CN115976424A - 一种海洋平台用dh40止裂钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋平台用DH40止裂钢板及其生产方法,所述钢板的厚度为40mm~100mm,包含如下质量百分比的化学成分(单位,wt%):C:0.04%~0.08%、Si:0.10%~0.20%、Mn:1.50%~1.60%、P:≤0.012%、S:≤0.005%、Nb:0.040%~0.050%、Ni:0.60%~0.65%、Als:0.020%~0.040%,Ce:0.002%~0.05%、V:0.06%~0.07%,其它为Fe和残留元素。钢水经钢包脱碳、轧制、堆冷,不需要经过正火,获得的钢板的组织为铁素体+珠光体,其屈服强度409‑482MPa,抗拉强度528‑602MPa,伸长率21‑31%,‑20℃冲击吸收能量158‑302J,止裂温度为‑17℃~26℃,缩短了生产周期,降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于中厚板生产技术领域,具体涉及到一种海洋平台用DH40止裂钢板及其生产方法。
背景技术
大厚度止裂钢主要应用在船体中部、顶部的舱口围顶板及上甲板边板等关键部位,能够保障船体结构安全,抵抗大型脆性裂纹的传播,防止灾难性事故的发生。但是,大厚度、高强度、止裂韧性优异的船舶用止裂钢生产难度极大:受连铸坯压缩比限制,钢板厚度有限;轧制过程轧制力渗透不足,厚度方向性能不均匀;较低终轧温度极大考验着厚板轧机的轧制力和扭矩极限。如何稳定生产符合技术要求的高强度止裂钢,成为当前钢铁企业需要解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术缺陷,本发明的目的在于提供一种海洋平台用DH40止裂钢板,该钢板的特点是不仅厚度大,强度高,止裂韧性优异,而且轧制过程轧制力渗透足,厚度方向性能均匀。
本发明的第二个目的在于提供一种海洋平台用DH40止裂钢板的生产方法。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种海洋平台用DH40止裂钢板,所述钢板的厚度为40mm~100mm,包含如下质量百分比的化学成分(单位,wt%):C:0.04%~0.08%、Si:0.10%~0.20%、Mn:1.50%~1.60%、P:≤0.012%、S:≤0.005%、Nb:0.040%~0.050%、Ni:0.60%~0.65%、Als:0.020%~0.040%,Ce:0.002%~0.05%、V:0.06%~0.07%,其它为Fe和残留元素;
所述钢板的组织为铁素体+珠光体,其屈服强度409-482MPa,抗拉强度528-602MPa,伸长率21-31%,-20℃冲击吸收能量158-302J,止裂温度为-17℃~26℃。
上述钢板的生产方法,包括钢包脱碳、轧制、堆冷,具体如下:
a.钢包脱碳:转炉出钢温度1630~1680℃、出钢P≤0.0010%,出钢C≤0.05%,出钢过程中全程吹氩,出钢开始1min后加入钢包内400-500kg氧化铁皮,利用出钢时冲击搅拌和全程底吹氩气,降低钢中C含量,钢水到氩站底部吹氩搅拌同时顶部吹氧3min后,继续加入200-300kg氧化铁皮吹氩搅拌5-7min,然后将钢包表面残渣扒出,吊运至LF精炼炉;
b.轧制:铸坯轧制前两次除磷,包括铸坯出加热炉后通过高压除鳞,去掉氧化铁皮,一次除鳞结束回炉保温3-5min,再进行二次除鳞,除鳞水压力保持在20MPa以上;
随后进行三阶段轧制,第一阶段采用“高温、低速、大压下”轧制,单道次压下量控制在30mm以上,达到至少2道次形变系数控制在在0.5以上、单道次压下率控制在15%以上的变形,充分破碎钢坯心部晶粒组织,实现中心微孔疏松等缺陷的最大限度啮合,提高钢板内部质量以及钢板厚度方向上晶粒均匀性。使轧制力达到铸坯芯部,促使铸坯芯部变形,促进疏松等缺陷的压合,粗轧阶段控制钢坯总压下100-130mm;钢板变形区形状系数L/H的大小与轧制道次变形量有直接关系,当变形区形状系数l/h>0.5时,轧制力能够有效渗透到钢板厚度中心,使轧制变形传递到钢板内部,钢板厚度中心层变形大于钢板表面变形;而当变形区形状系数l/h<0.5时,随着变形区形状系数的减小,轧制力难以渗透到钢板心部,压缩变形难以传递到轧件内部,仅限于表面层附近,粗轧结束后中间坯进入IC装置快冷至860~880℃。
当中间坯低于900℃时,开始第二阶段轧制,适当控制单道次压下量15-25mm,使轧制力达到铸坯1/4厚度位置,促使1/4位置变形,最终达到芯部和1/4位置发生再结晶的目的,当轧制厚度达到最终厚度+20~60mm,进行晾钢,采用空冷或加速冷却;
当温度达到800~820℃时,开始第三阶段轧制,单道次压下量3-10mm,确保板型平整,终轧温度780~800℃,轧后进行ACC快速冷却,开始冷却温度750~770℃,返红温度500~600℃;
c.堆冷:钢板经矫直后入缓坑堆冷36小时以上。
进一步地,铸坯轧制前两次除磷包括,铸坯出加热炉后通过高压除鳞,去掉氧化铁皮,一次除鳞结束回炉保温3-5min,再进行二次除鳞,除鳞水压力保持在20MPa以上。
按上述方案获得的钢板的组织为铁素体+珠光体,其屈服强度409-482MPa,抗拉强度528-602MPa,伸长率21-31%,-20℃冲击吸收能量158-302J,止裂温度为-17℃~26℃,钢板不需要经过正火处理,缩短了生产周期,降低了生产成本。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明85mm厚钢板1/4厚度处100X金相组织图。
图2是本发明85mm厚钢板1/4厚度处200X金相组织图。
图3是本发明85mm厚钢板1/4厚度处500X金相组织图。
具体实施方式
对本发明实施例的成分设计进行分析:
C:能够提高钢的淬透性,有效保证钢板的抗拉强度。但C含量增加,会明显提高韧脆转变温度,同时C含量严响钢板焊接性能,因此控制C含量为0.03~0.08%;
Si:在钢板中主要以固溶强化提高钢板的强度,但其影响钢板的焊接性能和冲击性能,因此采用低Si设计,控制在0.10~0.20%之间;
Mn:主能够起到提高钢板淬透性的作用,同时不影响钢板的塑韧性,控制Mn含量在1.50~1.60%;
P和S:在此钢中,P、S为杂质元素,易偏聚于晶界,降低脆性断裂应力,提高脆转变温度,故含量越低越好;
Al:可起到强脱氧、细化晶粒,改善钢的强韧性,控制ALs含量0.020~0.040%;
Nb:在控轧过程中能够有效提高钢板的再结晶温度,防止晶粒长大,细化晶粒,提高钢板的强度和韧性,控制Nb含量0.04~0.05%;
Ni:能够强化铁素体,同时提高钢的强度和韧性,本方案设计添加0.6~0.65%;
Ce:具有优良的脱氧、去硫、改善夹杂物的作用,同时能够提高抗氧化性能和细化晶粒,控制在0.002%~0.05%;
V:能够细化晶粒,提高钢板强度,特别是抗拉强度,控制在0.06%~0.07%;
制备一种海洋平台用DH40止裂钢板时采取的技术方案中,其厚度为40mm~100mm,包含如下质量百分比的化学成分(单位,wt%):C:0.04%~0.08%、Si:0.10%~0.20%、Mn:
1.50%~1.60%、P:≤0.012%、S:≤0.005%、Nb:0.040%~0.050%、Ni:0.60%~0.65%、Als:0.020%~0.040%,Ce:0.002%~0.05%、V:0.06%~0.07%,其它为Fe和残留元素。
以上成分设计和工艺设计的有益效果在于,采用该技术方案,能够有效提高钢板的焊接性能,同时改善钢板的强度、低温韧性,并且降低了钢板的控冷能力要求,
2、工艺控制重点
2.1转炉冶炼工艺
转炉出钢温度1630~1680℃、出钢P≤0.0010%,出钢C≤0.05%,出钢过程中全程吹氩,出钢开始1min后加入钢包内400-500kg氧化铁皮,利用出钢时冲击搅拌和全程底吹氩气,降低钢中C含量,钢水到氩站底部吹氩同时顶部吹氧3min后,继续加入200-300kg氧化铁皮吹氩搅拌5-7min,然后将钢包表面残渣扒出,吊运至LF精炼炉。
2.2LF工艺
在LF炉加入石灰、氧化铝球进行造渣,同时加入铝粒进行脱氧,造渣过程中向钢水中加入400-800m铝线,吹氩搅拌脱除钢液中的残氧,造渣完毕后开始加入各类合金,加入顺序为镍板、铜板、钼铁,取样化验,钢种Als含量达到0.025%以上时,先加入钛铁,2min后再加入钒铁、铌铁、铈铁,白渣保持时间10~25min,确保精炼结束的终渣为流动性良好、粘度合适的泡沫白渣。
2.3真空精炼工艺
在真空精炼工艺中,在≤67Pa下的保压时间按10~20min进行控制,破真空后添加稻壳,然后软吹5~7min后吊运至连铸进行浇注。
2.4浇铸工艺
在浇注工艺中,连铸拉速采用恒拉速,浇注过热度按照5~25℃进行控制,钢坯浇注完毕后堆冷12-24h,然后进行清理检验。
2.5钢坯清理
钢坯清理检查采取温清,清理温度控制在50-400℃范围,清理检查后钢坯表面合格后带温装炉,装炉温度在控制在50-350℃范围内。
2.6加热工艺
预热段温度≤1000℃,加热段温度1200-1220℃,保温段温度1180-1200℃,整体加热速度1.3-1.4min/mm,整个加热过程保持微正压,空煤比在0.9,保持炉内非氧化性气氛。
2.7轧制工艺
在轧制工序中,轧制前采用二次除鳞,即出加热炉后通过高压除鳞,去掉氧化铁皮,一次除鳞后回炉保温3-5min,在进行二次除鳞,除鳞水压力保持在20MPa以上。
采用新型三阶段轧制工艺轧制。
一阶段先采用“高温、低速、大压下”轧制,单道次压下量控制在30mm以上,达到至少2道次形变系数控制在在0.5以上、单道次压下率控制在15%以上的变形,充分破碎钢坯心部晶粒组织,实现中心微孔疏松等缺陷的最大限度啮合,提高钢板内部质量以及钢板厚度方向上晶粒均匀性。使轧制力达到铸坯芯部,促使铸坯芯部变形,促进疏松等缺陷的压合,粗轧阶段控制钢坯总压下100-130mm。钢板变形区形状系数L/H的大小与轧制道次变形量有直接关系。当变形区形状系数l/h>0.5时,轧制力能够有效渗透到钢板厚度中心,使轧制变形传递到钢板内部,钢板厚度中心层变形大于钢板表面变形;而当变形区形状系数l/h<0.5时,随着变形区形状系数的减小,轧制力难以渗透到钢板心部,压缩变形难以传递到轧件内部,仅限于表面层附近。
粗轧结束后中间坯进入IC装置进行快冷至860~880℃;
当坯温低于900℃时,开始第二阶段轧制,适当控制单道次压下量在15-25mm,使轧制力达到铸坯1/4厚度位置,促使1/4位置变形,最终达到芯部和1/4位置发生再结晶的目的;
当轧制厚度达到最终厚度+20~60mm,进行晾钢,采用空冷或加速冷却,温度达到800~820℃开始第三阶段轧制,单道次压下量3-10mm,确保板型平整的同时,终轧温度780~800℃,轧后进行ACC快速冷却,开始冷却温度750~770℃,返红温度500~600℃。
2.8缓冷工艺要点
钢板经矫直后快速入缓冷坑堆冷36小时以上。
实施例
通过转炉冶炼、钢包吹氧脱碳、LF精炼、VD真空脱气、连铸浇铸、钢坯加热、轧制、控制冷却、缓冷等工艺,获得如下表1所述化学成分的40mm~100mm厚DH40止裂钢板,其力学性能见下表2。
表1 40mm~100mm厚DH40止裂钢板的化学成分(Wt,%)
厚度(mm) | C | Si | Mn | P | S | Als | Nb | Ni | Ce | V |
40 | 0.05 | 0.13 | 1.52 | 0.011 | 0.003 | 0.032 | 0.043 | 0.62 | 0.025 | 0.068 |
60 | 0.07 | 0.12 | 1.57 | 0.010 | 0.002 | 0.027 | 0.045 | 0.63 | 0.018 | 0.063 |
85 | 0.05 | 0.16 | 1.54 | 0.008 | 0.003 | 0.036 | 0.046 | 0.62 | 0.022 | 0.065 |
100 | 0.06 | 0.17 | 1.55 | 0.010 | 0.004 | 0.031 | 0.042 | 0.61 | 0.035 | 0.066 |
表2 40mm~100mm厚DH40止裂钢板的机械力学性能
厚度(mm) | 批数 | 屈服强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 伸长率(%) | -20℃冲击功(J) |
40 | 35 | 420-475 | 550-592 | 22-31 | 196-302 |
60 | 40 | 423-480 | 540-602 | 21-29 | 175-296 |
85 | 55 | 418-482 | 536-591 | 22-28 | 163-282 |
100 | 30 | 409-476 | 528-575 | 23-30 | 158-279 |
本次分别试生产40mm、60mm、85mm、100mm厚DH40钢板各35批、40批、55批和30批,通过合理的化学成分设计及生产工艺控制,钢板的屈服强度409-482MPa,抗拉强度528-602MPa,伸长率21-31%,-20℃冲击吸收能量158-302J,钢板组织为铁素体加珠光体组织,达到设计要求。
止裂性能
通过NDT试验和ESS0试验,钢板的止裂温度在-17℃~26℃,脆性裂纹止裂韧性大于6180N/mm2/3,-10℃裂纹尖端张开位移>0.43mm,焊后裂纹尖端张开位移>0.25mm。
Claims (3)
1.一种海洋平台用DH40止裂钢板,其特征在于,所述钢板的厚度为40mm~100mm,包含如下质量百分比的化学成分(单位,wt%):C:0.04%~0.08%、Si:0.10%~0.20%、Mn:1.50%~1.60%、P:≤0.012%、S:≤0.005%、Nb:0.040%~0.050%、Ni:0.60%~0.65%、Als:0.020%~0.040%,Ce:0.002%~0.05%、V:0.06%~0.07%,其它为Fe和残留元素;
所述钢板的组织为铁素体+珠光体,其屈服强度409-482MPa,抗拉强度528-602MPa,伸长率21-31%,-20℃冲击吸收能量158-302J,止裂温度为-17℃~26℃。
2.根据权利要求1所述的海洋平台用DH40止裂钢板的生产方法,其特征在于包括钢包脱碳、轧制、堆冷,具体如下:
a.钢包脱碳:转炉出钢温度1630~1680℃、出钢P≤0.0010%,出钢C≤0.05%,出钢过程中全程吹氩,出钢开始1min后加入钢包内400-500kg氧化铁皮,利用出钢时冲击搅拌和全程底吹氩气,降低钢中C含量,钢水到氩站底部吹氩搅拌同时顶部吹氧3min后,继续加入200-300kg氧化铁皮吹氩搅拌5-7min,然后将钢包表面残渣扒出,吊运至LF精炼炉;
b.轧制:铸坯轧制前两次除磷,随后进行三阶段轧制,第一阶段采用“高温、低速、大压下”轧制,单道次压下量控制在30mm以上,达到至少2道次形变系数控制在在0.5以上、单道次压下率控制在15%以上的变形,钢坯总压下100-130mm,粗轧结束后中间坯进入IC装置快冷至860~880℃;当中间坯低于900℃时,开始第二阶段轧制,适当控制单道次压下量15-25mm,当轧制厚度达到最终厚度+20~60mm,进行晾钢,采用空冷或加速冷却;当温度达到800~820℃时,开始第三阶段轧制,单道次压下量3-10mm,确保板型平整,终轧温度780~800℃,轧后进行ACC快速冷却,开始冷却温度750~770℃,返红温度500~600℃;
c.堆冷:钢板经矫直后入缓坑堆冷36小时以上。
3.根据权利要求2所述的海洋平台用DH40止裂钢板的生产方法,其特征在于:步骤b的轧制工艺中,铸坯轧制前两次除磷包括,铸坯出加热炉后通过高压除鳞,去掉氧化铁皮,一次除鳞结束回炉保温3-5min,再进行二次除鳞,除鳞水压力保持在20MPa以上,随后进行第三阶段轧制。
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