CN115572914A - 一种水电钢板s420nl及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水电钢板S420NL及其生产方法，钢板成分采用B‑N‑Nb微合金成分强化设计，含量分别为：B 0.0045‑0.0050%，N 0.020‑0.025%，Nb 0.055‑0.060%；生产方法包括冶炼、加热、轧制和堆垛缓冷，其中轧制工序采用三阶段轧制。本发明在不加入Ni、V贵合金的基础上，采用新型的成分、轧制工序，使得钢板具有良好的力学性能，板厚1/4、1/2处‑50℃横向低温冲击韧性在100J以上，表面硬度≤190HB。
Description
技术领域
本发明属于钢铁技术领域，具体涉及一种水电钢板S420NL及其生产方法。
背景技术
由于近期的市场形式严峻，Ni、V合金高位上涨特别厉害，钒铁涨幅20%左右，Ni合金从13万暴涨到27万附近。因此急需要一种快捷、高性能保证以及低成本的420Mpa水电钢生产方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水电钢板S420NL及其生产方法，在不加入Ni、V贵合金的基础上，钢板仍具有良好的力学性能，板厚1/4、1/2处-50℃横向低温冲击韧性在100J以上，表面硬度≤190HB。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种水电钢板S420NL，其成分采用B-N-Nb微合金成分强化设计，含量分别为：B0.0045-0.0050%，N 0.020-0.025%，Nb 0.055-0.060%。
本发明所述水电钢板S420NL，其他化学成分及其质量百分含量为：C 0.15-0.18%，Mn 1.3-1.6%，Si 0.35-0.50%，P≤0.015%，S≤0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明所述水电钢板S420NL，其主要微合金的作用在于：
Nb：作为微合金化元素加入钢中，与碳、氮结合，改变钢的显微结构，生成稳定的碳化物和氮化物，在轧制时可以通过诱导析出和控制冷却速度，实现析出物弥散分布，在较宽的范围内调整钢的韧性水平。因此，加入铌不仅可以提高钢的强度，还可以提高钢的韧性，降低钢脆性转变温度，获得好的焊接性能和成型性能。经综合考虑，Nb较适宜的加入量为0.055-0.060%。
N与B：B可与N元素形成B-N5化合物，在铁素体中溶解，促进奥氏体形成和稳定奥氏体，溶解物可以减少晶粒粗化现象，改善钢板的韧性和焊接性能。部分B元素在钢中可增加钢的淬透性，提高强度，从而节约其他较稀贵的金属，如镍、铬、钼等。针对420Mpa级别钢板，B、N含量不能太低，含量比列接近5∶1以上即可，能够生产一定量的N-B5化合物、溶于铁素体中，强化和细化组织，提高强韧性；剩余N可与Nb结合生产NbN3析出物，细化晶粒。
本发明所述水电钢板S420NL的生产方法包括冶炼、加热、轧制和堆垛缓冷；其中所述轧制工序采用三阶段轧制，控制I阶段轧制温度在800-850℃，II阶段开轧温度在750-700℃，III阶段开轧温度650-700℃，弱冷返红温度在600-630℃。
本发明所述水电钢板S420NL的生产方法，其中，冶炼采用LF+VD工序生产，LF炉精炼脱硫控制工艺如下：喂Al线400-500m/t钢，白渣保持时间45-60min，过程及扒渣[Al]0.020-0.025%。在LF精炼时，加入精炼渣，精炼渣采用CaO-BaO-Cr2O3-SiO2-Al2O3五元渣系设计，其组分含量具体为CaO：28%-35%、BaO：22%-30%、Cr2O3：10%-20%、SiO2：10%-20%、Al2O3：10%-20%，确保成分合标准、夹杂物最低。为了保证钢板中的氮含量，精炼时采用底吹氮气工艺，氮气压力在0.12-0.20Pa，底吹时间在20-35min。
本发明所述水电钢板S420NL的生产方法，其中，加热工序，加热系数1-1.2min/mm，最高加热温度1240-1250℃，均热段温度1220-1230℃，均热段保温加热时间40-60min。
本发明所述水电钢板S420NL的生产方法，其中，钢板轧后堆垛缓冷，堆放温度300-500℃，堆垛时间48小时以上。
本发明提供的钢板厚度为20mm～50mm。
本发明技术方案具有如下技术效果：
（1）本发明采用B-N-Nb微合金成分强化设计，B可与N元素形成B-N5化合物，在铁素体中溶解，促进奥氏体形成和稳定奥氏体，溶解物可以减少晶粒粗化现象，改善钢板的韧性和焊接性能；N可与Nb结合生产NbN3析出物在轧制时可以通过诱导析出和控制冷却速度，实现析出物弥散分布，在较宽的范围内调整钢的韧性水平，确保-50℃冲击韧性的保证。
（2）本发明提供的水电钢板S420NL未加入昂贵的Ni、V合金，降低了生产成本，提高了产品的市场竞争力。
（3）本发明通过调整优化钢板中合金元素的配比，采用新型的轧制工序，并对正火工艺进行优化，在使用较少贵重合金的条件下，钢板具有良好的力学性能，屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥550MPa，延伸19%以上；板厚1/4、1/2处-50℃横向低温冲击韧性在100J以上，表面硬度≤190HB。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明技术方案进行详细说明。
实施例1
本实施例S420NL钢板的成分（按重量百分比计）为：C 0.15%，Mn 1.3%，Si 0.35%，P0.015%，S 0.003%，B 0.0045%，N 0.020%，Nb 0.055%，其他成分余量为Fe及不可避免的杂质；钢板厚度为：20mm。
本实施例S420NL钢板生产步骤如下：
（1）冶炼采用LF+VD工序生产，其中LF炉精炼脱硫控制工艺如下：喂Al线400m/t钢，白渣保持时间45min，过程及扒渣[Al] 0.020%；在LF精炼时，加入精炼渣，精炼渣采用CaO-BaO-Cr2O3-SiO2-Al2O3五元渣系设计，其组分具体为CaO 28%、BaO：22%、Cr2O3：20%、SiO2 20%、Al2O3 20%，其他为FeO，确保成分合标准、夹杂物最低。
（2）为了保证钢板中的氮含量，精炼时采用底吹氮气工艺，氮气压力在0.12Pa，底吹时间在20min。
（3）坯料加热：加热系数1min/mm，最高加热温度1240℃，均热段温度1220℃，均热段保温加热时间40in。
（4）轧制工序采用三阶段轧制，其中I阶段轧制温度为850℃，II阶段开轧温度为750℃，III阶段开轧温度为700℃，弱冷返红温度为630℃。
（5）钢板轧后堆垛缓冷，堆放温度500℃，堆垛时间48小时。
本实施例S420NL钢板力学性能：屈服强度492MPa，抗拉强度602MPa，延伸27%，板厚1/4处，-50℃冲击功AKV（横向）273J、289J、202J；板厚1/2处，-50℃冲击功AKV（横向）173J、189J、102J，表面HB硬度172 HB。
实施例2
本发明的S420NL钢板的实际成分（按重量百分比）为：C 0.16%,Mn 1.42%，Si0.40%，P 0.012%，S 0.002%，B 0.0046%，N 0.023%，Nb 0.056%，其他成分余量为Fe及不可避免的杂质；钢板厚度为：28mm。
本实施例S420NL钢板生产步骤如下：
（1）冶炼采用LF+VD工序生产，其中LF炉精炼脱硫控制工艺如下：喂Al线450m/t钢，白渣保持时间：48min，过程及扒渣[Al] 0.023%。在LF精炼时，加入精炼渣采用CaO-BaO-Cr2O3-SiO2-Al2O3五元渣系设计，其组分为CaO:30%、BaO：25%、Cr2O3：15%、SiO2：15%、Al2O3：12%，其他为FeO，确保成分合标准、夹杂物最低。
（2）为了保证钢板中的氮含量，精炼时采用底吹氮气工艺，氮气压力在0.15Pa，底吹时间在25min。
（3）坯料加热：加热系数1.2min/mm，最高加热温度1250℃，均热段温度1230℃，均热段保温加热时间60min。
（4）轧制工序采用三阶段轧制，其中I阶段轧制温度在845℃，II阶段开轧温度在740℃，III阶段开轧温度680℃，弱冷返红在610℃。
（5）钢板轧后堆垛缓冷，堆放温度450℃，堆垛时间48小时。
本实施例S420NL钢板力学性能：屈服强度482MPa，抗拉强度622MPa，延伸25.5%，板厚1/4处，-50℃冲击功AKV（横向）263J、269J、212J；板厚1/2处，-50℃冲击功AKV（横向）163J、169J、152J，表面HB硬度182 HB。
实施例3
本发明的S420NL钢板的实际成分（按重量百分比）为：C 0.17%,Mn 1.51%，Si0.45%，P 0.01:0%，S 0.002%，B 0.0048%，N 0.024%，Nb 0.057%，其他成分余量为Fe及不可避免的杂质；钢板厚度为：35mm。
本实施例S420NL钢板生产步骤如下：
（1）冶炼采用LF+VD工序生产，其中LF炉精炼脱硫控制工艺如下：喂Al线480m/t钢，白渣保持时间：49min，过程及扒渣[Al] 0.023%。在LF精炼时，加入精炼渣采用CaO-BaO-Cr2O3-SiO2-Al2O3五元渣系设计，其组分为CaO:28%、BaO：25%、Cr2O3：15%、SiO2：15%、Al2O3：10%，其他为FeO，确保成分合标准、夹杂物最低。
（2）为了保证钢板中的氮含量，精炼时采用底吹氮气工艺，氮气压力在0.17Pa，底吹时间在30min。
（3）坯料加热：加热系数1.2min/mm，最高加热温度1240℃，均热段温度1230℃，均热段保温加热时间45min。
（4）轧制工序采用三阶段轧制，其中I阶段轧制温度在820℃，II阶段开轧温度在710℃，III阶段开轧温度67℃，弱冷返红在610℃。
（5）钢板轧后堆垛缓冷，堆放温度450℃，堆垛时间60小时。
本实施例S420NL钢板力学性能：屈服强度462MPa，抗拉强度：612MPa，延伸：26.5%，板厚1/4处，-50℃冲击功AKV（横向）255J、224J、242J；板厚1/2处，-50℃冲击功AKV（横向）183J、199J、142J，表面HB硬度177 HB。
实施例4
本发明的S420NL钢板的实际成分（按重量百分比）为：C 0.18%，Mn 1.58%，Si0.45%，P 0.010%，S 0.001%，B 0.0048%，N 0.023%，Nb 0.059%，其他成分余量为Fe及不可避免的杂质；钢板厚度为：43mm。
本实施例S420NL钢板生产步骤如下：
（1）冶炼采用LF+VD工序生产，其中LF炉精炼脱硫控制工艺如下：喂Al线480m/t钢，白渣保持时间：58min，过程及扒渣[Al] 0.023%。在LF精炼时，加入精炼渣采用CaO-BaO-Cr2O3-SiO2-Al2O3五元渣系设计，其组分为CaO:35%、BaO：30%、Cr2O3：10%、SiO2：10%、Al2O3：10%，其他为FeO，确保成分合标准、夹杂物最低。
（2）为了保证钢板中的氮含量，精炼时采用底吹氮气工艺，氮气压力在0.18Pa，底吹时间在32min。
（3）坯料加热：加热系数1.2min/mm，最高加热温度1250℃，均热段温度1230℃，均热段保温加热时间60min。
（4）轧制工序采用三阶段轧制，其中I阶段轧制温度在840℃，II阶段开轧温度在740℃，III阶段开轧温度680℃，弱冷返红在600℃。
（5）钢板轧后堆垛缓冷，堆放温度370℃，堆垛时间48小时以上。
本实施例S420NL钢板力学性能：屈服强度455MPa，抗拉强度592MPa，延伸28.5%，板厚1/4处，-50℃冲击功AKV（横向）213J、210J、252J；板厚1/2处，-50℃冲击功AKV（横向）173J、129J、152J，表面HB硬度186 HB。
实施例5
本发明的S420NL钢板的实际成分（按重量百分比）为：C 0.18%，Mn 1.6%，Si0.50%，P 0.008%，S 0.00:1%，B 0.0050%，N 0.025%，Nb 0.060%，其他成分余量为Fe及不可避免的杂质；钢板厚度为：50mm。
本实施例S420NL钢板生产步骤如下：
（1）冶炼采用LF+VD工序生产，其中LF炉精炼脱硫控制工艺如下：喂Al线500m/t钢，白渣保持时间：60min，过程及扒渣[Al] 0.025%。在LF精炼时，加入精炼渣采用CaO-BaO-Cr2O3-SiO2-Al2O3五元渣系设计，其组分为CaO:35%、BaO：22%、Cr2O3：10%、SiO2：12%、Al2O3：12%，其他为FeO，确保成分合标准、夹杂物最低。
（2）为了保证钢板中的氮含量，精炼时采用底吹氮气工艺，氮气压力在0.20Pa，底吹时间在35min。
（3）坯料加热：加热系数1.2min/mm，最高加热温度1250℃，均热段温度1230℃，均热段保温加热时间60min。
（4）轧制工序采用三阶段轧制，其中I阶段轧制温度在800℃，II阶段开轧温度在700℃，III阶段开轧温度700℃，弱冷返红在600℃。
（5）钢板轧后堆垛缓冷，堆放温度300℃，堆垛时间60小时。
本实施例S420NL钢板力学性能：屈服强度435MPa，抗拉强度572MPa，延伸28%，板厚1/4处，-50℃冲击功AKV（横向）283J、179J、192J；板厚1/2处，-50℃冲击功AKV（横向）183J、179J、162J，表面HB硬度176HB。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1. 一种水电钢板S420NL，其特征在于，其成分采用B-N-Nb微合金成分强化设计，含量分别为：B 0.0045-0.0050%，N 0.020-0.025%，Nb 0.055-0.060%。
2.根据权利要求1所述水电钢板S420NL，其特征在于，所述钢板其他化学成分及其质量百分含量为：C 0.15-0.18%，Mn 1.3-1.6%，Si 0.35-0.50%，P≤0.015%，S≤0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述水电钢板S420NL，其特征在于，所述钢板厚度为20mm～50mm。
4.如权利要求1所述水电钢板S420NL的生产方法，其特征在于，包括冶炼、加热、轧制和堆垛缓冷；其中轧制工序采用三阶段轧制，控制I阶段轧制温度在800-850℃，II阶段开轧温度在750-700℃，III阶段开轧温度650-700℃，弱冷返红温度在600-630℃。
5.根据权利要求4所述的水电钢板S420NL的生产方法，其特征在于：所述冶炼采用LF+VD工序生产，LF炉精炼脱硫控制工艺如下：喂Al线400-500m/t钢，白渣保持时间45-60min，过程及扒渣[Al] 0.020-0.025%。
6.根据权利要求5所述的水电钢板S420NL的生产方法，其特征在于：LF精炼时，加入精炼渣，精炼渣采用CaO-BaO-Cr2O3-SiO2-Al2O3五元渣系设计，其组分含量具体为CaO：28%-35%、BaO：22%-30%、Cr2O3：10%-20%、SiO2：10%-20%、Al2O3：10%-20%。
7.根据权利要求5或6所述的水电钢板S420NL的生产方法，其特征在于：精炼时采用底吹氮气工艺，氮气压力在0.12-0.20Pa，底吹时间在20-35min。
8.根据权利要求4所述的水电钢板S420NL的生产方法，其特征在于：所述加热工序，加热系数1-1.2min/mm，最高加热温度1240-1250℃，均热段温度1220-1230℃，均热段保温加热时间40-60min。
9.根据权利要求4所述的水电钢板S420NL的生产方法，其特征在于：所述堆垛缓冷，堆放温度300-500℃，堆垛时间48小时以上。
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