CN101906591A - 一种超高强船板钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高强船板钢及其生产方法，板坯成分为：C 0.02-0.09％，Si 0.1-0.4％，Mn 0.5-1.6％，Alt 0.01-0.04％，Nb 0.02-0.05％，Ti 0.008-0.02％，Cr 0.3-0.7％，Mo 0.2-0.5％，Ni 0.5-1％，Cu 0.2-1％，P＜0.013％，S＜0.005％，O＜0.0012％，N＜0.0045％，H＜0.00015％，其余为Fe和不可避免杂质。生产方法为：220-300mm厚板坯轧前加热温度为1250℃；粗轧开轧温度为≥1100℃；精轧开轧温度≤910℃，精轧终轧温度870-890℃；轧制钢板厚度10-60mm。精轧后快速进入ACC控冷，冷速8-12℃/s；返红温度：650-680℃。回火温度500-680℃，时间90-180min。本发明产品具备良好的综合力学性能。

Description

一种超高强船板钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种低合金高强度钢，具体地说是一种超高强船板钢及其生产方法。

背景技术

船舶向大型化、高速化方向发展的趋势，使得造船用钢必须具备高强度、高韧性、厚规格、耐海水腐蚀性、易可焊接和良好成型性能等特点。生产出满足(特)厚规格，同时又能保证强度、塑性的指标、良好的低温韧性及焊接性的造船用钢，将为造船行业的飞速发展提供有力的技术保障和动力支持。

目前，在船板钢的生产中广泛应用了控轧控冷技术。通过合理设计合金元素含量和控轧控冷参数，如终轧温度、终冷温度和冷却速率等实现相变强化、细晶强化和亚晶强化等强化机制，补偿由于降碳带来的固溶强化损失，来提高强度和韧性。控轧控冷技术的应用使船板钢生产成本大大降低，但对于比较厚的船板，采用控轧控冷工艺得到的产品组织通常不均匀，影响材料的使用。

轧制后的热处理制度对低碳贝氏体钢的显微组织及析出行为具有显著影响，而组织类型、各种组织所占比例、组织细化程度和第二相粒子的析出行为等共同决定了低碳贝氏体钢的最终力学性能，因而热处理制度是进一步提高该类钢综合力学性能的关键因素之一，目前，对于屈服强度大于500MPa的高强度级别船板钢，国外的一些船级社规范中也明确要求采用QT状态交货。采用合理的热处理制度对于充分发挥低碳贝氏体钢的潜力具有十分重要的意义。采用控轧控冷技术+后续热处理工序(TMCP+QT)可使钢铁材料获得最佳的综合性能，是生产高强度(特)厚船板一个有效途径。

发明内容

为了克服采用控制控冷技术生产(特)厚规格超高强船板钢存在的强韧性能不足问题，本发明的目的是提供一种超高强船板钢及其生产方法，本发明生产出的产品不但强韧性能好，而且具备良好的综合性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种超高强船板钢，其特征在于：该超高强船板钢中化学成分质量百分比为：C 0.02-0.09％，Si 0.1-0.4％，Mn 0.5-1.6％，Al 0.01-0.04％，Nb 0.02-0.05％，Ti 0.008-0.02％，Cr 0.3-0.7％，Mo 0.2-0.5％，Ni 0.5-1％，Cu 0.2-1％，P＜0.013％，S＜0.005％，O＜0.0012％，N＜0.0045％，H＜0.00015％，其余为Fe和不可避免杂质。钢中夹杂元素的含量上限控制在S＜0.002％为宜。

本发明钢种的主要组织为粒状贝氏体。在粒状贝氏体形成过程中，从过冷奥氏体析出的铁素体最初是板条状且具有较高的位错密度，组织中除去铁素体组织外，还存在着大量细小M-A岛。由于M-A岛是硬质相，当这些M-A岛是以细小弥散的方式析出时它们能够与位错发生交互作用，阻碍位错的运动，即通过弥散强化的方式提高钢的强度。因此，本发明钢种是通过细晶强化、位错强化、弥散强化3种方式共同提高钢的强度。当低碳粒状贝氏体组织中M-A岛分布在铁素体板条内部，细小的铁素体板条具有更小的有效晶粒尺寸，能有效地阻止裂纹的扩展。这些弥散分布的M-A岛细小并且近似呈球状，与具有片状、尖角形状的第二相相比，球状第二相更能够减小应力集中，可以避免断裂时成为裂纹的萌生源和裂纹的低能量扩散通道。另外，当M-A岛在基体中是以不连续的方式分布，岛与岛之间具有一定的距离时，由于中间是具有良好韧性的板条铁素体，裂纹更不易扩展，所以不连续分布的M-A岛避免了裂纹连续扩展通道的形成。因此，M-A岛的存在，在增加钢强度的同时可以保证一定的韧性和塑性。

成分设计时从三个方面进行考虑：(1)为保证良好焊接性能，采用低的碳含量；(2)通过加入合金元素Cu、Cr、Mo来保证强度；(3)加入合金元素Ni来保证钢的低温性能。

基于以上组织设计，在成分的选择上，本发明采用Mo-Cu-Nb-B复合作用，可在少量添加其他合金元素条件下实现高强度、高韧性、可焊性和耐海水腐蚀性。

Mo、Nb、Cu与B的联合作用如下：Mo与B联合作用显著推迟铁素体转变；Nb与B相互促进，复合加入时降低贝氏体的转变温度，进一步细化组织，提高基体中位错密度；Cu与B联合会进一步抑制贝氏体转变前的先共析铁素体生成；Cu可使Nb的碳化物高温应变诱导析出加速，再结晶停止温度升高，有利于进行非再结晶区控轧及进一步细化相转变产物。

一种超高强船板钢的生产方法，其特征在于该生产方法包括铁水脱硫、转炉顶底吹炼、真空处理、连铸，控轧控冷，回火处理，具体工艺步骤为：

(1)将满足化学成分要求的钢水浇铸成220-300mm厚板坯；轧前进行装炉加热，加热段和均热段温度为1220-1260℃，加热速度8-10min/cm，加热时间200-400min；

(2)粗轧工序中，开轧温度≥1100℃，粗轧终轧温度≥1000℃；中间坯待温厚度为96-150mm；精轧开轧温度≤910℃，精轧终轧温度870-890℃；

(3)精轧后快速进入ACC控冷，冷速8-12℃/s；

(4)返红温度：650-680℃；回火温度：500-680℃，时间90-180min，得到超高强船板钢。

本发明采用控轧控冷技术+后续热处理工序来生产超高强船板钢，得到的超高强船板钢具备良好的综合性能，因碳当量低，可以焊接。力学性能R_eH＞550MPa，R_m＞670MPa，横向伸长率A＞20％，-60℃夏比冲击吸收功横向值＞200J，Z向拉伸断面收缩率＞35％，冷弯性能良好。

附图说明

图1是本发明所述超高强船板钢的表层金相组织图。

图2是本发明所述超高强船板钢的心部金相组织图。

具体实施方式

实施例

一种F550超高强船板钢，按重量百分比计成分为：C 0.067，Si 0.16，Mn 1.51，P 0.01，S 0.002，Al 0.01，Nb 0.026，Ti 0.012，Cr 0.3，Mo 0.3，Ni 0.7，Cu 0.7，其余为Fe和不可避免杂质。

一种上述F550超高强船板钢的生产方法，冶炼工艺方面，采用转炉炼钢，顶底复合吹炼深脱碳，采用RH真空处理进一步脱碳，并进行合金化。

按以上成分冶炼并浇铸成220mm厚板坯；将板坯送入加热炉，加热温度1250±10℃，加热时间300min；出炉温度≥1180℃，粗轧开轧温度为1160℃，粗轧终轧温度≥1000℃；中间坯待温厚度96mm；精轧开轧温度910℃，精轧终轧温度890℃；精轧后快速进入ACC控冷，冷速8-12℃/s；返红温度680℃，产品厚度60mm。将此厚板送入加热炉进行回火，回火温度550℃，回火时间100min，得到F550超高强船板钢。

图1是本发明所述超高强船板钢的表层金相组织图，图2是本发明所述超高强船板钢的心部金相组织图。由图可知钢板表面和心部金相组织为粒状贝氏体组织。超高强船板钢的强韧性能好，综合性能优良，R_eH＝610MPa，R_m＝705MPa，横向伸长率A＝20.5％，-60℃夏比冲击吸收功横向值达200J以上，Z向拉伸断面收缩率均在35％以上，冷弯性能良好。

Claims (3)

1.一种超高强船板钢，其特征在于：该超高强船板钢中化学成分质量百分比为：C 0.02-0.09％，Si 0.1-0.4％，Mn 0.5-1.6％，Al 0.01-0.04％，Nb 0.02-0.05％，Ti 0.008-0.02％，Cr 0.3-0.7％，Mo 0.2-0.5％，Ni 0.5-1％，Cu 0.2-1％，P＜0.013％，S＜0.005％，O＜0.0012％，N＜0.0045％，H＜0.00015％，其余为Fe和不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的超高强船板钢，其特征在于：钢中含量为S＜0.002％。

3.一种权利要求1所述的超高强船板钢的生产方法，其特征在于该生产方法包括铁水脱硫、转炉顶底吹炼、真空处理、连铸，控轧控冷，回火处理，具体工艺步骤为：

(1)将满足化学成分要求的钢水浇铸成220-300mm厚板坯；轧前进行装炉加热，加热段和均热段温度为1220-1260℃，加热速度8-10min/cm，加热时间200-400min；

(2)粗轧工序中，开轧温度≥1100℃，粗轧终轧温度≥1000℃；中间坯待温厚度为96-150mm；精轧开轧温度≤910℃，精轧终轧温度870-890℃；

(3)精轧后快速进入ACC控冷，冷速8-12℃/s；

(4)返红温度：650-680℃；回火温度：500-680℃，时间90-180min，得到超高强船板钢。

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