CN102199740B - 一种Ti、Zr复合脱氧的超高强度船体结构用钢及生产工艺 - Google Patents

一种Ti、Zr复合脱氧的超高强度船体结构用钢及生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ti、Zr复合脱氧的超高强度船体结构用钢及生产工艺，化学成分质量百分比为：C：0.05-0.14%；Si：0.10-0.35%；Mn：1.0-1.6%；Nb：0.02-0.05%；Ti：0.007-0.02%；Zr：0.002-0.010%；Als：0.001-0.020%；Mo：0.15-0.5%；Cr：0.2-0.6%；Ni：0.2-0.8%；Cu：0.2-0.8%，余量为Fe和微量杂质。本发明包括冶炼、加热、粗轧、精轧、ACC、淬火、回火工序，得到的超高强船板具备良好的综合力学性能。

Description

一种Ti、Zr复合脱氧的超高强度船体结构用钢及生产工艺
技术领域
本发明属于低合金高强度钢生产领域，具体地说是一种使用Ti、Zr复合脱氧的超高强度船体结构用钢及生产工艺。
背景技术
船体结构材料及其性能关系着船舶的先进程度、使用寿命和安全可靠性。船体结构用钢在造船材料中占有及其重要的位置。随着造船技术的发展，船舶的大型化、高速化要求能够提供具有高强度、良好低温冲击韧性、优良焊接性能的船体结构用钢。
在船板钢的传统冶炼工艺中，由于铝和氧具有很强的亲和力，铝是被广泛使用的脱氧元素。在感应冶炼的条件下，铝的脱氧速度很快。在对感应炉内含C0.04～0.07%的钢液中加入1.0%铝以后，3～4分钟内钢液含氧量降低到原始含氧量的1/10以下。铝脱氧效率高而且成本较低，因此钢用铝脱氧是目前使用最广泛的脱氧方法。但是，铝脱氧的反应产物及残留在钢中的铝常引起耐热钢的蠕变脆性，降低钢的高温强度。残留在钢液中的夹杂物，沿钢材变形方向呈链状分布，不仅降低了钢材的横向以及Z向力学性能，还是疲劳裂纹的形核核心，使钢的疲劳抗力和抗应力腐蚀能力降低。
钛，锆也可做为脱氧剂，锆的脱氧能力比铝强，钛的脱氧能力比铝弱。随钢液中Ti浓度的变化，在钢液中脱氧时能生成不同的氧化物。当[Ti]=0.001～0.2%时，脱氧产物为TiO2或Ti3O5。
近年来炼钢领域提出一项特殊技术即：氧化物冶金技术。其原理是通过加入合适的脱氧剂和采用合理的脱氧制度来控制氧化物的性质，使钢中形成超细的(颗粒直径为0.2~3.0μm)、均匀分布的、成分可控的高熔点氧化物夹杂，利用它们作为凝固时或固-固相变时的结晶核心，以改变钢的组织和晶粒度，使钢材具有良好的韧性、较高的强度和优良的可焊性。
在已研究的各种Ti、Al和Zr等氧化物中，Ti氧化物被认为可诱导针状铁素体形核，在含Ti氧化物的钢中，通常以Ti氧化物为核心形成取向杂乱、相互交叉连接的铁素体板条，称为晶内铁素体，又称为针状铁素体，这种针状铁素体是开发屈服强度≥550Mpa超高强度船体结构用钢的有利组织，能够提供高强度和高韧性的良好结合。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种Ti、Zr复合脱氧的超高强度船体结构用钢及生产工艺，该钢采用Nb、Ti微合金成分，通过Ti、Zr复合脱氧以及TMCP+RQ+T工艺生产宽厚规格船板钢。得到的船板钢具备良好的综合性能，冷弯性能良好。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种Ti、Zr复合脱氧的超高强度船体结构用钢，其特征在于：该船体结构用钢化学成分质量百分比为：C :0.05-0.14%；Si：0.10-0.35%；Mn :1.0-1.6%；Nb:0.02-0.05%；Ti：0.007-0.02%；Zr: 0.002-0.010%；Als：0.001-0.020%；Mo：0.15-0.5%，Cr：0.2-0.6%，Ni：0.2-0.8%，Cu：0.2-0.8%，余量为Fe和微量杂质；其中，微量杂质中有害元素的含量为：P<0.015%，S<0.005%，O<0.002%，N<0.0045%，H<0.0002%。
本发明中，该船体结构用钢化学成分质量百分比优选为：C:0.09%，Si:0.28%，Mn:1.5%，P:0.008%，S:0.001%，Als:0.006%，Nb:0.024%，Ti:0.012%，Zr: 0.008%, Cr+Mo+Ni+Cu=2.0%，其余为Fe和不可避免杂质。
 一种Ti、Zr复合脱氧的超高强度船体结构用钢的生产工艺，其特征在于：该工艺包括冶炼、加热、粗轧、精轧、ACC、淬火、回火工序，具体如下： 
1）将钢水浇铸成150-320mm满足化学成分要求的厚板坯；轧前进行装炉加热，加热炉出钢温度为1150-1230℃，加热时间10-13min/cm×板坯厚度cm；厚板坯的化学成分为：C：0.05-0.14%；Si：0.10-0.35%；Mn：1.0-1.6%；Nb：0.02-0.05%；Ti：0.007-0.02%；Zr： 0.002-0.010%；Als：0.001-0.020%；Mo：0.15-0.5%，Cr：0.2-0.6%，Ni：0.2-0.8%，Cu：0.2-0.8%，余量为Fe和微量杂质；其中，微量杂质中有害元素的含量为：P<0.015%，S<0.005%，O<0.002%，N<0.0045%，H<0.0002%；
2）粗轧工序中，开轧温度为1100-1150℃，粗轧终轧温度≥1000℃；中间坯待温厚度为成品厚度的1.5-3倍； 
3）精轧开轧温度≤900℃，精轧终轧温度≤830℃；
4）精轧后快速进入ACC控冷，冷速5-10℃/s；
5）返红温度：580-680℃；
6）再加热淬火温度：860-930℃；
7）回火温度：550-650℃；得到超高强度船体结构用钢。
本发明中基于氧化物冶金技术的钛、锆脱氧技术特点如下：
加钛、锆后钢中大部分夹杂物的形态为球形，Ti氧化物、Ti-Zr复合氧化物，二者均是针状铁素体的有效形核核心，并且铁素体板条形成具有激发形核效应。MnS以Ti-Zr氧化物的夹杂为基底或以氧化钛+氧化锆为基底的复合生长方式的夹杂物也可作为针状铁素体的异质形核核心。这些细小的夹杂物可以在奥氏体晶粒内部诱导针状铁素体析出，从而产生细化组织的效果。
钛、锆脱氧后，在钢的凝固组织中可以获得较多细小、弥散分布的复合夹杂物，钢中粒径小于1μm的夹杂物数目较多，粒径大于2μm的夹杂物很少，粒径范围基本都在2μm以内，夹杂物呈细小弥散分布。
钛、锆脱氧后，钢的凝固组织由网状铁素体变为细小的针状铁素体结构，针状片条彼此咬合，互相交错分布，组织得到明显细化。
钛、锆脱氧钢中含有大量超细含钛氧化物，从奥氏体到铁素体的相变过程中可以诱导针状铁素体析出，这种组织细化了铁素体的晶粒，同时因晶粒交叉互锁而抑制了裂纹的延伸，可同时提高钢的强度和韧性。
本发明生产出的超高强度船体结构用钢产品具备良好的综合性能：力学性能ReH>550MPa，Rm>670MPa，横向伸长率A>16%，-60℃夏比冲击吸收功横、纵向值>55J，Z向拉伸断面收缩率>35%，冷弯性能良好。
附图说明
图1是本实施例的心部金相组织图。
具体实施方式
一种本发明所述的Ti、Zr复合脱氧的超高强度船体结构用钢，按重量百分比设计成分为：C:0.09%，Si:0.28%，Mn:1.5%，P:0.008%，S:0.001%，Als:0.006%，Nb:0.024%，Ti:0.012%，Zr: 0.008%, Cr+Mo+Ni+Cu=2.0%，其余为Fe和不可避免杂质。
本发明采用的TMCP+RQ+T工艺生产的成品厚度规格为： 60mm，包括冶炼、加热、粗轧、精轧、ACC、淬火、回火工序，具体工艺步骤为：
按以上成分冶炼并浇铸成220mm厚板坯；将板坯送入加热炉，加热炉出钢温度1180℃，加热时间266min；粗轧开轧温度为1100℃，粗轧终轧温度1000℃；中间坯待温厚度90mm；精轧开轧温度840℃，精轧终轧温度820℃；精轧后快速进入ACC控冷，冷速8℃/s；返红温度610℃，淬火前加热温度880℃，回火温度600℃，产品厚度60mm。
图1是本实施例的心部金相组织图，由图可知钢板心部金相组织为针状铁素体+粒状贝氏体组织。产品的ReH＝620MPa，Rm＝735MPa，横向伸长率A=22%，－60℃夏比冲击吸收功横、纵向值达150J以上，Z向拉伸断面收缩率均在35%以上，冷弯性能良好，是一种高品质的超高强度船体结构用钢。

Claims (2)

1.一种Ti、Zr复合脱氧的超高强度船体结构用钢，其特征在于：该船体结构用钢化学成分质量百分比为：C:0.09%，Si:0.28%，Mn:1.5%，Als:0.006%，Nb:0.024%，Ti:0.012%，Zr: 0.008%, Mo：0.15-0.5%，Cr：0.2-0.6%，Ni：0.2-0.8%，Cu：0.2-0.8%，余量为Fe和微量杂质；其中，微量杂质中有害元素的含量为：P<0.015%，S<0.005%，O<0.002%，N<0.0045%，H<0.0002%，Cr+Mo+Ni+Cu=2.0%。
2.一种权利要求1所述的Ti、Zr复合脱氧的超高强度船体结构用钢的生产工艺，其特征在于：该工艺包括冶炼、加热、粗轧、精轧、ACC、淬火、回火工序，具体如下： 
1）将钢水浇铸成150-320mm满足化学成分要求的厚板坯；轧前进行装炉加热，加热炉出钢温度为1150-1230℃，加热时间10-13min/cm×板坯厚度cm；
2）粗轧工序中，开轧温度为1100-1150℃，粗轧终轧温度≥1000℃；中间坯待温厚度为成品厚度的1.5-3倍； 
3）精轧开轧温度≤900℃，精轧终轧温度≤830℃；
4）精轧后快速进入ACC控冷，冷速5-10℃/s；
5）返红温度：580-680℃；
6）再加热淬火温度：860-930℃；
7）回火温度：550-650℃；得到超高强度船体结构用钢。
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