CN104962814A - 一种正火高强韧性150mm特厚板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种正火高强韧性150mm特厚板及其生产方法，属于特厚板生产技术领域。该方法主要为控制钢水冶炼、板坯浇铸、钢板轧制、钢板正火处理及冷却等步骤中的工艺参数。优点在于：通过设计合理的成分体系及优化的“控轧+正火+弱水冷”工艺，钢板综合力学性能优良，钢板厚度方向不同位置力学性能差异小且稳定，-40℃及-60℃冲击韧性良好，完全满足Q460级别150mm特厚钢板对强度、冲击韧性的要求，在工程结构用钢领域，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于特厚板生产技术领域，特别涉及一种正火高强韧性150mm特厚板及其生产方法。尤其涉及一种400mm厚连铸坯生产正火高强韧性150mm特厚板及其生产方法。
背景技术
在国内，一般将厚度在“20mm～60mm”之间的钢板称为厚板，而将“厚度＞60mm”的钢板称为特厚板。特厚板的用途非常户泛，主要用于船舰、锅炉、压力容器、加压器、蒸汽发生器、化学反应合成塔、重油高温高压脱硫装置、水电涡轮的部件及桥梁、机器机座、兵器、模具、装甲及建筑构件等方面。传统的高强度高韧性特厚板，采用电渣重熔加锻造加工而成，生产成本相对较高。
连铸技术的迅速发展是当代钢铁工业发展的一个引人注目的动向，它与传统的钢锭模浇铸相比具有较大的技术经济优越性，具有简化生产工序、提高金属的收得率、改善劳动条件、铸坯质量好等优点。用连铸坯轧成的板材，横向性能优于模铸。由于国内板坯料厚度有限，连铸坯厚度多为180～250mm，单重较小，压缩比不高。
目前，在中厚钢板生产过程中，TMCP工艺已普遍应用，且已在管线钢、高强度结构钢、海洋平台用钢、船板等生产中发挥积极作用，大大提高了钢板的综合力学性能并节约了贵重合金元素的加入。但是，采用TMCP工艺所生产的钢板，其力学性能离散度较大。因此，对于生产特厚规格高强韧性钢板，尤其是性能均匀性要求较高的特厚板，热处理仍然是生产高性能和高附加值钢板的重要工序，不仅可以改进钢板的加工性能，而且能显著改善钢板的力学性能。其中，正火热处理是提高钢板韧性、改善钢板组织的重要工艺手段。
但是，正火后的冷却通常采用空冷方式，导致钢板相变温度较高，铁素体晶粒粗大，钢板的屈服强度降低。将钢热到超过临界点以上某一温度，保温一段时间后，可获得细小而均匀的奥氏体组织；随后选择不同的冷却方式和冷却速度进行冷却，得到的组织和性能有很大的差异。而获得不同的金相组织和力学性能，是钢板热处理的主要目的。
对比专利1(公开号：CN 103233160 A)，一种屈服强度460MPa级正火容器钢及其制造方法，采用常规的C、Mn、Nb等合金设计、普通的轧制工艺及正常的正火热处理工艺，生产厚度规格仅为12mm～30mm，钢板规格较薄，无法满足特厚板的使用要求。
对比专利2(公开号：CN 101319270A)，一种提高正火钢板的热处理方法，采用正火+水冷方式，生产60mm及以下规格抗拉强度550MPa级Nb微合金化钢板，同样，所涉及钢板规格较薄，仍无法满足特厚板的使用要求；对于薄规格钢板，正火后加水冷却，钢板表面质量存在一定的隐患。
秦皇岛首秦金属材料公司(以下简称“首秦公司”)拥有国内较厚的400mm厚板坯连铸机，可生产单重较大且内部质量优良的厚钢坯。在特厚板生产领域，具有一定的设备优势；首秦公司同时拥有比较先进的4300mm中厚板生产线。在冷却***方面，配有德国LOI公司设计的调质热处理生产线。
本发明结合首秦公司现有的工装设备及严格的工艺过程控制，使用400mm厚规格板坯，成功开发出150mm正火高强度、高韧性特厚板，强度级别达到Q460，质量等级可以达到F级(-60℃)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种正火高强韧性150mm特厚板及其生产方法，通过合理的合金成分设计、严格的控轧控冷、正火+水冷工艺，解决特厚板低温冲击较差、正常正火后强度不足问题。
一种正火高强韧性150mm特厚板，其化学成分为(重量百分比)，C：0.14％～0.19％；Si：0.20％～0.50％；Mn：1.40％～1.70％；Ni：0.30％～0.40％；Cu：0.10％～0.30％；Nb：0.035％～0.050％；V：0.030％～0.050％；Ti：0.010％～0.020％；Alt：0.015％～0.050％；P：≤0.015％；S：≤0.0050％；碳当量Ceq(％)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni/+Cu)/15，且Ceq(％)范围：0.41％～0.53％；其余为Fe及不可避免杂质。
一种正火高强韧性150mm特厚板的生产方法，具体步骤为：铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空处理→板坯浇铸→钢坯加热→钢板轧制→钢板堆垛缓冷→正火处理→正火后弱水冷→取样、制样及力学性能检验。本发明所涉及的工艺参数如下：
1、钢水冶炼过程中，根据本发明成分范围要求，在保证C含量范围的前提下，添加合金元素Mn、Ni、Cu及微合金元素Nb、V、Ti，并严格控制杂质元素P、S含量为P：≤0.015％，S：≤0.0050％。
2、板坯浇铸过程采用恒拉速操作工艺，拉速范围为0.50～0.80m/min，保证铸坯中心偏析C类≤1.0；通过严格的成分控制，利用400mm板坯浇铸机，生产成分合理、内部质量良好的400mm厚连铸坯，为150mm特厚板的的轧制奠定基础。
3、钢板轧制过程采用控轧控冷工艺，粗轧结束温度为980～1050℃，待温厚度为钢板厚度+50～60mm；精轧开始温度为830～850℃，结束温度为780～800℃。
4、钢板轧制后，进行堆垛缓冷，堆垛缓冷的温度为500℃～600℃，堆垛缓冷的时间为72h～96h。
5、钢板正火处理过程中，设置正火温度为850～890℃；正火处理过程中钢板的总在炉时间为加热炉系数×钢板厚度+保温时间，保温时间为10～20min。具体正火温度与加热炉系数对照图见附图1所示。
6、钢板正火处理后，采用弱水冷的工艺进行冷却，保证终冷温度为600～700℃；冷却过程中，钢板行进速度，即辊速为20～25m/min；设计弱水冷设备共20组水嘴，其中，1～14组水嘴为高压区段，15～20组水嘴为低压区段，第1、2、3、7、8、9、13、15、17及19组水嘴为上水嘴，第4、5、6、10、11、12、14、16、18及20组水嘴为下水嘴；为保证弱水冷效果，使用7～20组水嘴，并设置7～20组水嘴的水量分别为60±5L、170±10L、60±10L、90±5L、320±10L、90±10L、200±10L、400±10L、400±10L、500±10L、500±10L、800±10L、1000±10L及1000±10L，高压区总水量为1390±80L，高压区上下水嘴水比为：0.48～0.62，低压区总水量为3200±60L，低压区上下水嘴水比为：0.48～0.52。通过上述正火加弱水冷工艺，可细化晶粒，改善钢板的强度及韧性。
通过以上工艺流程，所生产的150mm特厚板，力学性能稳定且厚度方向性能比较均匀，具有较好的强度、塑性、韧性，完全可以达到Q460级别高强度结构板的性能要求，质量等级可以达到F级。其中，钢板近表面处、钢板厚度1/4处及钢板厚度1/2处力学性能见表1所示：钢板近表面处主要微观组织为细小均匀的铁素体，钢板厚度方向1/4处主要微观组织为铁素体+珠光体混合组织，钢板厚度方向1/2处微观组织仍为为铁素体+珠光体混合组织，珠光体含量增多，铁素体组织略微粗化。
表1 钢板不同位置力学性能范围
| 取样位置 | ReL/MPa | Rm/MPa | A/％ | -40℃AKv/J | -60℃AKv/J |
| 钢板近表面 | ＞460～530 | ＞580～650 | ＞18～30 | ＞150～250 | ＞80～150 |
| 钢板厚度1/4处 | ＞415～485 | ＞550～620 | ＞18～30 | ＞120～200 | ＞70～120 |
| 钢板厚度1/2处 | ＞400～470 | ＞550～620 | ＞18～30 | ＞60～150 | ＞40～80 |
注：ReL(下屈服强度)、Rm(抗拉强度)、A(断后伸长率)、AKv(冲击)
本发明的优点在于：通过设计合适的成分体系，采用中C、一定量的Ni和Cu，少量的微合金元素Nb、V、Ti，采用400mm厚连铸坯，通过“控轧+正火+弱水冷”工艺，成功生产150mm规格高强度高韧性特厚板，其综合力学性能优良，钢板厚度方向不同位置力学性能差异小且稳定，-40℃及-60℃冲击韧性良好，完全满足Q460级别150mm特厚钢板对强度、冲击韧性的要求；不同位置微观组织均匀；
在工程结构用钢领域，具有较好的应用前景。
附图说明
图1正火温度与加热炉系数对照关系。
图2为实施例150mm规格钢板近表面微观组织。
图3为实施例150mm规格钢板厚度1/4处微观组织。
图4为实施例150mm规格钢板厚度1/2处微观组织。
具体实施方式
实施例1
一种正火高强韧性150mm特厚板，在首秦公司4300mm宽厚板生产线完成钢坯冶炼、板坯浇铸(板坯规格--厚度×宽度×长度：400mm×2400mm×4100mm)、钢板轧制(轧制规格--厚度×宽度：150mm×2500mm×10000mm)及正火+弱水冷处理。
其化学成分(wt％)如表2所示：
表2 钢坯化学成分(wt％)
| C | Si | Mn | P | S | Alt | Ni | Cu | V | Nb | Ti | CEQ |
| 0.18 | 0.33 | 1.55 | 0.010 | 0.003 | 0.032 | 0.32 | 0.20 | 0.048 | 0.042 | 0.016 | 0.48 |
板坯浇铸工程中，拉速范为0.75m/min，铸坯中心偏析C类0.5。
轧制工艺参数设置及热处理工艺控制过程参数见表3及表4。正火处理过程中，正火温度880℃，根据正火温度与加热系数的关系，加热系数为1.567，正火过程中总在炉时间＝150mm*1.567min/mm+15min≈250min。为保证弱水冷后的温度满足要求，合理配置高压区及低压区各水嘴水量及辊道速度，辊道速度为20m/min。
表3 轧制工艺参数设置
注：厚度单位-mm；温度单位-℃，时间-h
表4 热处理工艺参数设置
注：温度单位-℃；高压区及低压区水量单位-L，时间-h，辊速-m/min
钢板力学性能如表5所示：
表5实施例钢板力学性能
注：0534+S，表示钢板近表面性能；0534+Q，表示钢板板厚1/4处性能；0534-C，表示钢板板厚1/2处性能；ReL(下屈服强度)、Rm(抗拉强度)、A(断后伸长率)、AKv(冲击)
以上实例仅是对本发明最佳实施方式的简单描述，不对本发明的范围有任何限制。
Claims (3)
1.一种正火高强韧性150mm特厚板，其特征在于，化学成分按重量百分比为，C：0.14％～0.19％；Si：0.20％～0.50％；Mn：1.40％～1.70％；Ni：0.30％～0.40％；Cu：0.10％～0.30％；Nb：0.035％～0.050％；V：0.030％～0.050％；Ti：0.010％～0.020％；Alt：0.015％～0.050％；P：≤0.015％；S：≤0.0050％；碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni/+Cu)/15：0.41％～0.53％；其余为Fe及不可避免杂质。
2.一种权利要求1所述的特厚板的生产方法，具体步骤为：铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空处理→板坯浇铸→钢坯加热→钢板轧制→钢板堆垛缓冷→正火处理→正火后弱水冷→取样、制样及力学性能检验；其特征在于，
工艺步骤参数如下：
1)钢水冶炼：添加合金元素Mn、Ni、Cu及微合金元素Nb、V、Ti，并控制杂质元素P、S含量为P：≤0.015％，S：≤0.0050％；
2)板坯浇铸：采用恒拉速操作工艺，拉速范围为0.50～0.80m/min，保证铸坯中心偏析C类≤1.0；
3)钢板轧制：采用控轧控冷工艺，粗轧结束温度为980～1050℃，待温厚度为钢板厚度+50～60mm；精轧开始温度为830～850℃，结束温度为780～800℃；
4)堆垛缓冷：设置堆垛缓冷的温度为500℃～600℃，堆垛缓冷的时间为72h～96h；
5)钢板正火处理：设置正火温度为850～890℃；正火处理过程中钢板的总在炉时间为加热炉系数×钢板厚度+保温时间，保温时间为10～20min；
6)冷却：采用弱水冷的工艺进行冷却，保证终冷温度为600～700℃；冷却过程中，钢板行进速度，即辊速为20～25m/min。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤6)中所述的弱水冷的工艺为：设计弱水冷设备共20组水嘴，其中，1～14组水嘴为高压区段，15～20组水嘴为低压区段，第1、2、3、7、8、9、13、15、17及19组水嘴为上水嘴，第4、5、6、10、11、12、14、16、18及20组水嘴为下水嘴；为保证弱水冷效果，使用7～20组水嘴，并设置7～20组水嘴的水量分别为60±5L、170±10L、60±10L、90±5L、320±10L、90±10L、200±10L、400±10L、400±10L、500±10L、500±10L、800±10L、1000±10L及1000±10L，高压区总水量为1390±80L，高压区上下水嘴水比为：0.48～0.62，低压区总水量为3200±60L，低压区上下水嘴水比为：0.48～0.52。
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2015
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