CN116254464A - 一种厚度超过120mm的耐热钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种厚度超过120mm的耐热钢板，化学成分按质量百分比计为：所述钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.10～0.20％，Si：0.20～0.50％，Mn：0.40～0.80％，P：≤0.015％，S：≤0.008％，Alt：0.015～0.040％，Cr：1.85～2.60％，Mo：0.70～1.30％，Ni：0.10～0.50％，Sb：≤0.010％，Sn：≤0.020％，As：≤0.020％，H：≤0.0001％；O：≤0.0015％；N：≤0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。钢板的制造方法为：炼钢→连铸→加热→控制轧制→在线淬火(DQ)→离线回火，获得回火索氏体组织，所得钢板厚度为120mm～150mm，常温拉伸屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥550Mpa；425℃高温拉伸屈服强度≥320MPa，抗拉强度≥430Mpa；心部横向‑30℃冲击吸收能量≥200J的高强度、高韧性钢板，在线淬火工艺降低了生产成本，缩短了工艺流程。

Description

一种厚度超过120mm的耐热钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于钢铁材料加工技术领域，具体涉及一种厚度超过120mm的耐热钢板及其制造方法。
背景技术
120mm及以上厚度耐热钢钢板主要用于耐高温设备的制造，当前该类钢板通常采用离线淬火和离线回火或离线正火+离线回火工艺生产，该工艺存在工序多、流程长、成本高等问题。面对日趋激烈的市场竞争，国内外钢铁企业纷纷从简化工序、缩短流程、降低能耗等方面降低生产成本。在这种形势下，在线淬火技术应运而生，成为国内外各大钢铁企业研究的热点。
公开号为CN101215624“一种高强韧厚钢板的在线淬火生产工艺方法”的专利，采用气雾和水幕两阶段冷却方式实现钢板在线淬火。该专利不足之处在于，两阶段冷却工艺需要分别进行设置，影响因素多，过程复杂，而且可实现在线淬火的钢板厚度为20-50mm，对于50mm以上厚度钢板则无实例。公开号为CN109468448“大厚度高强钢板在线淬火工艺”的发明专利采用在线淬火+回火工艺制造60-80mm屈服强度690MPa高强度钢板。该专利可实现的钢板厚较小，无法实现超厚钢板的在线淬火。公开号CN102644030“一种屈服强度为800Mpa级低温用钢及其生产方法”采用在线淬火+回火方式生产高强度钢板，但是钢板最大厚度只有40mm。对于120mm及以上超厚耐热钢板则因冷却能力不足、钢板淬不透等问题，未查找到相关发明专利。
上述高强高韧钢板的制造工艺不论是采用气雾和水幕两阶段冷却、在线淬火或者ACC冷却，对120mm以上超厚规格钢板，均存在冷却能力不足、钢板淬不透、厚度方向组织不均匀和性能不均匀等技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种厚度超过120mm的耐热钢板及其制造方法，以解决超厚规格钢板在冷却能力、淬透性、厚度方向组织不均匀和性能不均匀的问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种厚度超过120mm的耐热钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.10～0.20％，Si：0.20～0.50％，Mn：0.40～0.80％，P：≤0.015％，S：≤0.008％，Alt：0.015～0.040％，Cr：1.85～2.60％，Mo：0.70～1.30％，Ni：0.10～0.50％，Sb：≤0.010％，Sn：≤0.020％，As：≤0.020％，H：≤0.0001％；O：≤0.0015％；N：≤0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
所述钢板厚度为120mm～150mm，常温拉伸屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥550Mpa；425℃高温拉伸屈服强度≥320MPa，抗拉强度≥430Mpa；心部横向-30℃冲击吸收能量≥200J。
本发明提供的一种厚度超过120mm的耐热钢板的化学成分是这样确定的：
C：钢中最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化显著提高钢的强度，但同时会明显降低钢的韧性和焊接性。考虑本发明为超厚钢板，既要保证强度，又要保证韧性以及焊接性，故将钢中C含量控制在0.10～0.20％。
Si：Si是良好的脱氧剂。但含Si量过高时，将显著降低钢的塑性和韧性，增加回火脆性。在本发明中作为脱氧元素使用，Si含量控制在0.20～0.50％。
Mn：Mn通过固溶强化提高钢的强度和硬度，同时扩大奥氏体区，有助于获得细小相变组织，提高钢的韧性；还可以提高钢的淬透性，有利于获得马氏体淬火组织。但是过高的Mn会导致偏析和MnS夹杂物，降低连铸板坯的心部质量，削弱钢板心部性能。因此本发明将Mn控制在0.30～0.70％。
P、S：P和S为易偏析元素，而且P还增加钢回火脆性，S与Fe形成低熔点FeS，高温轧制时产生削弱晶粒之间的结合强度，产生热脆。作为钢中可不避免的杂质元素，P、S含量越低越好。本发明规定P≤0.015％，S≤0.008％。
Cr：Cr主要作用是提高淬透性，使钢经淬火+回火后具有较好的综合力学性能。
Ni：Ni可以降低钢的低温脆性转变温度，减小钢对缺口的敏感性。但Ni作为贵重合金，随着Ni含量提高，生产成本将明显增加。因此，本发明在添加Ni主要目的是在不明显增加成本的前提下，提高钢板韧性，降低韧脆转变温度，Ni控制在0.10～0.50％。
Mo：Mo在钢中能提高淬透性和热强性,同时Mo能提高回火稳定性，Mo与Cr、Mn等并存时能够降低钢的回火脆性。Mo作为本发明的主要元素，考虑到强度和高温工况使用要求，将Mo含量控制在0.70～1.30％。
Al：铝主要是作为脱氧元素使用，以降低钢中氧含量。
H、O、N：气体元素作为有害元素，在本发明中希望含量越低越好。
As、Sn、Sb：增加钢的回火脆性，降低钢的韧性。As、Sn、Sb作为钢中的残余元素，在冶炼过程中难以去除，本发明通过控制炼钢原料来源，减少此类残余元素含量，钢中As、Sn、Sb分别控制在≤0.010％、≤0.020％和≤0.020％。
本发明的另一个目的是提供一种上述厚度超过120mm的耐热钢板的制造方法，具体工艺步骤如下：
首先将铁水经过铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理以及连铸，制造出满足化学成分要求、厚度450mm的连铸坯；连铸坯加罩缓冷72小时；
再将连铸坯加热到1200～1260℃，总加热和保温时间8～9小时；
出加热炉后进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧，粗轧连续三道次单道次压下率不低于15％，终轧温度控制在930～1100℃；第二阶段为精轧，开轧温度≤900℃，精轧阶段累计压下率≥40％，终轧温度880～920℃；
然后钢板经过DQ+ACC快速冷却实现在线淬火，水比1.8，辊速0.06-0.15m/s，入水钢板表面温度850～900℃，钢板头部和尾部入水温度之差≤20℃，出水后钢板表面返红温度≤200℃，冷却速率控制在1.5～3.5℃/s；
淬火后钢板头部、尾部以及厚度方向组织一致，均为马氏体+贝氏体；对淬火后钢板在720～755℃进行离线高温回火，保温时间8.0～12.5小时，出炉后即可获得成品钢板，回火后钢板组织为回火索氏体。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)在线淬火工艺生产的120mm及以上厚度超厚钢板，主要通过合理的冶炼、轧制、冷却及高温回火工艺实现钢板的优异性能，可在不添加Nb、V、Ti微合金以及仅添加少量Ni的条件下，实现钢板高强度、高韧性、良好的高温性能。
2)采用轧后直接在线淬火工艺，利用DQ和ACC以1.5～3.5℃/s的冷却速率进行在线淬火，从而获得与传统离线淬火相同的组织，节省了离线淬火工序，生产成本低，周期短，能显著提高生产效率。
3)通过控制轧后入水温度、上下水量比值、辊速、冷却速率及终冷温度的控制，实现超厚板在线淬火，冷却过程简单、容易操作，冷却过程稳定，该工艺生产的钢板性能更加均匀。
附图说明
图1为本发明实施例3钢板厚度1/2处的金相组织图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明内容作进一步说明。
实施例1
本实施例一种厚度超过120mm的耐热钢板的厚度为125mm，其化学成分按质量百分比计为C：0.14％，Si：0.25％，Mn：0.50％，P：0.006％，S：0.002％，Alt：0.030％，Cr：2.50％，Mo：1.12％，Ni：0.16％，Sb：≤0.010％，Sn：≤0.020％，As：≤0.020％，H：≤0.0001％；O：≤0.0015％；N：≤0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
该125mm厚度述钢板的制造方法为，按上述钢板成品的化学成分配置冶炼原料，并经过转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理以及连铸，制造出满足化学成分要求，厚度450mm的连铸坯，连铸坯加罩缓冷72小时，
再将连铸坯加热到1250℃，总加热和保温时间9小时，
出加热炉后进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧，粗轧连续三道次单道次压下率15％、17％、20％，终轧温度940℃；第二阶段为精轧，开轧温度895℃，精轧阶段累计压下率60％，终轧温度880℃；
然后钢板经过DQ+ACC快速冷却实现在线淬火，水比1.8，辊速0.12m/s，入水钢板表面温度860℃，钢板头部入水温度和尾部入水温度之差18℃，出水后钢板表面返红温度85℃，冷却速率3.0℃/s；
淬火后钢板头部、中部和尾部以及厚度方向组织一致，均为马氏体和贝氏体；对淬火后钢板在750℃进行离线高温回火，保温时间7.5小时，出炉后即可获得成品钢板，钢板回火后组织为回火索氏体。
经由上述制造方法得到的125mm厚度耐热钢板钢板，力学性能优异，详见表1。
实施例2
本实施例一种厚度超过120mm的耐热钢板的厚度为135mm，其化学成分按质量百分比计为C：0.14％，Si：0.26％，Mn：0.52％，P：0.005％，S：0.002％，Alt：0.028％，Cr：2.51％，Mo：1.15％，Ni：0.18％，Sb：≤0.010％，Sn：≤0.020％，As：≤0.020％，H：≤0.0001％；O：≤0.0015％；N：≤0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
该130mm厚度述钢板的制造方法为，按上述钢板成品的化学成分配置冶炼原料，并经过转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理以及连铸，制造出满足化学成分要求，厚度450mm的连铸坯，连铸坯加罩缓冷72小时，
再将连铸坯加热到1245℃，总加热和保温时间9小时，
出加热炉后进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧，粗轧连续三道次单道次压下率15％、16％、18％，终轧温度935℃；第二阶段为精轧，开轧温度890℃，精轧阶段累计压下率50％，终轧温度880℃；
然后钢板经过DQ+ACC快速冷却实现在线淬火，水比1.8，辊速0.10m/s，入水钢板表面温度870℃，钢板头部入水温度和尾部入水温度之差16℃，出水后钢板表面返红温度108℃，冷却速率2.0℃/s；
淬火后钢板头部、中部和尾部以及厚度方向组织一致，均为马氏体和贝氏体；对淬火后钢板在745℃进行离线高温回火，保温时间7.8小时，出炉后即可获得成品钢板，钢板回火后组织为回火索氏体。
经由上述制造方法得到的135mm厚度耐热钢板，力学性能优异，详见表1。
实施例3
本实施例一种厚度超过120mm的耐热钢板的厚度为150mm，其化学成分按质量百分比计为C：0.15％，Si：0.28％，Mn：0.56％，P：0.005％，S：0.002％，Alt：0.031％，Cr：2.55％，Mo：1.17％，Ni：0.19％，Sb：≤0.010％，Sn：≤0.020％，As：≤0.020％，H：≤0.0001％；O：≤0.0015％；N：≤0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
该150mm厚度述钢板的制造方法为，按上述钢板成品的化学成分配置冶炼原料，并经过转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理以及连铸，制造出满足化学成分要求，厚度450mm的连铸坯，连铸坯加罩缓冷72小时，
再将连铸坯加热到1250℃，总加热和保温时间9小时，
出加热炉后进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧，粗轧连续三道次单道次压下率15％、16％、16％，终轧温度940℃；第二阶段为精轧，开轧温度885℃，精轧阶段累计压下率40％，终轧温度880℃；
然后钢板经过DQ+ACC快速冷却实现在线淬火，水比1.8，辊速0.06m/s，入水钢板表面温度875℃，钢板头部入水温度和尾部入水温度之差15℃，出水后钢板表面返红温度101℃，冷却速率1.8℃/s；
淬火后钢板头部、中部和尾部以及厚度方向组织一致，均为马氏体和贝氏体；对淬火后钢板在740℃进行离线高温回火，保温时间8.7小时，出炉后即可获得成品钢板，钢板回火后组织为回火索氏体，厚度1/2处金相组织见图1。
经由上述制造方法得到的150mm厚度耐热钢板，力学性能优异，详见表1，
表1各实施例所产生的钢板力学性能
Figure BDA0003964118550000061
说明：T/4代表钢板1/4厚度，T/2代表钢板1/2厚度。
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种厚度超过120mm的耐热钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.10～0.20％，Si：0.20～0.50％，Mn：0.40～0.80％，P：≤0.015％，S：≤0.008％，Alt：0.015～0.040％，Cr：1.85～2.60％，Mo：0.70～1.30％，Ni：0.10～0.50％，Sb：≤0.010％，Sn：≤0.020％，As：≤0.020％，H：≤0.0001％；O：≤0.0015％；N：≤0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的一种厚度超过120mm的耐热钢板，其特征在于：所述耐热钢板的厚度为120～150mm。
3.根据权利要求1所述的一种厚度超过120mm的耐热钢板，其特征在于：所述钢板的常温拉伸屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥550Mpa；425℃高温拉伸屈服强度≥320MPa，抗拉强度≥430Mpa；心部横向-30℃冲击吸收能量≥200J。
4.根据权利要求1所述的一种厚度超过120mm的耐热钢板，其特征在于：所述钢板淬火后钢板头部、尾部以及厚度方向组织一致，均为马氏体+贝氏体；回火后钢板组织为回火索氏体。
5.一种如权利要求1所述的厚度超过120mm的耐热钢板的制造方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)将铁水经过铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理以及连铸，制造出满足化学成分要求、厚度450mm的连铸坯；
2)将连铸坯加热到1200～1260℃，总加热和保温时间8～9小时；
3)出加热炉后进行两阶段轧制；
4)轧制完成后钢板经过DQ+ACC快速冷却实现在线淬火；
5)对淬火后钢板在720～755℃进行离线高温回火，保温时间420min～530min，出炉后即可获得成品钢板。
6.根据权利要求5所述的一种厚度超过120mm的耐热钢板的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中的连铸坯在加热前加罩缓冷72小时。
7.根据权利要求5所述的一种厚度超过120mm的耐热钢板的制造方法，其特征在于：所述步骤3)的轧制过程为：第一阶段为粗轧，粗轧连续三道次单道次压下率不低于15％，终轧温度控制在930～1100℃；第二阶段为精轧，开轧温度≤900℃，精轧阶段累计压下率≥40％，终轧温度880～920℃。
8.根据权利要求5所述的一种厚度超过120mm的耐热钢板的制造方法，其特征在于：所述步骤4)淬火时的上下水量比值为1.8，辊速0.06-0.15m/s。
9.根据权利要求5所述的一种厚度超过120mm的耐热钢板的制造方法，其特征在于：所述步骤4)淬火时的入水钢板表面温度850～900℃，钢板头部和尾部入水温度之差≤20℃，出水后钢板表面返红温度≤200℃，冷却速率控制在1.5～3.5℃/s。
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