一種低壓縮比特厚低合金鋼板及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低壓縮比特厚低合金鋼板，該鋼板的厚度為150～180mm，化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為C0.10～0.17%、Si0.15～0.45%、Mn1.18～1.40%、P≤0.010%、S≤0.003%、Ni0.10～0.20%、Nb0.010～0.040%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，同時(shí)相應(yīng)元素含量滿足Ceq≤0.39%，1.35%≤[C]+[Mn]≤1.50%。冶煉工藝流程：氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉→鋼包爐精煉→真空脫氣處理→370mm厚及以上板坯連鑄→鑄坯罩冷→鑄坯加熱→控制軋制→控制冷卻→堆垛緩冷→探傷→性能檢驗(yàn)。本申請鋼板具有高強(qiáng)度、優(yōu)異的低溫韌性、優(yōu)良的可焊性等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍更廣泛。
【專利說明】
一種低壓縮比特厚低合金鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于低合金鋼板冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種特厚低合金鋼板及其采用低 壓縮比控乳的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 特厚板一般是指厚度多60mm的鋼板，低合金特厚鋼板主要用于鍋爐、海洋平臺、橋 梁及高層建筑等對鋼材性能要求較高的大型設(shè)施和構(gòu)件。隨著我國能源開發(fā)、基礎(chǔ)設(shè)施建 設(shè)等的高速發(fā)展，越來越多的市場急需特厚板，特別是一些厚度多150mm的高性能特厚鋼 板，為充分保證鋼板的內(nèi)在冶金質(zhì)量和心部性能，要求坯料和鋼板的壓縮比多3,國內(nèi)只能 采用鋼錠、電渣重熔等高能耗方法生產(chǎn)，表現(xiàn)出生產(chǎn)能力不足，周期長、成本高，依賴進(jìn)口的 局面。
[0003] 大型設(shè)備、構(gòu)件等的安全性受到社會(huì)的普遍關(guān)注，對特厚鋼板的性能指標(biāo)提出了 越來越高的要求，這就要求具有高強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度500~620MPa)、高韌性(板厚1/2處-35°C 縱向沖擊功KV2多47 J)、優(yōu)良的焊接性能(Ceq彡0.39%)和抗層狀撕裂性能(Zz彡35%)。
[0004] 專利（CN 102345047A)公布了一種150mm厚Q245R特厚板，壓縮比較高，但采用模 鑄生產(chǎn)，成本高、周期長，且其抗拉強(qiáng)度僅為440~470MPa。
[0005] 專利(CN 104451375A)公布了一種160mm厚Q235C低壓縮比特厚板，采用成本較低 的320mm厚連鑄坯生產(chǎn)，壓縮比為2,但其強(qiáng)度要求較低，只需滿足370~500MPa，且厚度規(guī)格 受限。
[0006] 專利(CN 102009332A)公布了一種疊乳焊工藝生產(chǎn)特厚板的方法，壓縮比高，內(nèi)部 質(zhì)量好，但需采用兩塊或兩塊以上連鑄坯焊接，工藝復(fù)雜，成本高，實(shí)用性不強(qiáng)，成品率低。
[0007] 綜上所述，現(xiàn)有厚度150~180mm的特厚低合金鋼板采用模鑄、電渣重熔、復(fù)合坯生 產(chǎn)時(shí)，存在生產(chǎn)成本高、周期長、實(shí)用性不強(qiáng)等問題;采用連鑄坯生產(chǎn)時(shí)，存在壓縮比過低、 強(qiáng)度不足等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足提供一種特厚低合金鋼板及其制造方 法，所得鋼板具有強(qiáng)度更高、低溫韌性優(yōu)良、焊接性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，鋼板制造采用低壓縮比、 實(shí)現(xiàn)了連鑄控乳生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短。
[0009] 本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為:一種低壓縮比特厚低合金鋼板，該鋼 板的厚度為150~180mm，化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為C:0.10~0.17%、Si:0.15~0.45%、Mn: 1.18~1.40%、卩彡0.010%、5彡0.003%、附 ：0.10~0.20%、恥：0.010~0.040%，余量為卩6及不 可避免的雜質(zhì)，同時(shí)相應(yīng)元素含量滿足Ceq=[C] + [Mn]/6+([Cr] + [Mo] + [V])/5 + ([Cu] + [Ni] )/15^0.39%,1.35%^ [C] + [Mn]^1.50%〇
[0010] 化學(xué)成分是影響熱乳特厚鋼板性能的主要因素，為保證本發(fā)明的特厚鋼板獲得優(yōu) 良的綜合力學(xué)性能，對本發(fā)明的主要元素進(jìn)行了規(guī)定，主要原理如下： 碳(c):c是提高鋼板強(qiáng)度的最有效元素。當(dāng)C以間隙原子存在鋼中，通過阻礙位錯(cuò)滑移， 提高鋼的強(qiáng)度和塑性;在鋼中形成碳化物，可提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但同時(shí)降低了其塑性和 韌性;當(dāng)碳含量超過0.20%明顯降低鋼的低溫韌性。因此本發(fā)明C含量控制在0.10~0.17%。
[0011] 硅(Si) :Si可提高鋼的強(qiáng)度，其固溶于奧氏體中使得組織得到強(qiáng)化。低合金鋼中每 增加0. l%Si，可使熱乳鋼的抗拉強(qiáng)度提高約8MPa;當(dāng)Si含量超過0.8%，則引起沖擊韌性和面 縮率的明顯下降。因此本發(fā)明S i含量控制在0.15~0.45%。
[0012] 錳(Μη) :Μη是提高鋼板強(qiáng)度的重要元素，通過在奧氏體內(nèi)形成固溶體提高了鋼的 強(qiáng)度，同時(shí)也可改善鋼的低溫韌性，但過多的Μη易導(dǎo)致鋼板偏析嚴(yán)重和產(chǎn)生熱裂紋。因此本 發(fā)明Μη含量控制在1.00~1.40%。
[0013] 鎳(Ni):Ni是改善鋼的低溫韌性不可或缺的元素，也是最有效的元素，其與鐵互 溶，通過細(xì)化α相晶粒，強(qiáng)化鐵素體和細(xì)化珠光體組織，可明顯改善鋼的低溫韌性，降低臨界 轉(zhuǎn)變溫度，也可提高鋼的強(qiáng)度，每增加1%的Ni可提高強(qiáng)度約30MPa，但Ni是貴重元素，過多的 Ni會(huì)顯著提高鋼的生產(chǎn)成本。因此本發(fā)明Ni含量控制在0.10~0.20%。
[0014] 鈮(Nb):Nb和C、N有極強(qiáng)的結(jié)合力，并與之形成相應(yīng)的穩(wěn)定的碳化物、氮化物或碳 氮化物，可細(xì)化晶粒和阻止原奧氏體晶粒粗化，提高鋼的強(qiáng)度和韌性，特別是低溫韌性，使 鋼具有較好的可焊性。因此本發(fā)明Nb含量控制在0.010~0.040%。
[0015] 磷(P):磷在不要求耐候性的低合金鋼中，對鋼的力學(xué)性能，尤其是對特厚鋼板的 低溫韌性是明顯有害的。因此本發(fā)明P含量控制在彡0.010%。
[0016] 硫(S):S與P-樣對鋼的熱加工性、力學(xué)性能均有害，尤其對有低溫韌性要求的特 厚鋼板來說，其含量越低越好。本發(fā)明S含量控制在<0.005%。
[0017] 本發(fā)明的另一目的是提供上述低壓縮比特厚低合金鋼板的制造方法，工藝流程： 氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉-鋼包爐精煉-真空脫氣處理-370mm厚及以上板坯連鑄-鑄坯罩冷-鑄坯 加熱-控制乳制-控制冷卻-堆垛緩冷-探傷-性能檢驗(yàn)； 主要工序具體如下： (1) 煉鋼及連鑄:鐵水進(jìn)入氧氣轉(zhuǎn)爐前保證[S] <0.003%，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度控制在1600~ 1660°C，出鋼后扒渣除磷;鋼包爐精煉時(shí)間大于30分鐘，添加合金成分，采用鋁線脫氧，保證 [0]<20ppm，進(jìn)一步深脫S;真空脫氣處理時(shí)大于12分鐘，結(jié)束后喂鈣線處理，軟吹5分鐘以 上;連鑄時(shí)采用低拉速，進(jìn)一步促進(jìn)鑄坯組織致密，減少中心疏松，嚴(yán)格控制過熱度為3~10 °C，進(jìn)一步降低中心偏析，澆注成370_厚及以上的鑄坯，鑄坯采用扣罩緩冷，使鑄坯具有優(yōu) 良的內(nèi)在質(zhì)量； (2) 控制乳制及控制冷卻：鑄坯加熱溫度1100~1220°C，低于常規(guī)鑄坯加熱溫度40~ 100°C，減少因加熱溫度過高造成奧氏體晶粒過分粗大，加熱時(shí)間為380~500min，充分保證 鑄坯加熱燒透，溫度更加均勻； 初乳開乳溫度1050~1100°C，初乳采用三道次，單道次壓下量為30~50mm，高溫大壓下 可進(jìn)一步細(xì)化鋼板心部晶粒和改善鋼板心部質(zhì)量，終乳溫度為980~1000°C，中間坯厚度為 220~250mm;精乳開乳溫度為830~860°C，乳制成150~180mm厚鋼板；控乳總壓縮比為2~ 2.5； 乳后控制冷卻速度為8~25 °C/s，返紅溫度為580~680 °C，堆垛緩冷至室溫。
[0018] 本發(fā)明在常規(guī)C-Mn成分體系基礎(chǔ)上，嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素 P、S含量，通過添加微量 Nb、Ni元素和控乳控冷工藝進(jìn)一步強(qiáng)化特厚鋼板的鐵素體，細(xì)化珠光體，從而提高鋼的強(qiáng)度 和改善其低溫韌性，低的碳當(dāng)量有利于改善其焊接性;通過采用先進(jìn)的純凈鋼冶煉技術(shù)和 鋼包爐+真空雙精煉模式進(jìn)一步降低鋼水中的夾雜物、氣體含量，再通過優(yōu)化370mm厚鑄坯 連鑄工藝，采用低拉速，提高鑄坯組織致密性，減少中心疏松，嚴(yán)格控制鋼水過熱度，減少鑄 坯中心偏析等缺陷，保證了 370mm厚鑄坯具有優(yōu)良的內(nèi)在質(zhì)量，再采用低溫長時(shí)間加熱制 度、高溫大壓下的控制乳制技術(shù)，保證該鋼在低圧縮比（2~2.5)條件下仍具有優(yōu)良的內(nèi)在 質(zhì)量和優(yōu)異的機(jī)械性能。
[0019] 本發(fā)明150~180mm厚特厚低合金鋼性能滿足屈服強(qiáng)度多400MPa，抗拉強(qiáng)度彡500 ~620MPa，延伸率彡24%，抗層狀撕裂性能Zz彡35%，板厚1/2處-35°C縱向沖擊功KV2多47J。 特厚鋼板的表層組織為貝氏體+鐵素體，板厚1/4和板厚1/2處組織為鐵素體+珠光體組織。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： 1、與傳統(tǒng)特厚鋼板的生產(chǎn)方式相比，在設(shè)置嚴(yán)格且合理的冶煉、連鑄、加熱、乳制、控 冷等工藝條件下，本發(fā)明特厚鋼板的壓縮比從3以上降低到2~2.5,370mm厚鑄坯乳制特厚 板的厚度范圍從< 120mm擴(kuò)展到< 180mm，尤其適于生產(chǎn)160-180mm厚的鋼板，鋼板綜合性能 優(yōu)良。
[0021] 2、與采用鋼錠、電渣重熔、復(fù)合坯等方式生產(chǎn)150~180_厚的特厚鋼板相比，本發(fā) 明特厚鋼板生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)周期明顯縮短，大大提高中厚板產(chǎn)品競爭力。
[0022] 3、本發(fā)明采用C-Mn系的低成本成分設(shè)計(jì)，輔以微量Nb、Ni元素，再通過先進(jìn)的純凈 鋼冶煉技術(shù)、鋼包爐+精煉的雙精煉模式、控制乳制和控制冷卻工藝，開發(fā)出150~180mm厚 低壓縮比特厚低合金鋼，具有較強(qiáng)的可操作性和適用性。
[0023] 4、本發(fā)明150~180mm厚低壓縮比特厚低合金鋼碳當(dāng)量CeqSO. 39%，性能滿足屈服 強(qiáng)度彡400MPa，抗拉強(qiáng)度500~620MPa，延伸率彡24%，Zz彡35%，板厚1/2處-35°C縱向沖擊功 KV2多47J，具有高強(qiáng)度、優(yōu)異的低溫韌性、優(yōu)良的可焊性等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍更廣泛。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例180mm厚鋼板表層的組織不意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例180mm厚鋼板板厚1/4處的組織不意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例180mm厚鋼板板厚1/2處的組織不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0026] 實(shí)施例1-3分別為低圧縮比特厚低合金鋼板，其主要生產(chǎn)工序?yàn)?50噸氧氣轉(zhuǎn)爐冶 煉-鋼包爐精煉-真空脫氣處理-370mm厚板坯連鑄-鑄坯罩冷-鑄坯加熱-控制乳制- 控制冷卻-堆垛緩冷-探傷-性能檢驗(yàn)。
[0027] 實(shí)施例1-3和對比例的熔煉化學(xué)成分見表1: 表1熔煉化學(xué)成分(wt%)
表1實(shí)施例1-3均滿足本發(fā)明申請的化學(xué)成分要求，嚴(yán)格按照本發(fā)明工藝生產(chǎn)370mm厚 鑄坯，對比例按電爐工藝生產(chǎn)成大頭直徑850mm的鋼錠，碳當(dāng)量高，添加了較大含量的貴重 合金元素 Ni。
[0028] 將370mm厚連鑄坯加熱到1150~1220°C，加熱時(shí)間為380~500min;初乳開乳溫度3 ~10°C，初乳前三道次單道次壓下量為35~50mm，初乳終乳溫度為980~1000°C;中間坯厚 度為220~250mm;精乳開乳溫度為830~860 °C，乳制成150~180mm厚鋼板;乳后控制冷卻速 度為13~22°C/s，返紅溫度為580~630°C，堆垛緩冷至室溫，室溫下對該鋼板超聲探傷檢 測，合格級別在GB/T 2970的III級以上。對比例需先將鋼錠開坯乳制成中間坯，中間坯清理 后再乳制成180mm厚鋼板，室溫下該鋼板經(jīng)超聲探傷合格，合格級別在GB/T 2970的III級以 上。
[0029] 實(shí)施例1-3和對比例的乳制工藝參數(shù)見表2。
[0030] 表2主要乳制工藝參數(shù)對比
實(shí)施例卜3直接采用連鑄坯乳制成150-180mm厚鋼板，工藝簡單，操作性較強(qiáng)，成本較 低，而對比例乳制后不進(jìn)行控制冷卻，但需先開坯，再乳制成材，工藝路線復(fù)雜，成本較高。
[0031] 本發(fā)明鋼板的機(jī)械性能見表3。
[0032]表3鋼板機(jī)械性能對比
由表3可知，本發(fā)明150~180mm特厚低合金鋼板具有良好的綜合性能，其屈服強(qiáng)度多 400MPa，抗拉強(qiáng)度500~620MPa，延伸率A彡24%，Zz彡35%，板厚1/2處-35 °CKV2彡47 J，而對比 例板厚1/2處在0 °C下具有較好的沖擊韌性，但在-35 °C下韌性較低。
[0033]圖1-3分別顯示了實(shí)施例1中180mm厚鋼板表層、板厚1/4、板厚1/2處的組織，板厚 1/4處組織為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒為8-10級，晶粒更細(xì)小，不僅保證了本發(fā)明鋼具有 足夠的強(qiáng)度，同時(shí)也使其具有優(yōu)異的低溫韌性。
[0034] 本發(fā)明150~180mm厚特厚低合金鋼板具有優(yōu)異的強(qiáng)韌性匹配，可廣泛應(yīng)用于低溫 環(huán)境下建筑、橋梁、大型鋼結(jié)構(gòu)、容器、海洋工程結(jié)構(gòu)等。
[0035] 除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還包括有其他實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效替換 方式形成的技術(shù)方案，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低壓縮比特厚低合金鋼板，其特征在于:該鋼板的厚度為150~180mm，化學(xué)成分 按質(zhì)量百分比計(jì)為c:0.10~0· 17%、Si:0.15~0·45%、Μη:1 · 18~1.40%K0.010%、S< 0.003%、Ni : 0.10~0.20%、Nb: 0.010~0.040%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，同時(shí)相應(yīng)元素 含量滿足 Ceq=[C] + [Mn]/6+([Cr] + [Mo] + [V])/5+([Cu] + [Ni])/15彡0.39%，1.35%<[C] + [Μη]彡1.50%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓縮比特厚低合金鋼板，其特征在于:該鋼板的機(jī)械性能滿 足屈服強(qiáng)度彡400MPa，抗拉強(qiáng)度500~620MPa，延伸率彡24%，抗層狀撕裂性能Zz彡35%，板厚 1 /2處-35 °C縱向沖擊功KV2多47 J;特厚鋼板的表層組織為貝氏體+鐵素體，板厚1 /4和板厚 1/2處組織為鐵素體+珠光體組織。3. -種制造權(quán)利要求1或2所述低壓縮比特厚低合金鋼板的方法，其特征在于：工藝流 程:氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉-鋼包爐精煉-真空脫氣處理-370mm厚及以上板坯連鑄-鑄坯罩冷- 鑄坯加熱-控制乳制-控制冷卻-堆垛緩冷-探傷-性能檢驗(yàn)； 主要工序具體如下： (1) 煉鋼及連鑄:鐵水進(jìn)入氧氣轉(zhuǎn)爐前保證[S] <0.003%，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度控制在1600~ 1660°C，出鋼后扒渣除磷;鋼包爐精煉時(shí)間大于30分鐘，添加合金成分，采用鋁線脫氧，保證 [0]<20ppm，進(jìn)一步深脫S;真空脫氣處理時(shí)大于12分鐘，結(jié)束后喂鈣線處理，軟吹5分鐘以 上;連鑄時(shí)采用低拉速，嚴(yán)格控制過熱度為3~10°C，澆注成370mm厚及以上的鑄坯，鑄坯采 用扣罩緩冷； (2) 控制乳制及控制冷卻:鑄坯加熱溫度1100~1220 °C，加熱時(shí)間為380~500min;初乳 開乳溫度1050~1100 °C，初乳采用三道次，單道次壓下量為30~50mm，高溫大壓下可進(jìn)一步 細(xì)化鋼板心部晶粒和改善鋼板心部質(zhì)量，終乳溫度為980~1000°C，中間坯厚度為220~ 250mm;精乳開乳溫度為830~860 °C，乳制成150~180mm厚鋼板;控乳總壓縮比為2~2.5;乳 后控制冷卻速度為8~25 °C/s，返紅溫度為580~680 °C，堆垛緩冷至室溫。
【文檔編號】C21D8/02GK105908086SQ201610497260
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】丁慶豐, 高助忠, 胡建國, 李經(jīng)濤, 楊宏偉, 葛亮, 李科, 袁伽利, 黃軍, 高俊
【申請人】江陰興澄特種鋼鐵有限公司