CN115976424B - 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：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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