在设备能力允许的情况下，实现“低温大压下”策略，精轧开轧温度≤920℃，开轧厚度为2.0-4.0倍成品厚度，终轧温度790～810℃，轧后钢板采用控制冷却，终冷温度650～670℃；
(3)回火热处理
钢板经过精整探伤后进入热处理工序，钢板抛丸后进行回火热处理，回火温度560～590℃，保温时间20-40分，出炉后空冷。
4.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，板坯加热温度为1230℃，加热时间234min，第一阶段轧制的开轧温度为1185℃，第二阶段轧制的开轧温度为890℃，轧件厚度为112mm，终轧温度为790℃，成品钢板厚度为32mm；钢板冷却速度为8℃/s，终冷温度为667℃；热矫后冷床冷却；之后进行探伤和精整处理，最后进行回火热处理，回火温度570℃，保温20分，出炉后空冷。
5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，板坯加热温度为1227℃，加热时间245min，第一阶段轧制的开轧温度为1180℃，第二阶段轧制的开轧温度为900℃，轧件厚度为80mm，终轧温度为790℃，成品钢板厚度为22mm；钢板冷却速度为8℃/s，终冷温度为670℃；热矫后冷床冷却；之后进行探伤和精整处理，最后进行回火热处理，回火温度590℃，保温20分，出炉后空冷。
6.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，板坯加热温度1221℃，加热时间225min，第一阶段开轧温度1180℃，单道次相对压下率至少有两道次控制在16％，当轧件厚度为56mm时，随后进行第二阶段轧制，终轧温度为810℃，成品钢板厚度为14mm；轧制结束后，钢板热矫后冷床冷却；之后进行在线探伤和精整处理，最后进行回火热处理，回火温度590℃，保温20分，出炉后空冷。
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