CN102409236A - 一种特厚钢板的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种特厚钢板的生产方法，生产工艺路线为铁水预处理→转炉炼钢→炉外精炼→连铸→加热→轧制→加速冷却→正火→控冷→精整→性能检验→超声波探伤，采用低C高Mn成分体系，在钢中添加Ni、Cu合金元素，辅以Nb、V、Ti微合金化处理，钢的化学组成百分含量为：C≤0.12，Si=0.20～0.40，Mn=1.20～1.50，P≤0.008，S≤0.003，AlT=0.03～0.06，Nb+Ti+V≤0.10，Cu+Ni≤0.80，Ceq≤0.40%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明采用连铸坯生产出了高性能的60~100mm厚Q345R钢板，降低了生产成本，满足了高参数压力容器制造的要求；成分设计采用低C高Mn成分体系，满足了材料Ceq≤0.40%；使用连铸坯生产出了高性能的Q345R特厚板，工序简单、工艺容易实现，一般宽厚板厂均能生产。

Description

一种特厚钢板的生产方法

所属技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术，特别是一种特厚钢板的生产方法。

背景技术

特厚板是指厚度≥60mm的钢板。现有技术采用的生产方法归纳起来主要是：模铸钢锭及电渣重熔钢锭法、连铸坯厚板法、焊接复合铸坯法、竖式连铸机生产特厚板法。

随着宽厚板生产技术的发展，使用260～300mm板坯生产60～100mm的特厚板技术已经非常普及，但是在常见的生产技术中为保证特厚板的强度在采用提高C、Mn含量的同时，在钢中加入微合金元素Nb、V、Ti，通过细化晶粒、轧制过程中诱变析出及冷却析出C（N）M提高钢板强度，由此对特厚板生产产生了影响：

对于热轧状态交货的特厚板，采用低C高Mn成分体系，加入Nb、Ti微合金化处理，并辅以TMCP工艺轧制工艺，可生产出Ceq大于0.36%的Q345系列特厚板；对于正火状态交货的特厚板，采用高C高Mn成分体系，加入Nb、V、Ti细化晶粒、增加C（N）M的析出，也可生产出Q345系列特厚板，但是该钢的Ceq大于0.41%；对于正火状态交货的特厚板Q34R钢板，在国际上都是采用钢锭轧制，这方面的工艺都已成熟，但是生产工艺复杂、生产成本高，一般宽厚板厂不能生产。

中国专利申请号201010160508.X公开了“一种低温韧性优异的低碳当量高强度厚钢板及制造方法”，钢板中的化学成分重量百分比符合碳当量Ceq=C+Mn／6+(Cr+Mo+V)／5+(N1+Cu) /15≤0.40%，化成分中加入了Nb、V微合金元素，利用控轧提高钢板强度。轧制工艺为：厚度220～260mm连铸坯加热温度1200～1240℃，保温时间240～270min，出炉温度：1180～1220℃；采用两阶段控制轧制，轧后采用层流冷却，终冷温度625～725℃，冷却速率5～10℃／s，高温下线温度400～450℃。该发明存在的不足之处是采用TMCP工艺生产45～70mm钢板，只能满足纵向冲击韧性要求的一般钢结构制造需要，钢板正火处理后强度低，不能用于要求正火、1/2及1/4厚度横向冲击韧性、Z向性能的压力容器用特厚板的生产。

高参数压力容器制造用Q345R特厚板（60～100mm）交货技术条件中，除满足GB/T713的标准要求外，钢板交货状态为正火、保证钢板1/4及1/2厚度-20℃冲击功（横向）大于100J、逐张超声波探伤1级合格、厚度方向性能达到Z35要求、高温拉伸性能（200℃）满足标准要求、Ceq小于0.40%。针对上述技术要求，目前现有生产企业还没有连铸坯轧材的生产报道及生产实绩，生产中存在许多缺陷：

A．Ceq小于0.40%的Q345R特厚板正火状态交货，强度低不能满足标准要求；

B．连铸坯难以满足钢板1/4及1/2厚度-20℃冲击功（横向）大于100J的要求；

C．轧制工艺难以满足厚度方向性能达到Z35要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种特厚钢板的生产方法：采用300mm厚度连铸坯轧制，简化生产工序，降低生产成本；采用微合金化处理，利用ε-Cu的析出生产出低碳当量（Ceq≤0.40%）高性能压力容器用60～100mm钢板，满足高参数压力容器制造的需要。 

本发明的技术方案：

钢的生产工艺路线：铁水预处理→转炉炼钢→炉外精炼→连铸→加热→轧制→加速冷却→正火→控冷→精整。

成分设计采用低C高Mn成分体系；在钢中添加Nb、V、Ti微合金元素，辅以高温大压下慢速轧制、TMCP轧制工艺，利用轧制过程的诱变析出及轧后沉淀析出提高钢板强韧性；在钢中添加Ni提高钢板1/4及1/2厚度横向低温冲击韧性；在钢中添加Cu，利用正火Cu的固溶及特殊控冷工艺后ε-Cu的析出，提高钢板的强度。

钢的成分设计：采用低C高Mn成分体系，在钢中添加Ni、 Cu合金元素，辅以 Nb、V、Ti微合金化处理。钢的化学组成百分含量为： C≤0.12，Si=0.20～0.40，Mn=1.20～1.50，P≤0.008，S≤0.003，AlT=0.03～0.06，Nb+ Ti+ V≤0.10，Cu+Ni≤0.80，Ceq≤0.40，余量为Fe和不可避免的杂质。

各工艺具体步骤和工艺参数为：

（1）转炉炼钢：转炉装入量按120～135t控制，出钢碳0.08～0.10%，出钢温度1610～1670℃，合金应在出钢至1/3左右时开始加入，到2/3左右时加完，出钢过程中向钢包内加入400kg以上顶渣料或精炼渣料，炉后喂Al线不得少于200m，要求钢水中Al≥0.020%，必须保持全程吹氩状态。

（2）炉外精炼：钢水在LF炉通电时间≥18min，总吹氩时间≥35分钟，白渣保持时间≥10~12min，LF炉喂Si-Ca线或Ca-Fe线≥500m，LF炉喂线不足可在VD（RH）炉抽真空之前补喂，钢水出LF前进行软吹氩操作，软吹氩时间应大于5min，出站前根据钢水量加入适量Ti-Fe，保证Ti含量控制在内控范围，出站C按0.110%控制。

VD（RH）炉控制：根据钢水温降规律确定VD（RH）炉处理时间，要求VD（RH）炉在站总吹氩时间≥30min，抽真空，真空度0.5tor以下，保持时间不小于15min；软吹氩大于10min，钢水出站定氢，H≤1.0ppm，出站上台温度1565～1575℃。

（3）连铸控制：大包采用长套管加氩气密封保护浇注，中间包钢水浇注正常液面深度≥1m，中包加覆盖剂保护浇注。采用下水口加密封圈保护浇注，浸入结晶器内钢水深度≥120mm。钢水过热度5～10℃，中包典型温度1524~1534℃。300mm铸坯下线堆垛缓冷24～72小时。

（4）加热：板坯加热1200～1280℃，加热时间10～15min/cm，均热时间大于60min，上表面温度高于下表面10~20℃，板坯出炉心部温度≥1200℃。

（5）轧制：                                                

阶段开轧温度≥1050℃，终轧温度950～980℃。钢板轧制要求粗轧采用高温大压下慢速轧制，粗轧轧制速度降为1.0~1.5m/s，粗轧保证最后连续三道次平均压下率不小于16%。中间坯厚度控制按板坯展宽后保证三道次压下率不小于16%的厚度。

阶段开轧温度900~930℃，终轧温度800~840℃控制，开冷温度按目标终轧温度的下限设定，每道次压下率均须≥12%，最后三道次累计压下率不小于40%。

（6）加速冷却：轧后开冷温度780~800℃，3-6℃/s，返红温度680~730℃。

（7）正火：正火温度875~890℃；在炉时间（板厚+80~85）min，钢板在炉保温时间应大于15min。

（8）控冷：钢板出正火炉后，进行NCC冷却：钢板返红温度控制在600~660℃，冷速5~10℃/s；正火、快冷后快速下线，堆冷72~94小时后拆垛。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

a.采用连铸坯生产出了高性能的60~100mm厚Q345R钢板，降低了生产成本，满足了高参数压力容器制造的要求；

b.成分设计采用低C高Mn成分体系，满足了材料Ceq≤0.40%；

c.在钢中添加Nb、V、Ti微合金元素，选择合理加热工艺，辅以高温大压下慢速轧制、TMCP轧制工艺，利用轧制过程的诱变析出及轧后沉淀析出提高钢板强韧性；在钢中添加Ni提高钢板1/4及1/2厚度横向低温冲击韧性；在钢中添加Cu，利用正火Cu的固溶及特殊控冷工艺后ε-Cu的析出，提高钢板的强度；采用正火处理提高钢板的综合性能，满足了钢板Z向性能的要求。

d.使用连铸坯生产出了高性能的Q345R厚板，工序简单、工艺容易实现，一般宽厚板厂均能生产。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的内容。

实施例1：炼制板厚为98mm特厚钢板。

钢的组成含量质量百分比见表1。

表1  98mm特厚钢板质量百分含量

 钢的生产工艺步骤及参数为：

（1）转炉炼钢：转炉装入量130t，出钢碳0.085%，出钢温度1650℃，合金在出钢至1/3左右时开始加入，到2/3左右时加完，出钢过程中向钢包内加入530kg顶渣料，炉后喂Al线350m，钢水中Al0.040%，全程吹氩。

（2）炉外精炼：钢水在LF炉通电时间20min，总吹氩时间45分钟，白渣保持时间11min，LF炉喂Si-Ca线550m，软吹氩时间6min，出站前加入Ti-Fe，Ti含量0.020%，出站C 0.11%。

VD炉控制： VD（RH）炉在站总吹氩时间35min，抽真空，真空度0.45tor，保持时间20min；软吹氩大于15min，钢水出站定氢，H0.8ppm，出站上台温度1572℃。

（3）连铸控制：钢水过热度8℃，中包典型温度1530℃。300X2280mm断面铸坯下线堆垛缓冷48小时。

（4）加热：板坯加热1240～1260℃，在炉时间380min，板坯出炉心部温度1210℃。

（5）轧制：

阶段开轧温度1050℃，终轧温度960℃。粗轧轧制速度为1.5m/s，粗轧最后连续三道次下率大于16%。中间坯厚度187mm。阶段开轧温度910℃，终轧温度820℃，最后三道次累计压下率43%，成品厚度98mm。

（6）加速冷却：轧后开冷温度800℃，4℃/s，返红温度690℃。

（7）正火：正火温度880±5℃；在炉时间180min。

（8）控冷：钢板出正火炉后进行NCC冷却：钢板返红温度620℃，冷速6℃/s；正火、快冷后快速下线，堆冷83小时后拆垛。

选取板号1~15的样品，本发明生产钢板实物质量实绩见表2、表3、表4。

钢板Ceq=0.37~0.39%。钢板根据GB/T2970标准超声波探伤检查，全部1级合格。

 表2  钢板拉伸性能检验实绩

 

表3   钢板横向冲击功检验实绩

   表4  钢板Z向性能检验实绩

Claims (1)

1.一种特厚钢板的生产方法，生产工艺路线为铁水预处理→转炉炼钢→炉外精炼→连铸→加热→轧制→加速冷却→正火→控冷→精整，其特征在于：

钢的化学组成百分含量为C≤0.12，Si=0.20～0.40，Mn=1.20～1.50，P≤0.008，S≤0.003，AlT=0.03～0.06，Nb+ Ti+ V≤0.10，Cu+Ni≤0.80， Ceq≤0.40%，余量为Fe和不可避免的杂质；

工艺步骤和工艺参数为：

（1）转炉炼钢：转炉装入量按120～135t控制，出钢碳0.08～0.10%，出钢温度1610～1670℃，合金应在出钢至1/3左右时开始加入，到2/3左右时加完，出钢过程中向钢包内加入400kg以上顶渣料或精炼渣料，炉后喂Al线不得少于200m，要求钢水中Al≥0.020%，必须保持全程吹氩状态；

（2）炉外精炼：钢水在LF炉通电时间≥18min，总吹氩时间≥35分钟，白渣保持时间≥10~12min，LF炉喂Si-Ca线或Ca-Fe线≥500m，LF炉喂线不足可在VD（RH）炉抽真空之前补喂，钢水出LF前进行软吹氩操作，软吹氩时间应大于5min，出站前根据钢水量加入适量Ti-Fe，保证Ti含量控制在内控范围，出站C按0.110%控制；VD（RH）炉控制：根据钢水温降规律确定VD（RH）炉处理时间，要求VD（RH）炉在站总吹氩时间≥30min，抽真空，真空度0.5tor以下，保持时间不小于15min；软吹氩大于10min，钢水出站定氢，H≤1.0ppm，出站上台温度1565～1575℃；

（3）连铸控制：大包采用长套管加氩气密封保护浇注，中间包钢水浇注正常液面深度≥1m，中包加覆盖剂保护浇注；

采用下水口加密封圈保护浇注，浸入结晶器内钢水深度≥120mm；

钢水过热度5～10℃，中包典型温度1524~1534℃；300mm铸坯下线堆垛缓冷24～72小时；

（4）加热：板坯加热1200～1280℃，加热时间10～15min/cm，均热时间大于60min，上表面温度高于下表面10~20℃，板坯出炉心部温度≥1200℃；

（5）轧制：                                                

阶段开轧温度≥1050℃，终轧温度950～980℃；

钢板轧制要求粗轧采用高温大压下慢速轧制，粗轧轧制速度降为1.0~1.5m/s，粗轧保证最后连续三道次平均压下率不小于16%；中间坯厚度控制在板坯展宽后保证三道次压下率不小于16%的厚度；阶段开轧温度900~930℃，终轧温度800~840℃控制，开冷温度按目标终轧温度的下限设定，每道次压下率均须≥12%，最后三道次累计压下率不小于40%；

（6）加速冷却：轧后开冷温度780~800℃，3-6℃/s，返红温度680~730℃；

（7）正火：正火温度875~890℃；在炉时间（板厚+80~85）min，钢板在炉保温时间应大于15min；

（8）控冷：钢板出正火炉后，进行NCC冷却：钢板返红温度控制在600~660℃，冷速5~10℃/s；正火、快冷后快速下线，堆冷72~94小时后拆垛。