CN104630655A - 强韧性匹配优良的特厚焊接结构钢板及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强韧性匹配优良的特厚焊接结构钢板，以质量分数计，它包含如下化学成分：0.13～0.19％C；0.30～0.60％Si；1.60～2.00％Mn；P≤0.010％；S≤0.002％；0.030～0.070％Nb；0.05～0.10％V；0.25～0.65％Cu；0.20～0.75％Ni；0.010～0.045％Als；0.0020～0.0080％Ca；10～20×10-4％[O]；还含有0.008～0.030％Ti，Cr≤0.15％，Mo≤0.15％及0.0005～0.0015％RE，余量为Fe及不可避免杂质；其中，2.00％≤2.3C+Mn≤2.30％；0.20％≤2Cr+Mo≤0.30％；Ca/(S+[O])＝1.0～3.0；(Cu+3.4Cr)/Ni＝1.0～2.1。本发明还提供了一种强韧性匹配优良的特厚焊接结构钢板的生产工艺。本发明的钢板强韧性匹配优异，具有高强度、高韧性、低屈强比、良好的延展性、焊接性能和冷热加工性能、厚度方向力学性能均匀等特点。本发明用途广泛，可应用于建筑、海洋平台、桥梁、厂矿及体育场馆等各种钢结构工程。

Description

强韧性匹配优良的特厚焊接结构钢板及其生产工艺
技术领域
本发明涉及低合金高强钢制造领域，具体的是指一种强韧性匹配优良的特厚焊接结构钢板及其生产工艺。
背景技术
低合金结构钢是我国最重要的工程结构材料之一，具有高强度高韧性，良好的延展性和冷热加工性能，已被广泛用于建筑业、海洋平台、压力容器、锅炉制造、水/核电站、造船业、石油管线、桥梁、重型机械制造等国民经济的各个工程领域。随着国民经济的高速发展和科技的进步，国内超高层建筑以及超大型桥梁、水电站、海洋平台等重大工程也越来越多，其应用钢板的发展也向着特厚、特宽、高性能方向发展，特别是对特厚钢板(100mm以上)的需求和技术要求也越来越高，除了要求具有高的强韧性，还要求具有良好的抗层状撕裂性能、焊接性能以及沿板厚方向的力学性能均匀性。长期以来受我国生产技术、技术装备的制约，致使我国生产此类高强度特厚钢板通常需要加入大量贵重合金元素，且容易产生带状组织、厚度方向上组织不均匀、轧制变形不均匀以及成分偏析等缺陷会严重影响钢的力学性能，造成产品合格率不高，质量波动大，同时焊接性能差以及沿厚度方向力学性能不均匀等问题依然存在，难以满足我国特厚钢板的质量技术要求，导致产品竞争力低下，严重制约了我国特厚钢板的发展及应用，部分重大工程项目用特厚钢板依然需要依赖国外进口来满足国内市场需求。
中国专利申请号为200810141457.9的专利文献，其公开了一种通过淬火+回火，获得厚度为100～114mm的超厚钢板，但其存在贵重元素Mo和Cr含量多，其不仅工艺成本高，合金成本也较 高；中国专利申请号为200810141500.1和中国专利申请号为201010113835.X的文献，也是通过添加大量贵重合金Mo、Cr，后续采用正火+回火或二次淬火+回火获得了超厚钢板，其存在问题是工艺成本和合金成本均较高；还有中国专利申请号为200810042124.0、200810141457.9、200810042088.8、200910089346.2和201010598123.1的专利文献，均采用调质工艺生产，制造工艺成本较高。上述专利产品均由于合金成本或制造工艺成本高而不利于大规模推广应用。
中国专利申请号为200710054569.6、201010275268.8、200910312460.7、20101028305.3、201010208311.9、201010501298.6、201110176674.3的文献，均采用正火热处理工艺，但其发明钢种屈服强度均低于400MPa；还有中国专利申请号为200910045452.0和中国专利申请号为201110285075.5的文献，采用TMCP和控轧工艺成功生产了超厚钢板。但上述专利均对厚度方向力学性能的均匀性不做要求，均没能解决特厚钢板厚度方向力学性能不均匀问题。
发明内容
本发明的目的在于克服本技术领域目前存在的不足，即特厚钢板贵重合金元素含量高、工艺路线复杂、生产周期长、强度级别低、焊接性能差以及沿厚度方向力学性能不均等不足，提供一种强韧性匹配优良的特厚焊接结构钢板及其生产工艺，钢不需经过复杂的调质等热处理工序，具有制造程序简单，成本低廉，易于大规模生产的优点。
为实现上述目的，本发明提供的强韧性匹配优良的特厚焊接结构钢板，其特征在于：以质量分数计，它包含如下化学成分：
0.13～0.19％C；0.30～0.60％Si；1.60～2.00％Mn；P≤0.010％；S≤0.002％；0.030～0.070％Nb；0.05～0.10％V；0.25～0.65％Cu；0.20～0.75％Ni；0.010～0.045％Als；0.0020～0.0080％Ca；10～20×10-4％[O]；还含有0.008～0.030％Ti，Cr≤0.15％， Mo≤0.15％及0.0005～0.0015％RE，余量为Fe及不可避免杂质；
其中，2.00％≤2.3C+Mn≤2.30％；0.20％≤2Cr+Mo≤0.30％；Ca/(S+[O])＝1.0～3.0；(Cu+3.4Cr)/Ni＝1.0～2.1。
本发明还提供了一种强韧性匹配优良的特厚焊接结构钢板的生产工艺，它包括如下步棸：
(1)进行深脱硫，来料铁水温度控制在1250～1300℃，S≤0.030％，脱硫终点S≤0.0010％；
(2)进行转炉冶炼，控制入转炉铁水温度不低于1220℃，铁水成分Si：0.30～0.80％，Mn≤0.60％，P≤0.150％,S≤0.0020％，控制转炉冶炼中点吹次数不大于2次，出钢温度控制在1660～1720℃；
(3)进行LF精炼，保证精炼时间在35～50分钟，渣碱度控制在3.3～3.8；
(4)进行RH真空处理，控制到站钢水温度在1620～1640℃，处理时间在10～20分钟；
(5)进行浇注，控制拉坯速度在0.8～1.0m/min，铸坯厚度断面尺寸为300mm；
(6)对铸坯加热，铸坯温度在800℃以下时，加热速率为7～9min/cm；铸坯温度在800℃以上时，加热速率为9～11min/cm；加热段温度控制为1240～1300℃，在1200～1220℃下保温30～40min，在炉总加热时间为240～300min；
(7)进行两阶段控制轧制：在1100～1150℃进行3～4道第一阶段轧制，展宽比在1.2～1.6，道次压下率为50～65％，结束温度在1000～1100℃；在奥氏体未再结晶区进行3～5道第二阶段轧制，控制总压下率在45～55％，终轧温度为800～860℃；
(8)进行快速层流冷却，冷却速率控制为3～10℃/s，终冷温度按550～600℃控制，下水量与上水量比值控制在1.1～1.5；最后空冷至室温；
(9)进行正火热处理，热处理温度为880～920℃，在炉时 间为[板厚(mm)+30～50]min，冷却方式为雾冷或层流冷却，冷却速度2～5℃/s，终冷温度为650～750℃。
作为优选方案，所述步骤(1)中，来料铁水温度为1300℃；所述步骤(2)中，控制转炉冶炼中点吹次数为2次，出钢温度为1720℃；所述步骤(3)中，精炼时间为50分钟，渣碱度为3.8；所述步骤(4)中，到站钢水温度为1640℃，处理时间为20分钟；所述步骤(5)中，拉坯速度为1.0m/min；所述步骤(6)中，铸坯温度在800℃以下时，加热速率为9min/cm；铸坯温度在800℃以上时，加热速率为11min/cm；加热段温度为1300℃，在1220℃保温40min，在炉总加热时间为300min；所述步骤(7)中，在1150℃进行3～4道第一阶段轧制，展宽比为1.6，道次压下率为65％，结束温度为1100℃；在奥氏体未再结晶区进行3～5道第二阶段轧制，总压下率为55％，终轧温度为860℃；所述步骤(8)中，冷却速率为10℃/s，终冷温度为600℃，下水量与上水量比值为1.5；所述步骤(9)中，热处理温度为920℃，在炉时间为[板厚(mm)+50]min，冷却方式层流冷却，冷却速度5℃/s，终冷温度为750℃。
本发明的工作原理及其中化学成分限定量的理由如下：
(1)本发明的C含量选择在0.13～0.19％，C是保证钢板强度必不可少的元素之一，C主要通过间隙置换固溶强化提高钢的强度，也是与Nb、V等元素形成细小碳氮化物析出相，从而产生细晶强化和沉淀强化的重要元素，但C也是对焊接热影响区低温韧性产生显著不利影响的主要元素之一。当C含量高于0.19％时，增加钢中碳偏析倾向和M-A岛数量，提高钢的焊接冷裂纹敏感性系数，降低基材塑韧性和焊接热影响区韧性，影响钢的冷热加工性能；当C含量低于0.13％时，影响本发明钢的强度。故C含量限定为0.13～0.19％。
(2)本发明的Si含量选择在0.30～0.60％，Si在钢中主要通过固溶强化提高强度。当Si含量低于0.30％时，其固溶强化作用 对钢强度贡献较小；当Si含量高于0.60％时，将会损害钢材韧性和延展性，还会促进焊接热影响区大尺寸M-A岛析出，不利于焊接热影响区低温韧性。故Si含量限定为0.30～0.60％。
(3)本发明的Mn含量选择在1.60～2.00％，Mn是确保钢材强韧性和焊接热影响区性能不可或缺的元素；Mn扩大奥氏体相区，降低Ar3相变点，在冷却相变过程中细化组织而提高强度和改善低温韧性；但Mn在钢水凝固过程中易发生严重偏析，特别是Mn和C含量较高时，会造成铸坯中心严重的偏析和疏松现象，恶化钢材和焊接性能；Mn含量过高还会形成较多的硫化锰等大尺寸夹杂，降低钢的低温断裂韧性和焊接热影响区的低温韧性，因此Mn含量不得高于2.00％。当Mn含量低于1.60％时，无法确保钢强度。故Mn含量限定为1.60～2.00％。
(3)本发明的P≤0.010％、S≤0.002％，P、S是钢中的有害杂质元素。高P易导致晶界偏析，急剧恶化钢的低温韧性；S与Mn易形成MnS夹杂，在轧制过程中易沿轧向形成MnS夹杂物带，严重恶化钢的低温韧性、Z向性能和焊接性能，S含量需控制在0.002％以下。
(4)本发明的Nb含量选择在0.030～0.070％，Nb是一种强碳化物形成元素，能显著提高奥氏体再结晶温度，扩大轧制工艺范围，可以使钢在较高温度下轧制而不损害钢的力学性能。在轧制过程中，Nb在钢中形成的碳氮化物颗粒，可有效阻碍再结晶和抑制奥氏体晶粒的长大，从而细化铁素体晶粒，提高钢板的强韧性及延展性。Nb也可以在冷却过程中析出Nb的碳氮化物起到沉淀强化作用。本发明钢中，当Nb含量低于0.030％时，导致屈服强度不足，当Nb含量高于0.070％时，虽然Nb的细晶强化和析出强化作用增加，但在低温轧制时由于强度高而损害轧制设备，同时过高的Nb含量不利于焊接性能和焊接热影响区低温韧性。因此，Nb含量限制在0.030～0.070％。
(5)本发明的V含量选择在0.050～0.10％，与Nb一样，V 也是一种碳化物形成元素，也是本发明钢中重要的元素，但其作用较Nb弱，但当与Nb一起添加时，将会明显提高发明钢的综合力学性能。在缓慢冷却过程中，V与C结合形成碳氮化物析出，产生沉淀强化和细晶强化作用，提高钢的强度和改善韧性。本发明特厚钢中，钢板表层由于冷却速度快，V碳氮化物不易析出，此时V主要固溶于基体中产生固溶强化，但作用较小；而钢板中心部位冷却速度缓慢，适于V碳氮化物充分析出，产生很强的沉淀强化和细晶强化作用，提高钢板中心部位的强度，缩小其与表层部位强度差异。但当V含量低于0.050％时，大部分V固溶于基体中，而钢板中心部位V碳氮化物析出数量较少，无法弥补中心部位与表层的强度差异；当V含量大于0.10％时，将会对基材和热影响区低温韧性产生不利影响。因此，V含量限制在0.050～0.10％。
(6)本发明的Cu含量选择在0.25～0.65％，Cu也是本发明钢中重要的合金元素之一。Cu在钢中主要起固溶强化和沉淀强化作用，适量Cu提高强度而不损害冲击韧性。Cu还属于奥氏体形成元素，在扩大奥氏体相区的同时也在回火过程中促进奥氏体的形成及稳定性。同时在特厚钢板中加入适量Cu还可以在缓慢冷却过程中通过自回火析出ε-Cu，提高钢板中心部位强度。本发明钢中，当Cu含量低于0.25％时，其固溶强化作用有限，同时ε-Cu无法在自回火过程中析出，导致强度不足；当Cu含量高于0.65％时，会引起热脆现象，不利于钢材及热影响区韧性，同时在自回火过程中，中心部位将有较多ε-Cu析出，导致中心部位强度急剧升高，恶化其韧性和焊接性能。因此，Cu含量限制在0.25～0.65％。
(7)本发明的Ni含量选择在0.20～0.75％，Ni对钢材强度贡献不大，但能明显改善钢材韧性，还可以有效防止在连铸和热轧期间由于Cu诱发的表面开裂。特别是对Cu、Cr等固溶强化元素含量高的钢材，其改善低温韧性的作用就更为明显。Ni量过高，
除增加生产成本外，钢板表面易产生难以脱落的氧化铁皮，并且可能损害钢的焊接热影响区韧性。
本发明的Als含量选择在0.010～0.045％，Als常作为脱氧元素加入钢中。Als可与N结合形成细小的AlN颗粒，提高钢的强度和改善韧性。本发明中Als还可以与[O]结合形成微细的氧化物颗粒作为组织形核核心，细化钢材和HAZ组织。若Als含量低于0.010％，上述作用不明显，不能有效改善钢材和HAZ冲击韧性，若Als含量高于0.045％时，易形成复杂的尺寸粗大的氧化物夹杂物，降低钢的韧性，恶化焊接热影响冲击韧性。
(8)本发明的Ca是脱氧元素，也是脱硫元素，其含量控制在0.0020～0.0080％，是本发明钢中的重要元素。钢中添加适量的Ca将硫化物夹杂物球化，还可以在钢中形成极其细小的氧化物作为铁素体形核核心，有利于提高钢材的低温韧性和HAZ韧性。为了提高其脱氧脱硫效果，改善钢材质量和焊接热影响区性能，Ca含量应不低于0.0020％；Ca含量超过0.0080％时，则会形成许多尺寸较大的含Ca的氧化物和硫化物混合夹杂，不利于钢材和热影响区的冲击韧性。
(9)本发明的O含量选择在10～20×10-4％，一般情况下，O在钢中属于有害气体，为确保钢质纯净度和钢中氧化物夹杂的总量，需将O含量严格限制在较低水平。但当O含量低于10×10-4％时，则钢中单位面积作为形核核心的Ca、Als的细小氧化物颗粒数量不足。为避免钢中出现过多的氧化物类的大尺寸复合夹杂物，钢中O含量上限限制在20×10-4％以内。
(10)本发明钢还可含有Ti：0.008～0.030％，Cr≤0.15％，Mo≤0.15％及RE：0.0005～0.0015％，余量为Fe及不可避免的夹杂。
(11)本发明的Ti选择在0.008～0.030％，Ti也是一种强碳氮化物形成元素，在钢中析出细小的TiN、Ti(CN)或Nb\Ti的复合碳氮化物，这些细小颗粒可有效阻止加热和焊接过程中奥氏体晶粒 长大，提高钢的低温韧性。Ti与Nb同时加入，会进一步提高钢奥氏体再结晶温度，扩大轧制工艺范围。但Ti大于0.030％时，析出的Ti的碳氮化物颗粒尺寸将达到几个甚至十几个μm数量级，细化晶粒作用减弱，对钢材和焊接热影响区的韧性作用不明显，当Ti小于0.008％时，单位面积内颗粒数量不足，起不到细化晶粒效果，故Ti限定为0.008～0.030％。
(12)本发明的Mo、Cr含量均选在0.15％以下，Mo在钢中的作用主要是固溶强化，少量Mo以碳化物形式存在。过量Mo不仅在快速冷却过程中容易获得大量的贝氏体或马氏体组织，在焊接冷却中也易获得影响焊接热影响区韧性的马氏体组织，恶化了钢材和热影响区性能，因此，Mo含量不得大于0.15％。Cr是有效提高钢板强度的元素，也是提高钢淬透性元素，使得铁素体相变明显右移，拓宽贝氏体相变的冷速区间，促进中温转变组织的形成，但本发明钢中，Cr含量超过0.15％时，则会显著降低钢材和热影响区韧性。
(13)本发明的RE含量选择在0.0005～0.0015％，适量的RE可以控制硫化锰夹杂物形态，改善钢的低温韧性，过量的RE可能会与钢中硫化物形成大的团粒和大的夹杂物团，损害钢的纯净度，对焊接热影响区性能产生不利影响。
同时上述化学成分还必须满足公式：①2.00％≤2.3C+Mn≤2.30％，②0.20％≤2Cr+Mo≤0.30％,③Ca/(S+[O])＝1.0～3.0，④(Cu+3.4Cr)/Ni＝1.0～2.1。
本发明中，当2.3C+Mn＜2.00％时，导致钢强度不足，当2.3C+Mn＞2.30％时，钢中含有较高的C含量，其固溶强化引起的低温韧性下降无法得到Ni的有效弥补，造成钢材低温韧性恶化，同时过高的C和Mn含量不利于焊接热影响区韧性；当2Cr+Mo＜0.20％时，Cu、Cr固溶强化作用不明显，无法保证钢材强度，当2Cr+Mo＞0.30％时，对钢材和热影响区性能均产生不利影响；当Ca/(S+[O])＜1.0时，Ca对硫化物夹杂物的变质球化作用不明显，同时作为形核核心的细小的Ca氧化物颗粒较少， Ca/(S+[O])＞3.0时，钢中将会形成较多尺寸较大的CaO、Al2O3、CaS、MnS氧化物和硫化物混合夹杂，严重恶化钢的低温韧性和焊接性能；为确保本发明钢的综合力学性能和焊接性能，Cu、Cr、Ni质量分数还必须满足(Cu+3.4Cr)/Ni＝1.0～2.1。
本发明强韧性匹配优良的特厚焊接结构钢板的生产工艺，其工艺参数的控制如下：
(1)进行深脱硫，来料铁水温度控制在1250～1300℃，S≤0.030％，脱硫终点S≤0.0010％；
(2)进行转炉冶炼，控制入转炉铁水温度不低于1220℃，铁水成分Si：0.30～0.80％，Mn≤0.60％，P≤0.150％,S≤0.0020％，控制转炉冶炼中点吹次数不大于2次，出钢温度控制在1660～1720℃；
(3)进行LF精炼，保证精炼时间在35～50分钟，渣碱度控制在3.3～3.8；
(4)进行RH真空处理，控制到站钢水温度在1620～1640℃，处理时间在10～20分钟；
(5)进行浇注，控制拉坯速度在0.8～1.0m/min，铸坯厚度断面尺寸为300mm；
(6)对铸坯加热，铸坯温度在800℃以下时，加热速率为7～9min/cm；铸坯温度在800℃以上时，加热速率为9～11min/cm；加热段温度控制为1240～1300℃，在1200～1220℃下保温30～40min，在炉总加热时间为240～300min；
(7)进行两阶段控制轧制：在1100～1150℃进行3～4道第一阶段轧制，展宽比在1.2～1.6，道次压下率为50～65％，结束温度在1000～1100℃；在奥氏体未再结晶区进行3～5道第二阶段轧制，控制总压下率在45～55％，终轧温度为800～860℃；
(8)进行快速层流冷却，冷却速率控制为3～10℃/s，终冷温度按550～600℃控制，下水量与上水量比值控制在1.1～1.5；最后空冷至室温；
(9)进行正火热处理，热处理温度为880～920℃，在炉时间为[板厚(mm)+30～50]min，冷却方式为雾冷或层流冷却，冷却速度2～5℃/s，终冷温度为650～750℃。
本发明的优点在于：本发明的钢板不需添加大量Mo、Cr等贵重金属，生产工艺简单，利用本发明的工艺生产的100～120mm特厚钢板具有高强度(ReL≥400MPa)、高韧性(-20℃下KV2≥120J)、低屈强比(≤0.75)、良好的延展性、焊接性能和冷热加工性能、厚度方向力学性能均匀等特点。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明强韧性匹配优良的特厚焊接结构钢板的生产工艺，具体步骤如下：
(1)进行深脱硫，来料铁水温度控制在1250～1300℃，S≤0.030％，脱硫终点S≤0.0010％；
(2)进行转炉冶炼，控制入转炉铁水温度不低于1220℃，铁水成分Si：0.30～0.80％，Mn≤0.60％，P≤0.150％,S≤0.0020％，控制转炉冶炼中点吹次数不大于2次，出钢温度控制在1660～1720℃；
(3)进行LF精炼，保证精炼时间在35～50分钟，渣碱度控制在3.3～3.8；
(4)进行RH真空处理，控制到站钢水温度在1620～1640℃，处理时间在10～20分钟；
(5)进行浇注，控制拉坯速度在0.8～1.0m/min，铸坯厚度断面尺寸为300mm；
(6)对铸坯加热，铸坯温度在800℃以下时，加热速率为7～9min/cm；铸坯温度在800℃以上时，加热速率为9～11min/cm；加热段温度控制为1240～1300℃，在1200～1220℃下保温30～40min，在炉总加热时间为240～300min；
(7)进行两阶段控制轧制：在1100～1150℃进行3～4道第 一阶段轧制，展宽比在1.2～1.6，道次压下率为50～65％，结束温度在1000～1100℃；在奥氏体未再结晶区进行3～5道第二阶段轧制，控制总压下率在45～55％，终轧温度为800～860℃；
(8)进行快速层流冷却，冷却速率控制为3～10℃/s，终冷温度按550～600℃控制，下水量与上水量比值控制在1.1～1.5；最后空冷至室温。
(9)进行正火热处理，热处理温度为880～920℃，在炉时间为[板厚(mm)+30～50]min，冷却方式为雾冷或层流冷却，冷却速度2～5℃/s，终冷温度为650～750℃。
以下：表1为本发明各实施例及对比例化学成分取值列表；表2为本发明各实施例及对比例主要工艺参数取值列表；表3为本发明实施例的力学性能试验结果。
表1本发明钢板与对比钢的化学成分对比(wt，％)(一)
表1本发明钢板与对比钢的化学成分对比(wt，％)(二)
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
表3本发明各实施例的力学性能试验结果
经对本发明的钢板表层、板厚1/4处和板厚1/2处取样进行常温拉伸性能、-20℃纵向冲击试验，并与对比钢进行对比，其结果：本发明的钢板表层位置的屈服强度与对比钢处于同一水平，而抗拉强度比、延伸率以及冲击韧性均优于对比钢，且本发明的钢板具有较低的屈强比；本发明的钢板厚1/4处和板厚1/2处的屈服和抗拉强度以及延伸率、冲击韧性水平明显高于对比钢。总之，本发明的钢板强韧性匹配优异，具有高强度、高韧性、低屈 强比、良好的抗层状撕裂性能和延展性以及厚度方向力学性能均匀等特点。更为重要的是本发明的钢板不同取样部位的强度和韧性指标处于同一水平，而对比例的钢板不同取样部位的性能水平差异较大，表现为由表层沿厚度方向到中心部位，其强度和韧性指标明显降低，显然本发明的钢板沿厚度方向力学性能均匀性较好。
按照本发明的钢板成分和生产工艺生产的100～120mm特厚焊接结构钢板的强韧性匹配优异，具有高强度、高韧性、低屈强比、良好的延展性、焊接性能和冷热加工性能、厚度方向力学性能均匀等特点。本发明用途广泛，可应用于建筑、海洋平台、桥梁、厂矿及体育场馆等各种钢结构工程。

Claims (3)

1.一种强韧性匹配优良的特厚焊接结构钢板，其特征在于：以质量分数计，它包含如下化学成分：
0.13～0.19％C；0.30～0.60％Si；1.60～2.00％Mn；P≤0.010％；S≤0.002％；0.030～0.070％Nb；0.05～0.10％V；0.25～0.65％Cu；0.20～0.75％Ni；0.010～0.045％Als；0.0020～0.0080％Ca；10～20×10-4％[O]；还含有0.008～0.030％Ti，Cr≤0.15％，Mo≤0.15％及0.0005～0.0015％RE，余量为Fe及不可避免杂质；
其中，2.00％≤2.3C+Mn≤2.30％；0.20％≤2Cr+Mo≤0.30％；Ca/(S+[O])＝1.0～3.0；(Cu+3.4Cr)/Ni＝1.0～2.1。
2.一种生产如权利要求1所述强韧性匹配优良的特厚焊接结构钢板的方法，它包括如下步棸：
(1)进行深脱硫：来料铁水温度控制在1250～1300℃，S≤0.030％，脱硫终点S≤0.0010％；
(2)进行转炉冶炼：控制入转炉铁水温度不低于1220℃，铁水成分中Si：0.30～0.80％，Mn≤0.60％，P≤0.150％,S≤0.0020％，控制转炉冶炼中点吹次数不大于2次，出钢温度控制在1660～1720℃；
(3)进行LF精炼：保证精炼时间在35～50分钟，渣碱度控制在3.3～3.8；
(4)进行RH真空处理：控制到站钢水温度在1620～1640℃，处理时间在10～20分钟；
(5)进行浇注：控制拉坯速度在0.8～1.0m/min，铸坯厚度断面尺寸为300mm；
(6)对铸坯加热：铸坯温度在800℃以下时，加热速率为7～9min/cm；铸坯温度在800℃以上时，加热速率为9～11min/cm；加热段温度控制为1240～1300℃，在1200～1220℃下保温30～40min，在炉总加热时间为240～300min；
(7)进行两阶段控制轧制：在1100～1150℃进行3～4道第一阶段轧制，展宽比在1.2～1.6，道次压下率为50～65％，结束温度在1000～1100℃；在奥氏体未再结晶区进行3～5道第二阶段轧制，控制总压下率在45～55％，终轧温度为800～860℃；
(8)进行快速层流冷却：冷却速率控制为3～10℃/s，终冷温度按550～600℃控制，下水量与上水量比值控制在1.1～1.5；最后空冷至室温；
(9)进行正火热处理：热处理温度为880～920℃，在炉时间为[板厚(mm)+30～50]min，冷却方式为雾冷或层流冷却，冷却速度2～5℃/s，终冷温度为650～750℃。
3.根据权利要求2所述的强韧性匹配优良的特厚焊接结构钢板的生产工艺，其特征在于：
所述步骤(1)中，来料铁水温度为1300℃；
所述步骤(2)中，控制转炉冶炼中点吹次数为2次，出钢温度为1720℃；
所述步骤(3)中，精炼时间为50分钟，渣碱度为3.8；
所述步骤(4)中，到站钢水温度为1640℃，处理时间为20分钟；
所述步骤(5)中，拉坯速度为1.0m/min；
所述步骤(6)中，铸坯温度在800℃以下时，加热速率为9min/cm；铸坯温度在800℃以上时，加热速率为11min/cm；加热段温度为1300℃，在1220℃保温40min，在炉总加热时间为300min；
所述步骤(7)中，在1150℃进行3～4道第一阶段轧制，展宽比为1.6，道次压下率为65％，结束温度为1100℃；在奥氏体未再结晶区进行3～5道第二阶段轧制，总压下率为55％，终轧温度为860℃；
所述步骤(8)中，冷却速率为10℃/s，终冷温度为600℃，下水量与上水量比值为1.5；
所述步骤(9)中，热处理温度为920℃，在炉时间为[板厚(mm)+50]min，冷却方式层流冷却，冷却速度5℃/s，终冷温度为750℃。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105695860A (zh) * 2016-03-29 2016-06-22 安徽天澄钢构有限公司 一种结构钢及其生产工艺
CN105886943A (zh) * 2016-06-27 2016-08-24 肥西县碧涛建材有限公司 一种结构钢及其生产工艺
CN108546866A (zh) * 2018-04-04 2018-09-18 首钢集团有限公司 一种690MPa级高韧性结构钢的生产方法
CN109868342A (zh) * 2019-03-28 2019-06-11 北京科技大学 一种利用稀土提高高碳当量钢板焊接热影响区韧性的方法
CN109930070A (zh) * 2019-03-28 2019-06-25 北京科技大学 一种利用稀土提高低碳当量钢板焊接热影响区韧性的方法
CN110052500A (zh) * 2019-03-15 2019-07-26 舞阳钢铁有限责任公司 一种控轧型超宽钢板的生产方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101613840A (zh) * 2008-06-23 2009-12-30 宝山钢铁股份有限公司 强韧性匹配及高温性能优良的特厚钢板及其制造方法
CN101691643A (zh) * 2009-10-15 2010-04-07 武汉钢铁(集团)公司 高强韧性焊接结构用耐火抗震建筑钢及其生产方法
CN101818304A (zh) * 2010-03-23 2010-09-01 武汉钢铁(集团)公司 一种超大线能量焊接高强钢及其生产方法
CN102373387A (zh) * 2011-11-02 2012-03-14 武汉钢铁(集团)公司 大应变冷弯管用钢板及其制造方法
CN103667921A (zh) * 2013-12-18 2014-03-26 武汉钢铁(集团)公司 沿厚度方向性能均匀的高强韧性厚钢板及其生产方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101613840A (zh) * 2008-06-23 2009-12-30 宝山钢铁股份有限公司 强韧性匹配及高温性能优良的特厚钢板及其制造方法
CN101691643A (zh) * 2009-10-15 2010-04-07 武汉钢铁(集团)公司 高强韧性焊接结构用耐火抗震建筑钢及其生产方法
CN101818304A (zh) * 2010-03-23 2010-09-01 武汉钢铁(集团)公司 一种超大线能量焊接高强钢及其生产方法
CN102373387A (zh) * 2011-11-02 2012-03-14 武汉钢铁(集团)公司 大应变冷弯管用钢板及其制造方法
CN103667921A (zh) * 2013-12-18 2014-03-26 武汉钢铁(集团)公司 沿厚度方向性能均匀的高强韧性厚钢板及其生产方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105695860A (zh) * 2016-03-29 2016-06-22 安徽天澄钢构有限公司 一种结构钢及其生产工艺
CN105886943A (zh) * 2016-06-27 2016-08-24 肥西县碧涛建材有限公司 一种结构钢及其生产工艺
CN108546866A (zh) * 2018-04-04 2018-09-18 首钢集团有限公司 一种690MPa级高韧性结构钢的生产方法
CN110052500A (zh) * 2019-03-15 2019-07-26 舞阳钢铁有限责任公司 一种控轧型超宽钢板的生产方法
CN109868342A (zh) * 2019-03-28 2019-06-11 北京科技大学 一种利用稀土提高高碳当量钢板焊接热影响区韧性的方法
CN109930070A (zh) * 2019-03-28 2019-06-25 北京科技大学 一种利用稀土提高低碳当量钢板焊接热影响区韧性的方法

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