CN105695860A - 一种结构钢及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结构钢及其生产工艺，涉及冶金技术领域，按质量百分比计，所述结构钢含有C 0.18-0.35％、Si 0.15-0.30％、Mn 0.95-1.3％、P 0-0.01％、Als 0.015-0.04％、S 0-0.002％、Mo 0.15-0.17％、Cr 0.7-0.8％、Ca 0.002-0.008％、Nb 0.015-0.03％、Ni 0-0.1％、Cu 0.15-0.25％，余量为铁及不可避免杂质，采用本发明的技术方案，生产成本低、生产效率高，且生产出的钢板具有高强度、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的特点。

Description

一种结构钢及其生产工艺
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种结构钢及其生产工艺。
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。
专利号为CN103725966A公开了一种100-150mm合金结构钢4140厚板及其生产方法，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C：0.39～0.42、Si：0.20～0.30、Mn：0.85～0.95、P≤0.010、S≤0.003、Als：0.020～0.040、Cr：0.9-1.0、Mo：0.17-0.23，其它为Fe和残留元素。通过KR铁水预处理、转炉冶炼、吹氩处理、LF精炼、VD精炼、模铸、钢锭缓冷、钢锭清理、加热、控轧、堆冷、热处理、缓冷工艺，严格控制钢中P、S等影响钢板塑韧性的有害元素含量。
上述技术方案虽然保证了4140钢种100-150mm厚度钢板内部残余应力最小化，内部质量合格，但成本高、不利于推广，且钢板的厚度方向力学不均匀，因此，需要设计出能够解决以上问题的结构钢及其生产工艺。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种结构钢及其生产工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种结构钢，按质量百分比计，所述结构钢含有C0.18-0.35％、Si0.15-0.30％、Mn0.95-1.3％、P0-0.01％、Als0.015-0.04％、S0-0.002％、Mo0.15-0.17％、Cr0.7-0.8％、Ca0.002-0.008％、Nb0.015-0.03％、Ni0-0.1％、Cu0.15-0.25％，余量为铁及不可避免杂质。
优选的，所述结构钢含有C0.30％、Si0.20％、Mn0.95％、P0.01％、Als0.02％、S0.001％、Mo0.15％、Cr0.7％、Ca0.005％、Nb0.02％、Ni0.1％、Cu0.20％，余量为铁及不可避免杂质。
一种结构钢的生产工艺，所述生产工艺具体包括以下步骤：
a.铁水脱硫：来料钢水温度控制在1250～1300℃，S≤0.008％，脱硫剂加入量为每100t钢水700KG，脱硫终点S≤0.004％；
b.转炉冶炼：入炉铁水S≤0.004％、P≤0.060％，铁水温度≥1350℃，铁水成分中Si0.15-0.30％，Mn0.95-1.3％，P0-0.01％，出钢温度≥1600℃，出钢时间不得小于4min，出钢至1/3，顺序加入Al-Mo、Fe-Cr、Ca-Fe-Nb-Ni-Cu、复合中铝或铝块等进行脱氧和合金化，至出钢2/3加完；
c.LF精炼：精炼时间35～50min，渣碱度控制在3.3～3.8；
d.RH真空处理：控制到站钢水温度在1650～1670℃，处理时间在10～20min；
e.连铸：采用全过程保护浇注工艺，首炉次中包过热度不得高于45℃，连浇炉次中包过热度控制在15-30℃，中间包使用低碳覆盖剂，使用方坯中碳钢保护渣，须少量、多次加入，以保持渣面稳定，中包水口在结晶器中严格对中，***深度≥70mm，中包采用满包浇铸，换包时中包液面高度不得低于400mm，根据断面和钢水过热度采取恒拉速浇注，液面波动控制在±5mm以内
f.钢锭缓冷：钢锭脱模后立即吊入缓冷内进行缓冷，缓冷温度400-500℃，缓冷时间48-72h；
g.钢锭清理：钢锭缓冷结束后用火焰枪对钢锭宽度1/2位置进行清理，清理宽度控制在30-50CM，清理深度控制在5-10mm；
h.加热:加热温度及加热时间如下：钢锭入库温度≤700℃，焖钢温度450-500℃，时间4h，升温至一加热速度100℃/S，当温度升至900℃时保温8h，升温至二加热速度100-120℃/S，温度升至1000℃时升温速度不限，温度升至1260-1800℃时保温13h，然后进行翻钢，翻钢后重新升温2h至1260-1280℃，然后保温2h出钢；
i.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；
j.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℃。
优选的，所述步骤c中精炼时间为50min，渣碱度为3.8。
优选的，所述步骤a中来料铁水温度为1300℃。
优选的，所述步骤f中缓冷温度500℃，缓冷时间72h。
采用本发明的技术方案，生产成本低、生产效率高，且生产出的钢板具有高强度、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的特点。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1：
一种结构钢，按质量百分比计，所述结构钢含有C0.35％、Si0.30％、Mn1.3％、P0.01％、Als0.04％、S0.002％、Mo0.17％、Cr0.8％、Ca0.008％、Nb0.03％、Ni0.1％、Cu0.25％，余量为铁及不可避免杂质。
一种结构钢的生产工艺，所述生产工艺具体包括以下步骤：
a.铁水脱硫：来料钢水温度控制在1250～1300℃，S≤0.008％，脱硫剂加入量为每100t钢水700KG，脱硫终点S≤0.004％；
b.转炉冶炼：入炉铁水S≤0.004％、P≤0.060％，铁水温度≥1350℃，铁水成分中Si0.15-0.30％，Mn0.95-1.3％，P0-0.01％，出钢温度≥1600℃，出钢时间不得小于4min，出钢至1/3，顺序加入Al-Mo、Fe-Cr、Ca-Fe-Nb-Ni-Cu、复合中铝或铝块等进行脱氧和合金化，至出钢2/3加完；
c.LF精炼：精炼时间50min，渣碱度控制在3.8；
d.RH真空处理：控制到站钢水温度在1670℃，处理时间在20min；
e.连铸：采用全过程保护浇注工艺，首炉次中包过热度不得高于45℃，连浇炉次中包过热度控制在15-30℃，中间包使用低碳覆盖剂，使用方坯中碳钢保护渣，须少量、多次加入，以保持渣面稳定，中包水口在结晶器中严格对中，***深度≥70mm，中包采用满包浇铸，换包时中包液面高度不得低于400mm，根据断面和钢水过热度采取恒拉速浇注，液面波动控制在±5mm以内
f.钢锭缓冷：钢锭脱模后立即吊入缓冷内进行缓冷，缓冷温度500℃，缓冷时间72h；
g.钢锭清理：钢锭缓冷结束后用火焰枪对钢锭宽度1/2位置进行清理，清理宽度控制在30-50CM，清理深度控制在5-10mm；
h.加热:加热温度及加热时间如下：钢锭入库温度≤700℃，焖钢温度450-500℃，时间4h，升温至一加热速度100℃/S，当温度升至900℃时保温8h，升温至二加热速度100-120℃/S，温度升至1000℃时升温速度不限，温度升至1260-1800℃时保温13h，然后进行翻钢，翻钢后重新升温2h至1260-1280℃，然后保温2h出钢；
i.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；
j.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℃。
实施例2：
一种结构钢，按质量百分比计，所述结构钢含有C0.18％、Si0.15％、Mn0.95％、Als0.015％、Mo0.15％、Cr0.7％、Ca0.002％、Nb0.015％、Cu0.15％，余量为铁及不可避免杂质。
一种结构钢的生产工艺，所述生产工艺具体包括以下步骤：
a.铁水脱硫：来料钢水温度控制在1250～1300℃，S≤0.008％，脱硫剂加入量为每100t钢水700KG，脱硫终点S≤0.004％；
b.转炉冶炼：入炉铁水S≤0.004％、P≤0.060％，铁水温度≥1350℃，铁水成分中Si0.15-0.30％，Mn0.95-1.3％，P0-0.01％，出钢温度≥1600℃，出钢时间不得小于4min，出钢至1/3，顺序加入Al-Mo、Fe-Cr、Ca-Fe-Nb-Ni-Cu、复合中铝或铝块等进行脱氧和合金化，至出钢2/3加完；
c.LF精炼：精炼时间35min，渣碱度控制在3.3；
d.RH真空处理：控制到站钢水温度在1650℃，处理时间在10min；
e.连铸：采用全过程保护浇注工艺，首炉次中包过热度不得高于45℃，连浇炉次中包过热度控制在15-30℃，中间包使用低碳覆盖剂，使用方坯中碳钢保护渣，须少量、多次加入，以保持渣面稳定，中包水口在结晶器中严格对中，***深度≥70mm，中包采用满包浇铸，换包时中包液面高度不得低于400mm，根据断面和钢水过热度采取恒拉速浇注，液面波动控制在±5mm以内
f.钢锭缓冷：钢锭脱模后立即吊入缓冷内进行缓冷，缓冷温度400℃，缓冷时间48h；
g.钢锭清理：钢锭缓冷结束后用火焰枪对钢锭宽度1/2位置进行清理，清理宽度控制在30-50CM，清理深度控制在5-10mm；
h.加热:加热温度及加热时间如下：钢锭入库温度≤700℃，焖钢温度450-500℃，时间4h，升温至一加热速度100℃/S，当温度升至900℃时保温8h，升温至二加热速度100-120℃/S，温度升至1000℃时升温速度不限，温度升至1260-1800℃时保温13h，然后进行翻钢，翻钢后重新升温2h至1260-1280℃，然后保温2h出钢；
i.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；
j.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℃。
实施例3：一种结构钢，按质量百分比计，所述结构钢含有C0.30％、Si0.20％、Mn0.95％、P0.01％、Als0.02％、S0.001％、Mo0.15％、Cr0.7％、Ca0.005％、Nb0.02％、Ni0.1％、Cu0.20％，余量为铁及不可避免杂质。
一种结构钢的生产工艺，所述生产工艺具体包括以下步骤：
a.铁水脱硫：来料钢水温度控制在1250～1300℃，S≤0.008％，脱硫剂加入量为每100t钢水700KG，脱硫终点S≤0.004％；
b.转炉冶炼：入炉铁水S≤0.004％、P≤0.060％，铁水温度≥1350℃，铁水成分中Si0.15-0.30％，Mn0.95-1.3％，P0-0.01％，出钢温度≥1600℃，出钢时间不得小于4min，出钢至1/3，顺序加入Al-Mo、Fe-Cr、Ca-Fe-Nb-Ni-Cu、复合中铝或铝块等进行脱氧和合金化，至出钢2/3加完；
c.LF精炼：精炼时间35min，渣碱度控制在3.3；
d.RH真空处理：控制到站钢水温度在1650℃，处理时间在10min；
e.连铸：采用全过程保护浇注工艺，首炉次中包过热度不得高于45℃，连浇炉次中包过热度控制在15-30℃，中间包使用低碳覆盖剂，使用方坯中碳钢保护渣，须少量、多次加入，以保持渣面稳定，中包水口在结晶器中严格对中，***深度≥70mm，中包采用满包浇铸，换包时中包液面高度不得低于400mm，根据断面和钢水过热度采取恒拉速浇注，液面波动控制在±5mm以内
f.钢锭缓冷：钢锭脱模后立即吊入缓冷内进行缓冷，缓冷温度400℃，缓冷时间48h；
g.钢锭清理：钢锭缓冷结束后用火焰枪对钢锭宽度1/2位置进行清理，清理宽度控制在30-50CM，清理深度控制在5-10mm；
h.加热:加热温度及加热时间如下：钢锭入库温度≤700℃，焖钢温度450-500℃，时间4h，升温至一加热速度100℃/S，当温度升至900℃时保温8h，升温至二加热速度100-120℃/S，温度升至1000℃时升温速度不限，温度升至1260-1800℃时保温13h，然后进行翻钢，翻钢后重新升温2h至1260-1280℃，然后保温2h出钢；
i.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；
j.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℃。
基于上述，采用本发明的技术方案，生产成本低、生产效率高，且生产出的钢板具有高强度、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的特点。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种结构钢，其特征在于，按质量百分比计，所述结构钢含有C0.18-0.35％、Si0.15-0.30％、Mn0.95-1.3％、P0-0.01％、Als0.015-0.04％、S0-0.002％、Mo0.15-0.17％、Cr0.7-0.8％、Ca0.002-0.008％、Nb0.015-0.03％、Ni0-0.1％、Cu0.15-0.25％，余量为铁及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种结构钢，其特征在于：所述结构钢含有C0.30％、Si0.20％、Mn0.95％、P0.01％、Als0.02％、S0.001％、Mo0.15％、Cr0.7％、Ca0.005％、Nb0.02％、Ni0.1％、Cu0.20％，余量为铁及不可避免杂质。
3.一种结构钢的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺具体包括以下步骤：
a.铁水脱硫：来料钢水温度控制在1250～1300℃，S≤0.008％，脱硫剂加入量为每100t钢水700KG，脱硫终点S≤0.004％；
b.转炉冶炼：入炉铁水S≤0.004％、P≤0.060％，铁水温度≥1350℃，铁水成分中Si0.15-0.30％，Mn0.95-1.3％，P0-0.01％，出钢温度≥1600℃，出钢时间不得小于4min，出钢至1/3，顺序加入Al-Mo、Fe-Cr、Ca-Fe-Nb-Ni-Cu、复合中铝或铝块等进行脱氧和合金化，至出钢2/3加完；
c.LF精炼：精炼时间35～50min，渣碱度控制在3.3～3.8；
d.RH真空处理：控制到站钢水温度在1650～1670℃，处理时间在10～20min；
e.连铸：采用全过程保护浇注工艺，首炉次中包过热度不得高于45℃，连浇炉次中包过热度控制在15-30℃，中间包使用低碳覆盖剂，使用方坯中碳钢保护渣，须少量、多次加入，以保持渣面稳定，中包水口在结晶器中严格对中，***深度≥70mm，中包采用满包浇铸，换包时中包液面高度不得低于400mm，根据断面和钢水过热度采取恒拉速浇注，液面波动控制在±5mm以内
f.钢锭缓冷：钢锭脱模后立即吊入缓冷内进行缓冷，缓冷温度400-500℃，缓冷时间48-72h；
g.钢锭清理：钢锭缓冷结束后用火焰枪对钢锭宽度1/2位置进行清理，清理宽度控制在30-50CM，清理深度控制在5-10mm；
h.加热:加热温度及加热时间如下：钢锭入库温度≤700℃，焖钢温度450-500℃，时间4h，升温至一加热速度100℃/S，当温度升至900℃时保温8h，升温至二加热速度100-120℃/S，温度升至1000℃时升温速度不限，温度升至1260-1800℃时保温13h，然后进行翻钢，翻钢后重新升温2h至1260-1280℃，然后保温2h出钢；
i.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；
j.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℃。
4.根据权利要求3所述的一种结构钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤c中精炼时间为50min，渣碱度为3.8。
5.根据权利要求3所述的一种结构钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤a中来料铁水温度为1300℃。
6.根据权利要求3所述的一种结构钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤f中缓冷温度500℃，缓冷时间72h。
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