CN116219304A - 一种采用csp生产具有良好板形的船体用钢及生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用CSP生产具有良好板形的船体用钢，其组分及wt％为：C：0.03～0.065％，Si：≤0.20％，Mn：0.80～1.00％，P：≤0.020％，S：≤0.012％，Als：0.015～0.055％，Ti：0.020～0.040％，N：≤0.008％；生产方法：1)铁水经脱硫预处理；转炉冶炼；LF炉行精炼；RH真空处理；浇铸成坯；对铸坯加热；轧制；采用前段快冷方式冷却；卷取。本发明虽然降低了Mn及Ti元素用量，但还能使屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥470MPa，断后延伸率A≥27％，0℃冲击功Akv≥105J，厚度规格为2～8mm，即采用CSP产线完全能够生产出满足船体用钢对材料力学性能及对板形质量高标准的要求，且生产成相比于传统产线可降低至少5％。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶工程用钢及生产方法，具体属于一种采用CSP生产具有良好板形的船体用钢及生产方法。
背景技术
钢制船体的建造是个复杂的生产过程，船用钢材料经过预处理，随后切割、焊接、成形加工成零件，再组装成部件、各种分段(平面、曲面等)、总段，最后在船台或船坞进行焊接装配，直至形成了整艘船体。根据造船业的加工特点，要求船用钢在一定强度条件下有良好的韧性和焊接性能，并具备良好的尺寸精度及板形质量。船舶减重增载成为各大船舶企业的目标，船用钢高强减薄成为一种必然选择。薄规格高强度船用钢在热连轧产线生产时，由于产线长，温降快及温度均匀性控制差，导致轧制负荷大，轧制稳定性差，船用钢的板形控制能力差，生产效益低，产品成材率低。而CSP产线因其流程短，能耗低，生产效率高，特别在薄规格产品生产上面具有优势，产品尺寸精度控制高，板形控制好。因此，采用CSP工艺生产薄规格高强度船用钢产品，是一种经济高效的生产方式，且产品具备良好的尺寸精度、优秀的板形质量。
经检索：
中国专利申请号为CN200710020524.7的文献，记载了“高强度船体结构用钢及其板卷生产方法”。其采用的工艺路线为炼钢→精炼→CSP连铸→加热→轧制→冷却→卷取，钢的质量百分组成为C＝0.03～0.075％，Si＝0.01～0.35％，Mn＝1.40～1.60％，Als＝0.015～0.10％，V＝0.020～0.080％。由于其Mn含量高，且加入了V，显然不仅增加了材料合金成本，并提高了冶炼难度，且该文献对材料板形质量没有明确控制手段，使用该专利方法生产的材料，在轧制板形控制方面，由于轧制的稳定性及轧制均匀控制方法的欠缺，会出现轧制阶段的板形缺陷，且在冷却过程中，由于冷却温度的均匀性控制方法没有，会产生冷却板形缺陷，两种板形缺陷的叠加，会导致最终成品的板形质量缺陷。
中国专利公开号为CN104962813A的文献，记载了“基于CSP产线具有良好成形性能的经济型高强钢及其制造方法”，其化学成份按重量百分数计为C：0.04～0.07，Si：0.10～0.30，Mn：1.20～1.50，P：≤0.015，S：≤0.004，Ti：0.13～0.18，N：≤0.004，Als：0.02～0.04，O：≤0.002，其余为Fe及不可避免的夹杂。该文献钢卷属于一种易成型高强结构钢领域，与船用钢产品有本质上的区别，船用钢有特定的成分要求与工艺性能要求，必备符合船级社的相关标准规定，才能够做为船用钢材料使用。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种厚度规格为2～8mm，屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥470MPa，断后延伸率A≥27％，0℃冲击功Akv
≥105J的一种采用CSP生产具有良好板形的船体用钢及生产方法。
实现上述目的的措施：
一种采用CSP生产具有良好板形的船体用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.03～0.065％，Si：≤0.20％，Mn：0.80～1.00％，P：≤0.020％，S：≤0.012％，Als：0.015～0.055％，Ti：0.020～0.040％，N：≤0.008％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
优选地：Mn的重量百分比含量为：0.80～0.95％。
优选地：Ti的重量百分比含量为：0.020～0.035％。
一种采用CSP生产具有良好板形的经济型船体用钢的生产方法，其步骤：
1)铁水脱硫，并控制铁水脱硫后S≤0.008％；
2)转炉炼钢，并控制炼钢结束时钢水中C含量不低于0.03％，出钢温度在
1650～1680℃；
3)进行LF炉精炼，控制离站钢水温度不低于1640℃；
4)进行RH真空处理，并控制结束时钢水中的：N≤0.004％、Als在
0.015～0.055％，出钢温度在1560～1580℃；
5)浇铸成坯，其间，控制拉坯速度在3.5～3.7m/min；二冷水段采用边部弱冷制度，其冷却水量以使板坯入均热炉温度在800～1050℃即可；
6)对铸坯加热，控制出均热炉温度在1180～1220℃，并控制总均热时间不低于20min；同板温度差≤20℃；
7)采用等比例凸度轧制模式进行轧制：控制开轧温度在1130～1170℃，各
道次压下率及轧制温度分别为：
F1～F3：各道次压下率均在55～65％，轧制温度在1110～1170℃；
F4的压下率在25～35％，轧制温度在980～1100℃；
F5～F6：各道次压下率均在10～15％，轧制温度在920～980℃；
F7的压下率在6～9％，轧制温度在860～900℃；
且在轧制过程中确保奥氏体充分发生再结晶；
8)采用前段快冷方式进行冷却，其在冷却速度为80～150℃/s下冷却至卷取温度；其间开侧喷水冷，并控制进入中间段的钢板温度在690～710℃；
9)进行卷取，并控制卷取温度在610～650℃。
本发明中各原料及主要工艺的作用及机理说明如下：
本发明的碳(C)含量为0.030％～0.065％，碳是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，含量的降低可避开包晶钢范围，确保薄板坯连铸的稳定性，同时为保证较低的碳当量，改善钢板的焊接性能，提高其韧性，故将碳含量限定在0.030％～0.065％。
本发明的硅(Si)含量为≤0.20％，Si有一定的固溶强化作用，利于提高钢的强度，不利于韧性的控制；在高温条件下Si先被氧化成SiO2，然后SiO2与氧化层中的FeO反应形成铁橄榄石相Fe2SiO4(2FeO·SiO2)，易富集在氧化铁皮与基体的结合面处，不易去除而影响轧制表面质量，且Si含量过高，表面易形成氧化物压入的微裂纹，不利钢板表面质量的控制，因而本发明将Si含量为控制为≤0.20％。
本发明的锰(Mn)含量为0.80％～1.00％，锰是主要的固溶强化元素，具有明显细化晶粒的作用，适量的Mn含量可降低γ→α相变温度，有助于获得细小的相变产物，提高强韧性；同时，由于锰和硫具有较大的亲和力，可避免FeS在晶界析出，降低热脆性，提高热加工性能；但当Mn含量高于1.0％时，易生成(FeMn)2SiO4，容易在氧化铁皮与基体的结合面处富集，造成氧化铁皮与基体界面的粗糙，形成氧化铁皮类的缺陷。因而本发明将Mn含量控制为0.80％～1.00％，优选0.80％～0.95％。
本发明的磷(P)含量≤0.020％、硫(S)含量≤0.012％，S主要影响钢的塑性，易与锰结合生成MnS夹杂，P主要影响钢的冲击韧性和韧-脆转变温度，在钢中容易造成偏析。因此，本发明应尽量减少磷、硫元素的不利影响，将钢的P、S含量控制为P：≤0.020％，S：≤0.012％。
本发明的酸溶铝(Als)含量为0.015～0.055％，Als是主要脱氧元素，可减少钢中氧化物夹杂，纯净钢质，细化晶粒，同时，可抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度，提高钢的抗氧化性能。因此，本发明的Als含量范围为0.015～0.055％。
本发明的钛(Ti)含量为0.020～0.040％，Ti和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的化合物，具有极好的抗氢性能，提高钢材的强度，改善钢材焊接性能，增加韧性，但Ti含量低于限定值时，不能起到析出强化的目的，仅有限地与N、S结合，不能生成有效的TiC。而Ti含量高于限定值时，易产生铁素体δ相或其它脆性相，而使材料韧性降低。因此，本发明的Ti含量范围为0.020％～0.040％，优选在0.020％～0.035％。
本发明的氮(N)含量为≤0.008％，Ti与N结合生成TiN的能量很低，在钢液凝固过程中就开始陆续析出，N的存在会严重降低有效Ti含量，影响TiC的析出强化，形成的TiN方形颗粒，大概率成为材料成型或冲击过程中的裂纹源，导致材料成形开裂问题。因此，本发明的N含量范围为≤0.008％。
本发明冶炼要求铁水脱硫预处理S：≤0.008％；转炉钢水冶炼C≥0.03％，出钢温度在1650～1680℃；在LF炉中脱氧、造渣，离站温度≥1640℃；钢水入RH炉，进行脱碳、脱氧；钙处理改渣性，N控制≤0.004％、Als控制在0.015～0.055％，出钢温度为1560～1580℃。
本发明之所以控制连铸拉坯速度在3.5～3.7m/min，二冷水段采用边部弱冷制度，控制冷却水量保证连铸薄板坯入均热炉温度在800～1050℃，减少铸坯边部裂纹。
本发明之所以控制均热在炉时间≥20min，出均热炉温度控制为1180～1220℃，由于影响厚度精度和板形的因素主要有温度不均、辊系的稳定。温度不均会引起轧制力和塑性系数发生变化，造成厚度有偏差从而导致钢板两边或上下偏延，因此要求同板温差≤20℃。
本发明之所以控制开轧温度为1130～1170℃，采用等比例凸度轧制模式，各道次压下率及轧制温度分别为：F1～F3：55～65％、1110～1170℃；F4：25～35％、980～1100℃；F5～F6：10～15％、920～980℃；F7：6～9％、860～900℃；轧制过程中严格控制精轧机架水的开启≤2根，减少机架水对带钢温度的影响，提高了对终轧温度的控制，同时也提高了卷板边部温度的均匀性。避免板坯在轧制的过程由于温度的不均而产生不均匀形变，从而产生大不均匀形变抗力，导致大的不均匀形变应力与热应力，也确保奥氏体充分发生再结晶，消除组织中的混晶缺陷，并确保最终轧制板形质量。
本发明之所以要求冷却采用前端快冷，冷速控制80～150℃/s，并开侧喷水，在于确保冷却均匀性，确保冷却中间温度在690～710℃，最终卷取温度在610～650℃。
本发明与现有技术相比，本发明虽然降低了Mn及Ti元素用量，但还能使屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥470MPa，断后延伸率A≥27％，0℃冲击功Akv≥105J，厚度规格为2～8mm，即采用CSP产线完全能够生产出满足船体用钢对材料力学性能及对板形质量高标准的要求，且生产成相比于传统产线可降低至少5％。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例及对比例的化学成分列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。
本发明各实施例按照以下步骤生产
1)铁水脱硫，并控制铁水脱硫后S≤0.008％；
2)转炉炼钢，并控制炼钢结束时钢水中C含量不低于0.03％，出钢温度在
1650～1680℃；
3)进行LF炉精炼，控制离站钢水温度不低于1640℃；
4)进行RH真空处理，并控制结束时钢水中的：N≤0.004％、Als在
0.015～0.055％，出钢温度在1560～1580℃；
5)浇铸成坯，其间，控制拉坯速度在3.5～3.7m/min；二冷水段采用边部弱冷制度，其冷却水量以使板坯入均热炉温度在800～1050℃即可；
6)对铸坯加热，控制出均热炉温度在1180～1220℃，并控制总均热时间不低于20min；同板温度差≤20℃；
7)采用等比例凸度轧制模式进行轧制：控制开轧温度在1130～1170℃，各
道次压下率及轧制温度分别为：
F1～F3：各道次压下率均在55～65％，轧制温度在1110～1170℃；
F4的压下率在25～35％，轧制温度在980～1100℃；
F5～F6：各道次压下率均在10～15％，轧制温度在920～980℃；
F7的压下率在6～9％，轧制温度在860～900℃；
且在轧制过程中确保奥氏体充分发生再结晶；
8)采用前段快冷方式进行冷却，其在冷却速度为80～150℃/s下冷却至卷取温度；其间开侧喷水冷，并控制进入中间段的钢板温度在690～710℃；9)进行卷取，并控制卷取温度在610～650℃。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表(wt％)
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
续表2
表3本发明各实施例及对比例力学性能检测结果列表
从表3可以看出，经该方法生产的材料，其屈服强度大于350MPa，抗拉强度大于470MPa，断后延伸率A≥27％，0℃冲击功Akv≥105J，完全能够满足船级社的使用标准要求，且该方法由于采用CSP产线生产，不仅生产流程短，节能环保，降低成本具有良好的市场前景及经济效益。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。
Claims (4)
1.一种采用CSP生产具有良好板形的船体用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.03～0.065％，Si：≤0.20％，Mn：0.80～1.00％，P：≤0.020％，S：≤0.012％，Als：0.015～0.055％，Ti：0.020～0.040％，N：≤0.008％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
2.如权利要求1所述的一种采用CSP生产具有良好板形的船体用钢，其特征在于：Mn的重量百分比含量为：0.80～0.95％。
3.如权利要求1所述的一种采用CSP生产具有良好板形的船体用钢，其特征在于：Ti的重量百分比含量为：0.020～0.035％。
4.如权利要求1所述的一种采用CSP生产具有良好板形的船体用钢的方法，其步骤：
1)铁水脱硫，并控制铁水脱硫后S≤0.008％；
2)转炉炼钢，并控制炼钢结束时钢水中C含量不低于0.03％，出钢温度在1650～1680℃；
3)进行LF炉精炼，控制离站钢水温度不低于1640℃；
4)进行RH真空处理，并控制结束时钢水中的：N≤0.004％、Als在0.015～0.055％，出钢温度在1560～1580℃；
5)浇铸成坯，其间，控制拉坯速度在3.5～3.7m/min；二冷水段采用边部弱冷制度，其冷却水量以使板坯入均热炉温度在800～1050℃即可；
6)对铸坯加热，控制出均热炉温度在1180～1220℃，并控制总均热时间不低于20min；
同板温度差≤20℃；
7)采用等比例凸度轧制模式进行轧制：控制开轧温度在1130～1170℃，各道次压下率及轧制温度分别为：
F1～F3：各道次压下率均在55～65％，轧制温度在1110～1170℃；
F4的压下率在25～35％，轧制温度在980～1100℃；
F5～F6：各道次压下率均在10～15％，轧制温度在920～980℃；
F7的压下率在6～9％，轧制温度在860～900℃；
且在轧制过程中确保奥氏体充分发生再结晶；
8)采用前段快冷方式进行冷却，其在冷却速度为80～150℃/s下冷却至卷取温度；其间开侧喷水冷，并控制进入中间段的钢板温度在690～710℃；
9)进行卷取，并控制卷取温度在610～650℃。
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| KR20020048034A (ko) * | 2000-12-15 | 2002-06-22 | 이구택 | 미세한ＴｉＯ산화물과 ＴｉＮ의 석출물을 갖는 고강도용접구조용 강의 제조방법 |
| US20070193664A1 (en) * | 2004-07-21 | 2007-08-23 | Kazuhiro Fukunaga | Steel For Welded Structures Excellent In Low Temperature Toughness Of Weld Heat Affected Zone And Method Of Production Of Same |
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2023
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