CN101984119B - Nv-f690超高强度船板钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种NV-F690超高强度船板钢及其制备方法。该船板钢以Fe为基体，并包含如下组分(wt％)：C 0.03～0.05％、Si 0.10～0.35％、Mn 0.50～1.60％、Nb 0.02～0.05％、Ti 0.009～0.02％、Cu 1.00～1.70％、Cr≤0.70％、Ni 0.8～2.0％、Al 0.01～0.04％、Mo 0.1～0.6％、P≤0.020％、S≤0.010％以及杂质。该方法为：将与上述船板钢组分相同的连铸坯依次进行加热、保温、热轧、冷却以及热处理形成成品船板钢。本发明的船板钢屈服强度大于690MPa，具有良好的低温冲击韧性，适于在船舶及海洋石油平台制造领域中应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种船板钢及其制备方法，具体涉及具有优良低温韧性和屈服强度级别为690MPa的NV-F690超高强度船板钢及其制备方法。
背景技术
随着船舶的大型化以及深海油气田的开发，导致轻量型高承载能力构建需求的增加，这为高强度船体结构钢的应用提供了广阔的应用前景。目前，力学性能满足挪威船级社(DNV)NV-F690规范(室温屈服强度Rp0.2≥690MPa、抗拉强度Rm≥770MPa、延伸率A5≥14％，-60℃夏氏冲击功vE-60≥46J，如表1所示)的高等级大厚度(20-50mm)钢板的商业化制造工艺在中国还未见报道。
如，公开号为CN101353759A的发明专利所提出一种屈服强度550MPa级低裂纹敏感性钢板，其强度级别达到了550MPa级，但其冲击韧性指标仅为-20℃下的测量值。
公开号为CN101255528A的发明专利提出一种超低温韧性优异的含铌钢板，虽然其具有优良的低温韧性，但强度级别较低，屈服强度为480MPa，抗拉强度为580MPa。
公开号为CN101481779A的发明专利提出一种高塑性高韧性超高强度钢，虽然其屈服强度可达到1000MPa。其应用范围为工程机械等。
公开号为CN101538681A(申请号200910083635.1)的发明专利提出一种屈服强度为700MPa的高强钢板制造方法，钢板脆转变温度为-60℃，虽然满足NV-F690钢的性能要求，但其最大厚度限于9mm。
公开号为CN101418418A(申请号200710094178.7)的发明专利提出一种屈服强度为690MPa的低裂纹敏感性钢板的制造方法，最大厚度达到60mm，但只保证-20℃冲击功，不能满足NV-F690级钢板要求的-60℃夏氏冲击功标准。
发明内容
本发明的目的在于提出一种NV-F690超高强度船板钢及其制备方法，该船板钢目标屈服强度不低于690MPa，抗拉强度770～940MPa，-60℃V型冲击功不低于46J，具有优良的综合力学性能，且制造工艺简单，从而克服了现有技术中的不足。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种NV-F690超高强度船板钢，其特征在于，所述船板刚以Fe为基础元素，且还包含如下化学成分(重量百分比)为：C 0.03～0.05％，Si 0.10～0.35％，Mn0.50～1.60％，Nb 0.02～0.05％，Ti 0.009～0.02％，Cu 1.00～1.70％，Cr≤0.70％，Ni 0.8～2.0％，Al 0.01～0.04％，Mo 0.1～0.6％，P≤0.020％，S≤0.010％以及杂质。
进一步的讲，所述船板钢厚度为20～50mm，所得屈服强度≥690MPa，抗拉强度770～940MPa，-60℃夏氏冲击功≥46J。
如前所述NV-F690超高强度船板钢的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将具有与所述船板钢相同组分的连铸板坯加热至1150～1250℃，并进行保温处理，使钢中的合金元素充分固溶，发挥其强韧化作用，保证最终成品成份及性能的均匀性。
(2)坯料依次进行再结晶区轧制(粗轧)和未再结晶区轧制(精轧)。再结晶区轧制开轧温度为1050～1120℃，未再结晶区开轧温度为850～950℃，未再结晶区压缩比在50％以上。
(3)对轧后的钢板进行层流冷却，冷却速率控制在10～20℃/s，终冷温度控制在350～450℃，后空冷至室温。
(4)将冷至室温的钢板可选择如下四种工艺中的一种处理工艺，获得成品船板钢，其力学性能可满足挪威船级社(DNV)中所规定的F690级认证标准。四种工艺分别为：方法①体心立方相单相区直接回火处理(T)，即TMCP+T工艺；方法②奥氏体-铁素体两相区淬火(L)+处理，即TMCP+L+T工艺；方法③奥氏体区淬火(Q)+T处理，即Q+T工艺；方法④Q+L+T工艺。
所述步骤(4)中TMCP+T工艺具体过程为：将空冷至室温的热轧钢板加热到590～690℃等温回火，保温时间为50～70min，空冷至室温。
所述步骤(4)中TMCP+L+T工艺具体过程为：将空冷至室温的热轧钢板加热 至740～790℃后保温，保温时间50～70min，然后水淬冷却至室温；再经过540～560℃等温回火，保温时间50～70min，空冷至室温。
所述步骤(4)中Q+T工艺具体过程为：将空冷至室温的热轧钢板加热至890～910℃后保温，保温时间30～60min，然后水淬冷却至室温；再经过640～660℃等温回火，保温时间50～70min，空冷至室温。
所述步骤(4)中Q+L+T工艺具体过程为：将空冷至室温的热轧钢板加热至890～910℃后保温，保温时间30～60min，然后水淬冷却至室温；再将钢板加热至740～790℃后保温，保温时间50～70min，然后水淬冷却至室温，然后在540～560℃等温回火，保温时间50～70min，空冷至室温。
本发明针对目前造船业对NV-F690级超高强度船板钢的需求，采用优化后的化学成分配比，并采取控制轧制与控制冷却工艺(TMCP)和各种后续热处理方法，制造出具有超高强度和低温韧性的船板钢，该船板钢最大厚度可达50mm。通过不同的热处理方法，力学性能均可满足挪威船级社(DNV)中F690级船板钢认证指标。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的NV-F690超高强度船板钢具有高强度和良好的低温韧性匹配，且可以采用多种工艺路线生产，充分挖掘了材料的潜力。
(2)本发明的NV-F690超高强度船板钢制备方法引入轧后直接热处理技术，省去了中间再加热工序，达到简化生产工艺，提高生产效率，改善材料力学性能的目的，在大批量工业化生产时具有明显的成本优势。
附图说明
图1是实施例1中经TMCP+T，T＝600℃×1h条件处理制得的NV-F690超高强度船板钢沿横断面的金相组织照片；
图2是实施例2中经Q+T，T＝650℃×1h处理制得的NV-F690超高强度船板钢沿横断面的金相组织照片；
图3是实施例2中经Q+L+T，L＝750℃×1h，T＝550℃×1h处理制得的NV-F690超高强度船板钢沿横断面的金相组织照片；
图4是实施例2中经Q+L+T，L＝780℃×1h，T＝550℃×1h处理制得的NV-F690超高强度船板钢沿横断面的金相组织照片；
图5是实施例3中经TMCP+T，T＝600℃×1h处理制得的NV-F690超高强度 船板钢沿横断面的金相组织照片；
图6是实施例3中经TMCP+T，T＝650℃×1h处理制得的NV-F690超高强度船板钢沿横断面的金相组织照片；
图7是实施例3中经TMCP+T，T＝680℃×1h处理制得的NV-F690超高强度船板钢沿横断面的金相组织照片；
图8是实施例3中经TMCP+L+T，L＝785℃×1h，T＝550℃×1h处理制得的NV-F690超高强度船板钢沿横断面的金相组织照片。
具体实施方式
以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
本实施例涉及的NV-F690超高强度船板钢厚度为20mm，其包含的组分及其重量百分比为：C 0.04％、Si 0.27％、Mn 0.60％、P 0.006％、S 0.005％、Nb 0.02％、Ti 0.015％、Cu 1.10％、Ni 0.86％、Cr 0.65％、Mo 0.26％、Al 0.024％以及余量的Fe及不可避免的杂质元素。
本实施例涉及的NV-F690超高强度船板钢制备工艺如下：
根据上述船板钢化学成分配制冶炼原料，经150kg真空感应炉冶炼并浇注成铸锭，锻压成规格为115mm×115mm×240mm坯料；
将钢坯加热到1180℃，保温2h；
钢坯第一阶段粗轧的开轧温度为1120℃，总压缩比为36％，第二阶段精轧的开轧温度为850℃，总压缩比为73％，轧后钢板厚度为20mm；
热轧钢板进入层流冷却进行水冷，冷却速率约15℃/s，终冷温度约为400℃；
热轧钢板直接经过回火处理(方法一)，回火温度为600℃，保温时间为60min，然后空冷至室温，制得成品船板钢。
经力学性能检测，该成品船板钢具有高强度、高塑性和良好的低温韧性，综合性能优异，实现了强度和韧性的良好匹配，达到了DNV中F690级钢板所要求的认证指标。所得力学性能如表2，金相组织如图1。
实施例2
本实施例涉及的NV-F690超高强度船板钢厚度为32mm，其包含的组分及其重量百分比为：C 0.04％、Si 0.24％、Mn 0.84％、P 0.007％、S 0.004％、Nb 0.04％、Ti 0.009％、Cu 1.15％、Ni 1.94％、Cr 0.50％、Mo 0.51％、Al 0.03％以及余量的Fe及不可避免的杂质元素。
本实施例涉及的NV-F690超高强度船板钢制备工艺如下：
根据上述船板钢化学成分配制冶炼原料，经150kg真空感应炉冶炼并浇注成铸锭，锻压成规格为140mm×140mm×210mm坯料；
将钢坯加热到1180℃，保温2h；
钢板第一阶段粗轧的开轧温度为1120℃，总压缩比为47％，第二阶段精轧的开轧温度为890℃，总压缩比为57％，轧后钢板厚度为32mm；
热轧钢板进入层流冷却进行水冷，冷却速率约13℃/s，终冷温度约为389℃；
将热轧钢板选择采用如下工艺之一进行处理：
(1)Q+T工艺处理(方法三)：淬火温度TQ为900℃，保温时间为30min；回火温度T为650℃，保温时间为60min，然后空冷至室温。
(2)Q+L+T处理(方法四)：淬火温度TQ为900℃，保温时间为30min；奥氏体-铁素体两相区淬火温度L分别为750℃和780℃，保温时间为60min；回火温度T为550℃，保温时间为60min，然后空冷至室温。
经前述工艺处理的成品船板钢满足DNV中F690级钢板所要求的性能指标，其力学性能列于表3，金相组织如图2～图4所示。
实施例3
本实施例涉及的NV-F690超高强度船板钢厚度为20mm，其包含的组分及其重量百分比为：C 0.04％、Si 0.24％、Mn 0.91％、P 0.007％、S 0.004％、Nb 0.04％、Ti 0.015％、Cu 1.27％、Ni 1.79％、Cr 0.50％、Mo 0.51％、Al 0.03％以及余量的Fe及不可避免的杂质元素。
本实施例涉及的NV-F690超高强度船板钢制备工艺如下：
根据上述船板钢化学成分配制冶炼原料，经150kg真空感应炉冶炼并浇注成铸锭，加工成规格为115mm×115mm×240mm的坯料；
将钢坯加热到1180℃，保温2h；
钢板第一阶段粗轧的开轧温度为1120℃，总压缩比为36％，第二阶段精轧 的开轧温度为850℃，总压缩比为73％，轧后钢板厚度为20mm；
热轧钢板进入层流冷却进行水冷，冷却速率约15℃/s，终冷温度约为400℃；
热轧钢板分别经过如下工艺之一处理，制得成品船板钢：
(1)TMCP+T工艺处理(方法一)。回火温度T分别为600℃、650℃和680℃，保温时间为60min，然后空冷至室温。
(2)TMCP+L+T处理(方法二)。奥氏体-铁素体两相区淬火温度L为785℃，保温时间为60min；回火温度T为550℃，保温时间为60min，然后空冷至室温。
经前述工艺处理的成品船板钢满足DNV中F690级钢板所要求的性能指标，其力学性能列于表4，金相组织如图5～图8所示。
上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
表1 挪威船级社(DNV)F690级船板钢认证标准
表2 实施例1中所制得船板钢力学性能
注：括号内为最小值，括号外为平均值
表3 实施例2中所制得船板钢力学性能
注：括号内为最小值，括号外为平均值
表4 实施例3中所制得船板钢力学性能
注：括号内为最小值，括号外为平均值。
Claims (4)
1.一种NV-F690超高强度船板钢的制备方法，其特征在于，该方法为：将与所述超高强度船板钢具有相同组分的铸坯经加热、保温后，再依次进行轧制、冷却和热处理，制成目标产品，该目标产品以Fe为基本元素，并还包括按重量百分比计的如下组分：
C0.03～0.05％、Si 0.10～0.35％、Mn 0.50～1.60％、Nb 0.02～0.05％、Ti0.009～0.02％、Cu 1.00～1.70％、Cr≤0.70％、Ni 0.8～2.0％、Al 0.01～0.04％、Mo0.1～0.6％、P≤0.020％、S≤0.010％以及杂质；
其中，所述轧制过程分为第一阶段轧制和第二阶段轧制，第一阶段轧制为粗轧阶段，开轧温度为1050～1120℃，第二阶段轧制为精轧阶段，开轧温度为850～950℃，精轧阶段总压下率≥50％；
所述冷却过程中冷却速率控制在10～20℃/s，终冷温度控制在350～450℃，其后空冷至室温；
所述热处理过程为：
将空冷至室温的钢板在590～690℃等温回火，保温时间50～70min，而后将钢板再次空冷至室温；
或者，将空冷至室温的钢板加热至740～790℃后保温，保温时间50～70min，然后水淬冷却至室温；再经过540～560℃等温回火，保温时间50～70min，而后将钢板再次空冷至室温；
或者，将空冷至室温的钢板加热至890～910℃后保温，保温时间30～60min，然后水淬冷却至室温；再将钢板加热至740～790℃后保温，保温时间50～70min，然后水淬冷却至室温；然后在540～560℃等温回火，保温时间50～70min，而后将钢板再次空冷至室温。
2.根据权利要求1所述NV-F690超高强度船板钢的制备方法，其特征在于，所述加热过程中，加热温度为1150～1250℃，保温1～3h。
3.根据权利要求1所述NV-F690超高强度船板钢的制备方法，所述超高强度船板钢屈服强度≥690MPa，抗拉强度770～940MPa，-60℃夏氏冲击功≥46J。
4.根据权利要求1所述NV-F690超高强度船板钢的制备方法，所述超高强度船板钢成品厚度20～50mm。
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Denomination of invention: Preparation method of nv-f690 ultra high strength ship plate steel Effective date of registration: 20220721 Granted publication date: 20120711 Pledgee: China Construction Bank Zhangjiagang branch Pledgor: INSTITUTE OF RESEARCH OF IRON & STEEL,SHAGANG,JIANGSU PROVINCE Registration number: Y2022320010411 |