CN102226255B - 屈服强度690MPa高强韧钢板的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种屈服强度690MPa高强韧钢板及其制备工艺。该钢板包含如下成分(wt％)：C 0.07-0.09％，Si 0.10-0.35％，Mn 0.50-1.60％，Nb 0.02-0.05％，Ti 0.01-0.02％，Cu 1.00-1.50％，Cr 0.1-0.80％，Ni 0.8-2.0％，Al 0.01-0.04％，Mo0.1-0.6％，P≤0.020％，S≤0.010％以及余量的Fe和杂质。该工艺为：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、冷却以及热处理工序形成成品。本发明的船板钢屈服强度不低于690MPa，具有良好的低温(-80℃)冲击韧性，厚度为50-100mm，适用于船舶及海洋石油平台，特别是对强度和低温韧性要求较高，同时要求具有良好焊接性能的船板制造工艺中应用。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种屈服强度在690MPa级别，并具有优良低温(-80℃)韧性，厚度50-100mm的高强韧钢板及其制备工艺。
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，这为高强韧特厚结构钢板的应用提供了广阔的前景。
多数企业生产特厚(≥50mm)钢板所采用的技术路线是钢锭模铸、锻造(或粗轧)开坯、控轧控冷和热处理。目前还未见有关使用连铸板坯、控轧控冷、热处理工艺路线生产厚度为50-100mm、高屈服强度(≥690MPa)、-80℃下横向冲击吸收能量大于90J钢板的报道。虽然业界也曾提出了多种高强韧钢板，但其性能不能同时满足前述屈服强度、低温韧性和厚度等方面的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种屈服强度690MPa高强韧钢板及其制备工艺，其屈服强度不低于690MPa，抗拉强度不低于750MPa，-80℃下的横向Charpy冲击吸收能量(KV2-80℃)≥90J，并具有优良的焊接性能，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：
一种屈服强度690MPa高强韧钢板，其特征在于，它包含的组分及其重量百分比分别为：C0.07-0.09％，Si0.10-0.35％，Mn0.50-1.60％，Nb0.02-0.05％，Ti0.01-0.02％，Cu1.00-1.50％，Cr0.1-0.80％，Ni0.8-2.0％，Al0.01-0.04％，Mo0.1-0.6％，P≤0.020％，S≤0.010％以及余量的Fe和杂质元素。
进一步的，所述船板钢屈服强度≥690MPa，抗拉强度≥750MPa，-80℃下的横向Charpy冲击吸收能量(KV2-80℃)≥90J。
优选的，所述高强韧钢板成品厚度50-100mm，且相应连铸板坯厚度与该钢板成品厚度的比值大于3.0。
如上所述屈服强度690MPa高强韧钢板的制备工艺，其特征在于，该工艺为：取与所述高强韧钢板具有相同组分之连铸坯依次经加热保温、轧制、冷却和热处理工序制得目标产品；
所述加热保温工序中，加热温度为1150～1250℃，保温60-240min；
所述轧制工序采用一阶段轧制或两阶段轧制；
所述冷却工序中，冷却速率控制在10～20℃/s，终冷温度控制在350-680℃，后空冷至室温；
所述热处理工序采用奥氏体单相区淬火+回火工艺。
具体而言，在轧制工序中，对于厚度为85-100mm的钢板采用一阶段轧制，终轧温度高于950℃，连铸板坯厚度与成品钢板厚度的比值≥3.0；
对于50-85mm厚钢板采用两阶段轧制，其中，第一阶段轧制为粗轧阶段，开轧温度为950-1100℃，第二阶段轧制为精轧阶段，开轧温度为800-870℃，且精轧阶段总压下率≥50％。
所述奥氏体单相区淬火+回火工艺具体为：将空冷至室温的钢板加热至890-950℃后保温，保温时间90-300min，而后水淬冷却至室温，再在600-680℃等温回火，回火保温时间为90-300min。
所述连铸坯是经依次进行的铁水预脱硫处理、转炉炼钢、钢包精炼、真空脱气和连铸工序制成的。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)采用低碳成分设计，成本低廉，且还有利于改善焊接工艺性能；
(2)使用连铸板坯生产特厚高强韧钢板，成品钢板厚度范围为50-100mm，连铸坯厚度/钢板厚度≥3.0；
(3)高强韧钢板的综合力学性能优良，在-80℃下的Charpy冲击吸收能量≥90J。
本发明适于在对强度和低温韧性要求较高，同时要求具有良好焊接性能的船舶及海洋石油平台制造工艺中应用。
附图说明
图1是实施例1中淬火(Q)状态钢板厚度中心(1/2t)的金相组织照片；
图2是实施例1中淬火(Q)状态钢板距离表面1/4t处的金相组织照片；
图3是实施例2中淬火(Q)状态钢板厚度中心(1/2t)的金相组织照片；
图4是实施例2中淬火(Q)状态钢板距离表面1/4t处的金相组织照片；
图5是实施例3中淬火(Q)状态钢板厚度中心(1/2t)的金相组织照片；
图6是实施例3中淬火(Q)状态钢板距离表面1/4t处的金相组织照片。
具体实施方式
本发明针对目前造船和海洋平台对屈服强度690MPa级超高强度钢材的需求，采用优化后的化学成分配比(如前所述)，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钢板，该钢板最大厚度可达100mm。
本发明还提供了前述高强韧钢板制备方法，其包括以下步骤：
(1)连铸板坯制造工艺过程包括：铁水预脱硫处理，转炉炼钢，钢包精炼(LF)，真空脱气(RH)，经过厚板坯连铸机制备出厚板坯；
(2)将具有与所述钢板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；
(3)对于厚度为50-85mm的钢板的坯料依次进行再结晶区轧制和未再结晶区轧制，再结晶区轧制开轧温度为950-1100℃，未再结晶区开轧温度为800-870℃，未再结晶区压缩比在50％以上，而对于厚度为85-100mm的钢板的轧制在一阶段完成，终轧温度高于950℃；
(4)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350-680℃，后空冷至室温；
(5)将冷至室温的钢板进行热处理，获得成品，该热处理工艺为：奥氏体区淬火(Q)+回火(T)处理，即Q-T工艺，其具体过程为：将空冷至室温的钢板加热至890-930℃后保温，保温时间90-300min，然后水淬冷却至室温，然后在600-700℃等温回火，回火保温时间90-300min。
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本实施例涉及的高强韧钢板的厚度为50mm，其包含的组分及其重量百分比为：C 0.07％、Si 0.21％、Mn 1.03％、P 0.006％、S 0.002％、Nb 0.041％、Ti 0.014％、Cu 1.08％、Ni 1.68％、Cr 0.60％、Mo 0.47％、Al 0.028％以及余量的Fe及不可避免的杂质元素。
本实施例涉及的高强韧钢板制备工艺如下：
根据上述船板钢化学成分配制冶炼原料，经铁水预脱硫处理、转炉炼钢、 钢包精炼(LF)、真空脱气(RH)和板坯连铸工序生产320mm厚连铸板坯；
将板坯加热到1200℃，保温120-240min；
钢板的热轧成形是在配备5000mm四辊可逆轧机和MULPIC-AcC加速冷却***的工业生产线进行的。在钢坯第一阶段粗轧的轧制温度在980-1100℃之间，总压缩比为50％，第二阶段精轧的开轧温度为835℃，终轧温度856℃，总压缩比为69％；轧成规格为50mm×2400mm×16625mm的钢板；
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466℃，热轧钢板经空冷至室温；
将热轧钢板加热到895℃，保温时间为120min，使用辊式淬火机淬火至室温，得到Q状态钢板；
Q态钢板经过等温回火，回火温度为625-675℃，回火保温时间为150min，得到Q-T状态钢板。
测试钢板横向(TD)、距离钢板表面1/4厚度(1/4t)和厚度中心(1/2t)的力学性能所得力学性能列于表1。该成品船板钢具有高屈服强度(RP0.2)、抗拉强度(Rm)、延伸率(A)、面缩率(ψ)和良好的低温Charpy冲击吸收能量(KV2)，综合性能优异，实现了强度和韧性的良好匹配。
表1实施例1中所制得的Q-T状态钢板(t＝50mm)的力学性能
实施例2本实施例涉及的高强韧钢板的厚度为80mm，热轧状态钢板成分同实施例1。
本实施例涉及的高强韧钢板制备工艺如下：
根据上述船板钢化学成分配制冶炼原料，经铁水预脱硫处理、转炉炼钢、钢包精炼(LF)、真空脱气(RH)和板坯连铸工序生产320mm厚连铸板坯。
将板坯加热到1200℃，保温120-240min；
钢板的热轧成形是在配备5000mm四辊可逆轧机和MULPIC-AcC加速冷却***的工业生产线进行的。钢坯第一阶段粗轧的轧制温度在950-1040℃之间，总压缩比为50％，第二阶段精轧的开轧温度为840℃，终轧温度854℃，总压缩比为50％；轧成规格为80mm×2400mm×10248mm的钢板；
热轧钢板进入层流冷却进行水冷，冷却速率约10℃/s，终冷温度约为510℃；热轧钢板经空冷至室温；
在工业生产线上将热轧钢板加热到895℃，保温时间为170min，使用辊式淬火机淬火至室温，得到Q状态钢板；
Q态钢板经过等温回火，回火温度为650℃，回火保温时间为150min，得到Q-T状态钢板。Q-T状态钢板的力学性能列于表2。
表2实施例2中所制得的Q-T状态钢板(t＝80mm)的力学性能
实施例3本实施例涉及的高强韧钢板的厚度为100mm，热轧状态钢板成分同实施例1。
本实施例涉及的高强韧钢板制备工艺如下：
根据上述船板钢化学成分配制冶炼原料，经铁水预脱硫处理、转炉炼钢、钢包精炼(LF)、真空脱气(RH)和板坯连铸工序生产320mm厚连铸板坯。
将板坯加热到1200℃，保温120-240min；
钢板热轧成形是在配备5000mm四辊可逆轧机和MULPIC-AcC加速冷却***的工业生产线进行的。钢坯第一阶段粗轧的轧制温度在1000-1080℃之间，总压缩比为56％，第二阶段精轧的开轧温度为982℃，终轧温度980℃，总压缩比为28％；轧成规格为100mm×2400mm×8155mm的特厚钢板；
热轧钢板进入层流冷却进行水冷，冷却速率约10℃/s，终冷温度约为570℃；热轧钢板经空冷至室温；
从上述热轧钢板截取全厚度试料，将其加热到930℃，保温时间为240min，水淬至室温；得到Q状态钢板；
将以上Q状态钢板进行等温回火，回火温度675℃，回火保温时间为90min， 从而获得Q-T状态厚钢板。
以上100mm厚Q-T状态钢板的力学性能列于表3。
表3实施例3中所制得的Q-T状态钢板(t＝100mm)的力学性能
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。
Claims (2)
1.一种屈服强度690MPa高强韧钢板的制备工艺，其特征在于，
所述高强韧钢板包含的组分及其重量百分比分别为：C0.07～0.09％、Si0.10～0.35％、Mn0.50～1.60％、Nb0.02～0.05％、Ti0.01～0.02％、Cu1.08～1.50％、Cr0.1～0.80％、Ni1.68～2.0％、Al0.01～0.04％、Mo0.1～0.6％、P≤0.020％，S≤0.010％以及余量的Fe和杂质元素；
所述制备工艺：取与所述高强韧钢板具有相同组分之连铸坯依次经加热保温、轧制、冷却和热处理工序制得厚度为50-100mm的高强韧钢板成品；
所述加热保温工序中，加热温度为1150～1250℃，保温60-240min；
所述轧制工序采用一阶段轧制或两阶段轧制；
所述冷却工序中，冷却速率控制在10～20℃/s，终冷温度控制在350-680℃，后空冷至室温；
所述热处理工序采用奥氏体单相区淬火+回火工艺，所述奥氏体单相区淬火+回火工艺具体为：将空冷至室温的钢板加热至890-950℃后保温，保温时间90-300min，而后水淬冷却至室温，再在600-680℃等温回火，回火保温时间为90-300min；
其中，在轧制工序中，对于厚度为85-100mm的钢板采用一阶段轧制，终轧温度高于950℃，连铸板坯厚度与钢板成品厚度的比值≥3.0，而对于厚度为50-80mm的钢板采用两阶段轧制，其中，第一阶段轧制为粗轧阶段，开轧温度为950-1100℃，第二阶段轧制为精轧阶段，开轧温度为800-870℃，且精轧阶段总压下率≥50％。
2.根据权利要求1所述屈服强度690MPa高强韧钢板的制备工艺，其特征在于，所述连铸坯是经依次进行的铁水预脱硫处理、转炉炼钢、钢包精炼、真空脱气和连铸工序制成的。
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