CN115747658B - 一种高韧性f500特厚钢板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高韧性F500特厚钢板的生产方法，工艺过程为转炉冶炼→精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→在线高温淬火→离线亚温淬火→回火→精整→性能检验。钢的化学成分及质量百分比为C=0.07～0.10、Si=0.10～0.30、Mn=1.10～1.20、P≤0.012、S≤0.003、Alt=0.040～0.080、Ni=1.00～1.20、V=0.40～0.50、Cr=0.30～0.40、Mo=0.30～0.40、Nb=0.030～0.040、Ti=0.015～0.020，余量为Fe和残留元素。100～150mm高韧性F500特厚钢板各项性能优良：钢板上屈服富余量在20Mpa以上，抗拉富余量在30～100Mpa，‑60℃心部低温冲击功值150J以上、屈强比≤0.92、Z向值≥35%和表面平直度良好F500特厚钢板。
Description
技术领域
本发明属于冶金轧制热处理技术领域，涉及一种高韧性F500特厚钢板的生产方法。
背景技术
随着全球变暖的日益显现，世界对清洁能源的需求强烈且成为各国优先发展的方向。天然气的开采向北极低温环境地区扩张，对材料的低温韧性提出高的要求。中国天然气田在南海区域向深海不断推进，导管架的高度和平台上部吊装设备不断大型化，需要更大厚度和强度的特厚钢板；海上大功率风力发电场蓬勃发展，推动风电运输和吊运安装船大型化，也需要更大厚度和强度的钢板。随着海洋能源的开采和开发的推进，需要适应低温高韧性、高强度、大厚度高级别特厚钢板材料，特别是厚度100～150mm高韧性F500特厚钢板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种厚度100～150mm高韧性F500特厚钢板生产方法。
发明的技术方案：
一种高韧性F500特厚钢板的生产方法，工艺过程为转炉冶炼→精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→在线高温淬火→离线亚温淬火→回火→精整→性能检验。钢的化学成分及质量百分比为C=0.07～0.10、Si=0.10～0.30、Mn=1.10～1.20、P≤0.012、S≤0.003、Alt=0.040～0.080、Ni=1.00～1.20、V=0.40～0.50、Cr=0.30～0.40、Mo=0.30～0.40、Nb=0.030～0.040、Ti=0.015～0.020，余量为Fe和残留元素；关键工艺步骤包括：
（1）冶炼：按照化学成分要求冶炼450mm及以上厚度铸坯，连铸实行全程保护浇铸，结晶器电磁搅拌，浇注温度按液相线温度+ (10-15℃)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≥25mm，控制铸坯心部质量低倍C类1.0；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，加热温度1150～1200℃，加热时间420～500min，其中均热段时间不少于50min；
（3）控制轧制：高压水除鳞后，粗轧采用大压下，前三道次压下量≥40mm；中间坯厚度为成品厚度+40～70mm，终轧温度900～950℃；粗轧完成后快速送至精轧开始二阶段轧制，终轧温度900～930℃；
（4）在线高温淬火：使用预矫直保证板形平直度；Muplic超快冷快速冷却，冷却水温≤30℃，开冷温度900～930℃，冷却速率5～10℃/s，低压段摆动冷却钢板温度＜100℃；钢板堆垛缓冷；
（5）离线亚温淬火：在线淬火后钢板再加热奥氏体化，淬火温度870～900℃，淬火保温时间1.5min/mm；辊式淬火机冷却至室温；
（6）回火：离线淬火钢板进行回火，回火温度620～660℃，回火保温时间2.5 min/mm。
本发明的技术原理：
C元素在合金钢中，常与其它合金元素形成碳化物，稳定奥氏体提高淬透性。低C含量对韧性、止裂性和焊接性都有决定性作用，本发明中控制C含量控制在0.010%～0.013%的窄成分范围内。
Si元素以固溶体形式存在于铁素体和奥氏体中，能提高铁素体和奥氏体的强度和硬度，造成钢的韧性下降，本发明中Si含量控制在0.10%～0.30%。
Mn为淬透性元素，对提高钢板的强度和韧性均有利，但其易在铸坯中心偏析，降低心部组织均匀性，影响心部韧性。本发明中控制M元素含量1.10%~1.20%。
Nb、Ti为碳氮化固溶元素，加热过程中能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。本发明中控制P≤0.012%、S≤0.003%。
Cr、Mo为强淬透性元素，对提高厚板的淬透性有重要作用，适量添加。
Ni为非碳化物形成元素，可无限凝固，并没有成分的偏析，对低温韧性有重要作用，保证一定的加入量。
本发明采用低温加热，高温轧制后在线高温淬火+离线亚温淬火+回火工艺生产100~150mm高韧性F500特厚钢板。特厚高强度钢板，由于厚度增加后心部冷却速率大幅度降低的影响，离线再加热调质工艺难以保证心部的韧性和强度。为保证特厚钢板心部强度和低温韧性，传统的方法采用钢锭生产板坯，高合金量增加淬透性，反复多次的淬火达到改善厚度方向性能均匀性的目的，这样的方法生产周期长，成本高。本发明使用450mm及以上厚度连铸坯，采用结晶器电磁搅拌和凝固末端的轻重压下结合适当的浇铸温度，得到低倍C类1.0级铸坯。低温加热，控制原始奥氏体晶粒度细小，粗轧大压下量进一步细化奥氏体晶粒，二阶段高温轧制后在奥氏体相变温度前进行高温在线淬火，充分发挥变形奥氏体对淬透性的作用，同时可以节约能耗，控制心部组织细小。通过在线高温淬火为离线再加热调质处理做好准备，离线亚温淬火保证低温韧性的同时，降低屈强比，从而实现厚度上性能均匀性良好，具有高低温韧性、高强度和低屈强比的F500特厚钢板。
本发明的有益效果：通过低温加热，高温轧制后高温在线淬火，节约能耗的同时控制原始奥氏体晶粒度，高温在线淬火充分运用变形奥氏体对淬透性的作用，结合离线亚温淬火和回火工艺生产最大厚度150mm，心部低温韧性、高强度和低屈强比等各项性能良好的F500特厚钢板。
具体实施方式
下面结合一组实施例进一步说明。
一种高韧性F500特厚钢板的生产方法，生产厚度100～150mm高韧性F500钢板。工艺过程为转炉冶炼→精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→在线高温淬火→离线亚温淬火→回火→精整→性能检验；关键工艺步骤包括：
（1）转炉冶炼和精炼工艺，保证各元素成分满足控制要求。由于轧制特厚钢板保证压缩比，连铸采用450mm及以上断面，浇注温度按液相线温度+ (10～15℃)低过热度控制，结晶器电磁搅拌，凝固末端轻压下结合重压下技术，总压下量25mm以上；板坯下线堆冷至室温；
（2）板坯加热工艺，板坯采用步进炉进行低温加热，在保证合金元素固溶温度的前提下，控制原始奥氏体晶粒；加热温度控制1150～1200℃，加热时间420～500min，其中均热段时间不少于50min；
（3）控制轧制工艺，高压水除鳞后，粗轧采用大压下，前三道次压下量≥40mm。中间坯厚度为成品厚度+40～70mm，终轧温度900～950℃。粗轧完成后，快速送至精轧开始二阶段轧制，终轧温度900～930℃；
（4）在线高温淬火工艺，使用预矫直，保证板形平直度。Muplic超快冷快速冷却，冷却水温≤30℃，开冷温度900～930℃，冷却速率5～10℃/s，低压段摆动冷却钢板温度≤200℃。钢板堆垛缓冷；
（5）离线亚温淬火工艺，在线淬火后钢板再加热奥氏体化，淬火温度870～900℃，淬火保温时间1.5min/mm。辊式淬火机冷却至室温；
（6）回火工艺，离线淬火钢板进行回火，回火温度620～660℃，回火保温时间2.5min/mm。
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 实施例钢的化学组成
。
表2 实施例生产工艺控制参数
。
表3 实施例样品性能检测结果
。
实施例表明：使用本发明方法生产的100～150mm特厚F500钢板，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150J以上，厚度Z向值35%以上，屈强比0.92以下，性能稳定性良好。
Claims (1)
1.一种高韧性F500特厚钢板的生产方法，工艺过程为转炉冶炼→精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→在线高温淬火→离线亚温淬火→回火→精整→性能检验，其特征在于：钢的化学成分及质量百分比为C=0.07～0.10、Si=0.10～0.30、Mn=1.10～1.20、P≤0.012、S≤0.003、Alt=0.040～0.080、Ni=1.00～1.20、V=0.40～0.50、Cr=0.30～0.40、Mo=0.30～0.40、Nb=0.030～0.040、Ti=0.015～0.020；余量为Fe和残留元素；关键工艺步骤包括：
（1）冶炼：按照化学成分要求冶炼450mm及以上厚度铸坯，连铸实行全程保护浇铸，结晶器电磁搅拌，浇注温度按液相线温度+ (10～15℃)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≥25mm，得到低倍C类1.0级铸坯；铸坯下线堆冷至室温；
（2）板坯加热：板坯采用步进炉进行低温加热，加热温度1150～1200℃，加热时间420～500min，其中均热段时间不少于50min；
（3）控制轧制：高压水除鳞后，粗轧采用大压下，前三道次压下量≥40mm；中间坯为成品厚度+40～70mm，终轧温度900～950℃；粗轧完成后快速送至精轧开始二阶段轧制，终轧温度900～930℃；
（4）在线高温淬火：使用预矫直保证板形平直度；Muplic超快冷快速冷却，冷却水温≤30℃，开冷温度900～930℃，冷却速率5～10℃/s，低压段摆动冷却至钢板温度＜100℃；钢板堆垛缓冷；
（5）离线亚温淬火：在线淬火后钢板再加热，淬火温度870～900℃，淬火保温时间1.5min/mm；辊式淬火机冷却至室温；
（6）回火：对离线淬火钢板进行回火，回火温度620～660℃，回火保温时间2.5 min/mm，得到厚度为100～150mm的高韧性F500特厚钢板。
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