CN101177760A - 一种高强度船用钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度船用钢板及其生产方法，高强度船用钢板的主要化学成分质量百分比为：碳＝0.05％～0.10％，硅＝0.30～0.50％，锰＝1.20％～1.60％，磷≤0.02％，硫≤0.010％，铌＝0.02％～0.05％，钛＝0.008～0.02％，铝＝0.02％～0.06％，镍＝0.0～0.40％，铬＝0～0.70％，钼＝0～0.60％，铜＝0～0.70％，钒＝0.0～0.05％，氮≤0.008％。生产工艺流程为：原料准备(1)、转炉冶炼(2)、LF精炼(3)、VD真空脱气(4)、连铸(5)、加热炉加热(6)、粗轧(7)、精轧(8)、AGC控冷(9)和成品入库(10)。

Description

一种高强度船用钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种特殊钢材及其冶炼方法，特别是涉及一种在低温条件下仍然具有良好机械性能的高强度船用钢板及其生产方法。

背景技术

随着造船技术的发展，船舶向着大型化、轻型化、高速化方向发展，以及海洋油气田的开发，一般强度船用钢板已经不能满足船体的需要，而高强度船用钢板具有高强度、高韧性的特点，完全适应了现代船舶向大型化、轻型化、高速化发展的质量要求，因此高强度船用钢板的比列不断提升，据预测，将由目前的10％提高到30％左右，因此开发系列高强度船用钢板具有广阔的市场前景。

为保证船舶的安全性和可靠性，各国船级社对不同规格、牌号的高强度船用钢板的化学成分、机械性能和交货状态作了严格的规定。如F40船板在要求屈服强度不小于400MPa的基础上，还要求其-60℃纵向V型冲击功不低于41J，-20℃横向V型冲击功不低于27J，同时要求各牌号的钢板具有良好的焊接性能和耐海水腐蚀性能。

目前国内生产的高强度船用钢板品种主要以质量级别要求相对较低的A32、A36、D32、D36为主，其屈服强度最高为355Mpa，抗拉强度490Mpa，低温冲击韧性只能保到-20℃，生产工艺大多采用电炉冶炼，且需正火热处理后才能交货，大大增加了高强度船用钢板的生产成本，同时也延缓了交货期，严重制约了高强度船用钢板大规模生产满足市场需求。而对于同时要求高强度和高韧性的F40品种，国内一直没有摸索出成熟工艺，更不能实现批量生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种屈服强度在400Mpa以上，抗拉强度530Mpa以上，低温-60℃冲击韧性≥120J，可满足50～200kJ/cm大线能量焊接的要求的高强度船用钢板及其生产方法。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

高强度船用钢板：包括合金元素、铁余量和不可避免的杂质，合金元素的化学成分重量百分比为：碳＝0.05％～0.10％，硅＝0.30～0.50％，锰＝1.20％～1.60％，磷≤0.02％，硫≤0.010％，铌＝0.02％～0.05％，钛＝0.008～0.02％，铝＝0.02％～0.06％，镍＝0.0～0.40％，铬＝0～0.70％，钼＝0～0.60％，铜＝0～0.70％，钒＝0.0～0.05％，氮≤0.008％。

高强度船用钢板生产方法：包括原料准备和成品入库，在原料准备和成品入库之间的工艺流程为：转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气、连铸、加热炉加热、粗轧、精轧和ACC控冷。

所述LF精炼的工艺方法：精炼温度＝1500～1650℃，精炼时间≥35分钟，化学成分微调，全程吹氩搅拌，造渣脱氧，精炼渣碱度CaO/SiO2≤5.0。所述VD真空脱气的工艺方法：在0.5tor的工作真空度条件下，保持真空时间15～25分钟，对钢水进行脱氮、氢、氧处理，出站钢水中氮含量≤45PPm，氢含量≤2.5PPm，氧含量≤30PPm。所述加热炉加热的工艺方法：加热温度在1170℃～1250℃之间，220mm厚度板坯要求加热时间≥3小时30分钟，均热时间≥30分钟，260mm厚度板坯要求加热时间≥4小时，均热时间≥40分钟。所述ACC控冷的工艺方法：冷却速度＝5～15℃/S，终冷温度＝600～680℃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：在低温条件下仍然具有优良的机械性能，焊接性能好，成品钢板不需热处理就可以直接使用。适合用于制造新型船舶和海洋石油平台。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图中：1-原料准备，2-转炉冶炼，3-LF精炼，4-VD真空脱气，5-连铸，6-加热炉加热，7-粗轧，8-精轧，9-ACC控冷，10-成品入库。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

本发明包括合金元素、铁余量和不可避免的杂质，合金元素的化学成分重量百分比为：碳＝0.05％～0.10％，硅＝0.30～0.50％，锰＝1.20％～1.60％，磷≤0.02％，硫≤0.010％，铌＝0.02％～0.05％，钛＝0.008～0.02％，铝＝0.02％～0.06％，镍＝0.0～0.40％，铬＝0～0.70％，钼＝0～0.60％，铜＝0～0.70％，钒＝0.0～0.05％，氮≤0.008％。

参照附图：

本发明的工艺流程为：原料准备1、转炉冶炼2、LF精炼3、VD真空脱气4、连铸5、加热炉加热6、粗轧7、精轧8、ACC控冷9和成品入库10。

所述原料准备1的工艺方法：常规操作。

所述转炉冶炼2的工艺方法：转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为85％～95％∶5％～15％；然后加入铁合金硅铁：Si≥72.0％，Mn≤0.5％，S≤0.02％，P≤0.04％，C≤0.2％，Cr≤0.5％，铁余量；锰铁：Si≤1.5％，Mn≥78.0％，S≤0.03％，P≤0.20％，C≤1.5％，铁余量；钛铁：25.0％≤Ti≤35.0％，Al≤8.0％，Si≤4.50％，Mn≤2.50％，P≤0.05％，S≤0.03％，C≤0.10％，Cu≤0.40％，铁余量；铌铁：碳≤0.05％，铌60～70％，硅≤2％，铝≤2.5％，铁余量；钼铁:：55.0％≤Mo≤65.0％，Si≤1.5％，S≤0.10％，P≤0.05％，C≤0.10％，Cu≤0.50％，Sb≤0.05％，Sn≤0.06％，铁余量；铬铁：Cr≥60.0％，C≤2.0％，Si≤2.5％，P≤0.04％，S≤0.03％，铁余量；镍板：镍99.9％～100％，杂质余量；钒铁：0.0～0.05％；最后加入复合脱氧合金：铝锰铁：Si≤2.0％，30.0％≤Mn≤35.0％，S≤0.05％，P≤0.20％，C≤2.0％，20.0％≤Al≤26.0％，Cu≤0.5％，Fe余量；硅铝钡：Si≥35.00％，Al≥12.00％，Ba≥18.00％，Al+Ba≥30.00％，P≤0.05％，S≤0.10％。

所述LF炉精炼3的工艺方法：精炼温度：1500～1650℃；成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35min，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2≤5.0；对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求。

所述VD炉真空脱气4的工艺方法：在0.5tor的工作真空度条件下，保持真空时间15～25min，对钢水进行脱氮、氢、氧处理，使出站钢水氮含量≤45PPm，氢含量≤2.5PPm，氧含量≤30PPm，大幅度提高钢水纯净度。

所述连铸5的工艺方法：采用全程保护浇注，在1520～1550℃进行连铸。

所述加热炉加热6的工艺方法：加热炉加热温度在1170℃～1250℃之间，220mm厚度板坯要求加热时间≥3小时30分钟，均热时间≥30分钟，260mm厚度板坯要求加热时间≥4小时，均热时间≥40分钟。

所述粗轧7的工艺方法：开轧温度≥1000℃，单道次压下量要求≥7％。

所述精轧8的工艺方法：开轧温度≤900℃，最后三道次的累计压下量≥25％，精轧终轧温度790～850℃。

所述ACC控冷10的工艺方法：冷却速度＝5～15℃/S，终冷温度＝600～680℃。

所述成品入库10的工艺方法：常规操作。

实施例1：

转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为85％～95％比5％～15％；然后加入铁合金硅铁：Si≥72.0％，Mn≤0.5％，S≤0.02％，P≤0.04％，C≤0.2％，Cr≤0.5％，铁余量；锰铁：Si≤1.5％，Mn≥78.0％，S≤0.03％，P≤0.20％，C≤1.5％，铁余量；钛铁：25.0％≤Ti≤35.0％，Al≤8.0％，Si≤4.50％，Mn≤2.50％，P≤0.05％，S≤0.03％，C≤0.10％，Cu≤0.40％，铁余量；铌铁：碳≤0.05％，铌60～70％，硅≤2％，铝≤2.5％，铁余量；钼铁:：55.0％≤Mo≤65.0％，Si≤1.5％，S≤0.10％，P≤0.05％，C≤0.10％，Cu≤0.50％，Sb≤0.05％，Sn≤0.06％，铁余量；镍板：镍99.9％～100％，杂质余量；最后加入比列为Si≤2.0％，30.0％≤Mn≤35.0％，S≤0.05％，P≤0.20％，C≤2.0％，20.0％≤Al≤26.0％，Cu≤0.5％，Fe余量复合脱氧合金铝锰铁进行冶炼。经过LF炉精炼，精炼温度：1500～1650℃；成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35min，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2为3.0；对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求；VD炉真空脱气处理：在0.5tor的真空下，保持真空时间20～25min，使出站钢水氢含量≤1.5PPm；在1520～1550℃进行连铸，铸成260mm×1860mm、220mm×2060mm板坯。加热炉加热温度在1200℃～1230℃之间；粗轧开轧温度≥1000℃，单道次压下量要求≥15％；精轧开轧温度≤880℃，最后三道次的累计压下量≥45％，精轧终轧温度800～820℃，ACC冷却速度5～8℃/S，终冷温度600～630℃。采用上述工艺生产的高强度船体用钢，具有细小的针状铁素体+珠光体组织，晶粒度控制在10～11级，组织晶粒度差异控制在1.5级以内，力学性能均匀，力学性能达到如下指标：屈服强度450Mpa，抗拉强度590Mpa，低温冲击韧性-60℃，Akv 240J的性能，可满足100-200kJ/cm大线能量焊接的良好性能。

实施例2：

转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为85％～95％比5％～15％；然后加入铁合金硅铁：Si≥72.0％，Mn≤0.5％，S≤0.02％，P≤0.04％，C≤0.2％，Cr≤0.5％，铁余量；锰铁：Si≤1.5％，Mn≥78.0％，S≤0.03％，P≤0.20％，C≤1.5％，铁余量；钛铁：25.0％≤Ti≤35.0％，Al≤8.0％，Si≤4.50％，Mn≤2.50％，P≤0.05％，S≤0.03％，C≤0.10％，Cu≤0.40％，铁余量；铌铁：碳≤0.05％，铌60～70％，硅≤2％，铝≤2.5％，铁余量；钼铁：55.0％≤Mo≤65.0％，Si≤1.5％，S≤0.10％，P≤0.05％，C≤0.10％，Cu≤0.50％，Sb≤0.05％，Sn≤0.06％，铁余量；铬铁：Cr≥60.0％，C≤2.0％，Si≤2.5％，P≤0.04％，S≤0.03％，铁余量；最后加入比列为Si≥35.00％，Al≥12.00％，Ba≥18.00％，Al+Ba≥30.00％，P≤0.05％，S≤0.10％的复合脱氧合金硅铝钡进行冶炼，经过LF炉精炼，精炼温度：1500～1650℃；成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35min，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2为4.0；对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求；VD炉真空脱气处理：在0.5tor的真空下，保持真空时间15～22min，使出站钢水氢含量≤2.0PPm；在1520～1550℃进行连铸。铸成260mm×1860mm、220mm×2060mm板坯。加热炉加热温度在1170℃～1200℃之间；粗轧开轧温度≥1000℃，单道次压下量要求≥11％；精轧开轧温度≤1000℃，最后三道次的累计压下量≥35％，精轧终轧温度820～840℃，ACC冷却速度8～10℃/S，终冷温度630～650℃。

采用上述工艺生产的高强度船用钢板，具有细小的针状铁素体和珠光体组织，晶粒度控制在9～10级，组织晶粒度差异控制在1.5级以内，力学性能均匀，力学性能达到如下指标：屈服强度455Mpa，抗拉强度600Mpa，低温冲击韧性-60℃，Akv 165J的性能，可满足50～150kJ/cm大线能量焊接的良好性能。

Claims (6)

1.一种高强度船用钢板，包括合金元素、铁余量和不可避免的杂质，其特征在于：合金元素的化学成分质量百分比为：碳＝0.05％～0.10％，硅＝0.30～0.50％，锰＝1.20％～1.60％，磷≤0.02％，硫≤0.010％，铌＝0.02％～0.05％，钛＝0.008～0.02％，铝＝0.02％～0.06％，镍＝0.0～0.40％，铬＝0～0.70％，钼＝0～0.60％，铜＝0～0.70％，钒＝0.0～0.05％，氮≤0.008％。

2.一种高强度船用钢板生产方法，包括原料准备(1)和成品入库(10)，其特征在于：在原料准备(1)和成品入库(10)之间的工艺流程为：转炉冶炼(2)、LF精炼(3)、VD真空脱气(4)、连铸(5)、加热炉加热(6)、粗轧(7)、精轧(8)和ACC控冷(9)。

3.根据权利要求2所述的高强度船用钢板生产方法，其特征在于所述LF精炼(3)的工艺方法：精炼温度＝1500～1650℃，精炼时间≥35分钟，化学成分微调，全程吹氩搅拌，造渣脱氧，精炼渣碱度CaO/SiO2≤5.0。

4.根据权利要求3所述的高强度船用钢板生产方法，其特征在于所述VD真空脱气(4)的工艺方法：在0.5tor的工作真空度条件下，保持真空时间15～25分钟，对钢水进行脱氮、氢、氧处理，出站钢水中氮含量≤45PPm，氢含量≤2.5PPm，氧含量≤30PPm。

5.根据权利要求4所述的高强度船用钢板生产方法，其特征在于所述加热炉加热(6)的工艺方法：加热温度在1170℃～1250℃之间，220mm厚度板坯要求加热时间≥3小时30分钟，均热时间≥30分钟，260mm厚度板坯要求加热时间≥4小时，均热时间≥40分钟。

6.根据权利要求5所述的高强度船用钢板生产方法，其特征在于所述ACC控冷(9)的工艺方法：冷却速度＝5～15℃/S，终冷温度＝600～680℃。

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