CN114752860B - 一种高止裂性e51厚钢板的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高止裂性E51厚钢板的生产方法，钢的化学组成质量百分比为C=0.03～0.05、Si=0.10～0.30、Mn=1.80～1.90、P≤0.008、S≤0.002、Alt=0.020～0.050、Ni=0.90～1.00、Cu=0.20～0.30、Cr=0.10～0.20、Nb=0.030～0.040、Ti=0.015～0.020、N≤0.0060；其它为Fe和残留元素；工艺流程为转炉冶炼→精炼→连铸→板坯加热→第一次轧制→快冷→再加热→控制轧制→控制冷却→精整→性能检验。本发明生产50~100mm的产品实物质量各项性能优良，板上屈服富余量在20Mpa以上，抗拉富余量在30～100Mpa，‑60℃低温冲击功值180J以上、止裂性Kca（‑10℃）值6000N/mm3/2以上和表面平直度良好的E51厚钢板。

Description

一种高止裂性E51厚钢板的生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及到一种高止裂性E51厚钢板的轧制生产方法。
背景技术
海上运输业蓬勃发展，集装箱船作为货物贸易的主要运输工具，逐步向着大型化和超大型的方向发展，集装箱船甲板上部结构承载负荷也越来越大。国际上从20世纪90年代开始研发止裂性钢板，2008年成功开发出一种新型高拉力强化钢，并首次在日本造船厂使用这种钢板。2013年，国际船舶联合会（IACS）专门针对大型集装箱船板关键部位制定了集装箱船用钢板标准，并将ESSO试验和双重拉伸等脆性断裂试验列为检验钢板止裂性能的方法，目前24000TEU超大型集装箱船已使用。
为保证船舶的安全，关键部位如主甲板、舷顶列板、舱口围板等处要求高强度、高韧性及高止裂性能，舱口围板厚度达到95mm，并有望向30000TEU的超级集装箱发展，需要更大厚度或更高强度的止裂钢板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种厚度50～100mm高止裂性厚钢板E51的生产方法。
发明的技术方案：
一种高止裂性E51厚钢板的生产方法，钢的化学组成质量百分比为C=0.03～0.05、Si=0.10～0.30、Mn=1.80～1.90、P≤0.008、S≤0.002、Alt=0.020～0.050、Ni=0.90～1.00、Cu=0.20～0.30、Cr=0.10～0.20、Nb=0.030～0.040、Ti=0.015～0.020、N≤0.0060；其它为Fe和残留元素；包括如下工艺步骤：
（1）冶炼：按照化学成分要求冶炼400mm厚度铸坯，连铸实行全程保护浇铸，浇注温度按液相线温度+ (6-15℃)低过热度控制，凝固末端轻压下结合浇注末端重压下技术，总压下量≥20mm；板坯下线堆冷至室温；
（2）板坯加热：板坯采用步进炉进行低温加热，温度控制在T～T+50℃，加热时间350～450min，其中均热段时间不少于30min；
（3）第一次轧制：采用双机架四辊可逆式轧机，高压水除鳞后粗轧空过，空冷待温至未再结晶温度≤Tnr-20℃，钢板采用低温大压下轧制，道次压下量≥30mm，目标厚度220～300mm；轧制完成后经过预矫直机矫直后进入快速冷却设备Muplic采用摆动模式冷却200s至300℃以下，保留细化的晶粒组织；
（4）再加热：将第一次轧制后板坯进行超低温加热，发挥第一次轧制的细化晶粒组织对再热奥氏体的细化作用，温度控制在900～930℃，加热时间250～350min，其中均热段时间不少于30min；
（5）控制轧制：高压水除鳞后，空冷待温至≤Tnr-20℃粗轧机开始轧制，中间坯轧制至100～200mm，中间坯厚度与成品厚度比≥1.5；中间坯空冷，精轧机开始轧制温度≤Ar3-20℃，终轧温度640～680℃；
（6）控制冷却：使用预矫直保证板形平直度；超快冷Muplic冷却水温≤32℃，开冷温度630～670℃，冷却速率5～10℃/s，返红温度370～430℃。
步骤（2）中，T为固溶温度，T=-6770÷{-2.26+log10×[Nb×(C+12÷14×N)] }-273
步骤（3）中，Tnr为再结晶温度， Tnr=877+464×C+870×Ti+363×Al-357×Si+6445×(Nb×0.80)-644×[Sqrt(Nb×0.80)]+[732×V-230×(Sqrt(V)]
步骤（5）中，Ar3为相变温度，Ar3={1670-558×[C+(Mn+Mo)÷3.875+Cu÷15.5+Cr÷20.67+Ni÷5.636 ]+16×[ (H÷25.4)-0.315 ]-32}×5÷9，其中元素符号表示此元素的质量百分比，单位为%；H表示成品钢板的厚度，单位为mm。
发明原理：
C：碳元素在合金钢中，常与其它合金元素形成碳化物，在室温或较低温度下能起到强化作用。低C含量对韧性、止裂性和焊接性都有决定性作用，同时结合强度要求，控制C含量控制在0.03～0.05%的窄成分范围；
Si：以固溶体形式存在于铁素体和奥氏体中，提高铁素体和奥氏体的强度和硬度，造成钢韧性下降，本发明Si含量控制在0.20~0.30%。
Mn、Ni ：淬透性元素，对提高钢板的强度和韧性均有利， 其含量控制在较高水平。
Nb、Ti：碳氮化固溶元素，加热过程中稳定原始奥氏体晶粒度，抑制轧制过程中的动态和静态再结晶，抑制再结晶后晶粒长大细化晶粒，冷却过程中析出强化提高强度。
P、S：为有害元素，应尽量降低，上限控制P≤0.008%、S≤0.002%。
Cr、Cu：提高强度，凝固过程中没有成分的偏析，适量添加时对韧性没有明显的影响，为保证强度富裕量，适量添加。
本发明采用TMCP工艺生产50-100mm大厚度的止裂钢板E51，低C含量成分设计是低温韧性和焊接性能的保证，细化的晶粒、以针状铁素体为主的显微组织，高的位错密度和晶界面积在保证强度的同时具有良好的低温韧性，有效的阻止裂纹的扩展。大厚度钢板保证压缩比采用400mm铸坯，低温加热工艺充分固溶微合金元素的同时防止原始奥氏体长大。轧制过程避免在再结晶过程轧制，因再结晶生成的再结晶晶粒，比未再结晶晶粒软，在后续的轧制中再结晶晶粒畸变集中难以消除。第一次轧制采用未再结晶区的低温大压下技术均匀细化的晶粒度，通过快速冷却得到细小的晶粒度。超低温再加热，在均匀奥氏体的同时防止奥氏体长大，二阶段轧制，第一阶段在未再结晶区轧制，第二阶段在两相区轧制，充分细化晶粒和形变诱导析出碳氮化物，大大增加晶界和晶内的形核点，超快冷较大的冷速避开珠光体转变区域，使最终组织以细小针状铁素体和贝氏体为主，同时预矫直机投入使用保证平直度，最终E51厚钢板的强度和冲击韧性性能均匀，止裂性良好。
本发明的有益效果：此发明通过低温和超低温加热，节约能耗的同时控制原始奥氏体晶粒度，通过第一次低温大压下轧制均匀化铸坯组织细化晶粒，后续全轧制过程未再结晶区和两相区轧制，避免再结晶对道次临界压下率的要求，通过累计压下变形细化晶粒，工艺过程对最终组织的稳定性大大提高，因此可用400mm连铸坯稳定生产最大厚度100mm，最大宽度4000mm的高止裂性E51钢板。
附图说明
图1为实施例金相组织图。
具体实施方式
一种高止裂性E51厚钢板的生产方法，工艺流程为转炉冶炼→精炼→连铸→板坯加热→第一次轧制→快冷→再加热→控制轧制→控制冷却→精整→性能检验；关键工艺步骤包括：
（1）冶炼：保证各元素成分满足控制要求。由于轧制大厚度钢板，连铸采用400mm断面，浇注温度液相线温度+ (6-13℃)低过热度控制，凝固末端轻压下5mm，浇注末端重压下16，总压下量21mm；板坯下线堆冷至室温。
（2）板坯加热：根据炉次成分，计算微合金元素固溶温度以确定加热温度控制范围；如实施例1，固溶温度T=-6770÷{-2.26+log10×[0.036×(0.04+12÷14×0.0045)] }-273=1048，结合批量生产的控制和效率，确定加热温度为1090℃，加热时间395min，均热段时间35min。
（3）第一次轧制：高压水除鳞后，粗轧空过，空冷待温。为最大限度的细化晶粒，计算未再结晶的温度。如实施例1中，
Tnr=877+464×0.04+870×0.018+363×0.030-357×0.17+6445×(0.031×0.80)-644×[Sqrt(0.031×0.80)]+[732×0-230×(Sqrt(0)]=924，保证轧制全过程未再结晶区域轧制，确定第一次轧制温度890℃，轧制厚度240mm；轧制完成后快速冷却至260℃，保证细化的晶粒不会长大。
（4）再加热：降低变形抗力在保证可轧性完成奥氏体化的情况下，控制超低温加热900℃，加热时间300min，均热段时间35min。
（5）控制轧制：高压水除鳞后粗轧890℃开轧，中间坯120mm。控制未再结晶区域轧制的同时，保证一定道次的两相区轧制，根据成分计算相变温度Ar3={1670-558×[0.04+(1.81+0)÷3.875+0.23÷15.5+0.15÷20.67+0.91÷5.636 ]+16×[ (50÷25.4)-0.315]-32}×5÷9=709；确定二阶段开轧温度680℃，保证精轧在两相区轧制。
（6）控制冷却：投入使用预矫直机，冷却水温26℃，返红温度400℃。
实施例钢的化学成分及质量百分比为如表1，其它为Fe和残留元素；工艺参数如表2 ；钢的性能检测结果如表3 。
表1 实施例化学成分表
Figure 883615DEST_PATH_IMAGE001
。
表2 实施例工艺参数表
Figure 995927DEST_PATH_IMAGE002
。
表3 实施例钢的性能检测结果
Figure 550667DEST_PATH_IMAGE003
。
使用本发明所述方法生产50-100mm高止裂性厚钢板E51的产品表面质量优良，外检合格率100%，I级探伤合格率100%，性能合格率100%。钢板厚度位置表面、T/4和T/2处性能均匀性良好，心部位置-60℃低温冲击功180J以上，止裂性Kca（-10℃）6000 N/mm3/2，性能稳定性良好。

Claims (1)

1.一种高止裂性E51厚钢板的生产方法，其特征在于：钢的化学组成质量百分比为C=0.03～0.05、Si=0.10～0.30、Mn=1.80～1.90、P≤0.008、S≤0.002、Alt=0.020～0.050、Ni=0.90～1.00、Cu=0.20～0.30、Cr=0.10～0.20、Nb=0.030～0.040、Ti=0.015～0.020、N≤0.0060；其它为Fe和残留元素；包括如下工艺步骤：
（1）冶炼：按照化学成分要求冶炼400mm厚度铸坯，连铸实行全程保护浇铸，浇注温度按液相线温度+ (6-15℃)低过热度控制，凝固末端轻压下结合浇注末端重压下技术，总压下量≥20mm；板坯下线堆冷至室温；
（2）板坯加热：板坯采用步进炉进行低温加热，温度控制在T～T+50℃，加热时间350～450min，其中均热段时间不少于30min；T为固溶温度，T=-6770÷{-2.26+log10×[Nb×(C+12÷14×N)] }-273；
（3）第一次轧制：采用双机架四辊可逆式轧机，高压水除鳞后粗轧空过，空冷待温至未再结晶温度≤Tnr-20℃，钢板采用低温大压下轧制，道次压下量≥30mm，目标厚度220～300mm；轧制完成后经过预矫直机矫直后进入快速冷却设备Muplic采用摆动模式冷却200s至300℃以下，保留细化的晶粒组织；Tnr为再结晶温度， Tnr=877+464×C+870×Ti+363×Al-357×Si+6445×(Nb×0.80)-644×[Sqrt(Nb×0.80)]+[732×V-230×(Sqrt(V)]；
（4）再加热：将第一次轧制后板坯进行超低温加热，发挥第一次轧制的细化晶粒组织对再热奥氏体的细化作用，温度控制在900～930℃，加热时间250～350min，其中均热段时间不少于30min；
（5）控制轧制：高压水除鳞后，空冷待温至≤Tnr-20℃粗轧机开始轧制，中间坯轧制至100～200mm，中间坯厚度与成品厚度比≥1.5；中间坯空冷，精轧机开始轧制温度≤Ar3-20℃，终轧温度640～680℃；Ar3为相变温度，Ar3={1670-558×[C+(Mn+Mo)÷3.875+Cu÷15.5+Cr÷20.67+Ni÷5.636 ]+16×[ (H÷25.4)-0.315 ]-32}×5÷9，其中元素符号表示此元素的质量百分比，单位为%；H表示成品钢板的厚度，单位为mm；
（6）控制冷却：使用预矫直保证板形平直度；超快冷Muplic冷却水温≤32℃，开冷温度630～670℃，冷却速率5～10℃/s，返红温度370～430℃；钢的性能为-60℃低温冲击功值180J以上、-10℃下止裂性值Kca在6000N/mm3/2以上和表面平直度良好。
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