CN105755375A - 一种连铸坯生产低压缩比高性能特厚钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及连铸坯生产低压缩比高性能特厚钢板，化学成分按重量百分比计为C：0.08～0.15%，Si：0.15～0.35%，Mn：1.40～1.60%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，Al：0.02～0.05%，Nb：0.02～0.05%，V：0.02～0.05%，Ni：0.20～0.50%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。生产工艺：KR预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→板坯缓冷→板坯加热→开坯轧制→中间坯缓冷→中间坯加热→成品钢板轧制→钢板缓冷→探伤→正火→精整→检验→入库。本发明钢板在压缩比小于2.0条件下，具有良好的低温冲击韧性、较高的强度和优异的抗层状撕裂性能。

Description

一种连铸坯生产低压缩比高性能特厚钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于钢板制造领域，具体涉及一种厚度为250mm高性能压力容器特厚钢板及其制造方法。
背景技术
特厚钢板一般指厚度大于100mm的钢板，多用于军用和民用的重要结构，对产品的内部质量、焊接性能、低温冲击性能和抗层状撕裂性能都有严格要求。随着我国基础结构建设项目的增加，特厚钢板市场需求量越来越大，且向大厚度、大单重、高质量性能方向发展。目前生产特厚钢板的坯料普遍有锻压坯、初轧坯、连铸坯、模铸扁钢锭、电渣重熔扁锭和复合坯。各种坯料在生产特厚钢板方面各有优势和局限性，无法相互完全替代。比较而然，连铸坯具有工艺流程短、成材率高和***节能等优点。但是，受到连铸坯厚度和压缩比的限制，采用连铸坯直接轧制工艺生产特厚钢板厚度在200mm以下，且对于100～200mm厚度范围钢板性能合格率和探伤合格率普遍不高。
随着炼钢、精炼和连铸技术的发展，连铸坯断面尺寸逐渐增大，质量不断提高。采用高质量连铸板坯生产高性能特厚钢板已成为必然发展趋势。JFE公司采用310mm厚高质量连铸板坯通过锻造—轧制工艺生产了最大厚度为240mm的特厚钢板，压缩比为1.29。公布号为CN104971962A的发明专利申请涉及“一种连铸板坯二维变形生产特厚钢板的方法”，主要采用300mm厚连铸板坯通过高温锻造+轧制工艺生产245mm厚特厚钢板，压缩比为1.2。采用连铸坯锻造+轧制方法生产特厚钢板可以显著降低压缩比，提高钢板内部质量，但增加锻造工序，成材率较低，生产成本高。
公告号为CN103014283A的发明专利申请涉及“一种连铸板坯生产水电站用特厚钢板的制造方法”，提供了一种采用400mm连铸板坯生产100-150mm特厚钢板，压缩比为2.67，该专利采用的压缩比较大，钢板厚度较小，生产技术难度相对较低。公布号为104451357A的发明专利申请涉及“一种160mm厚Q235C的低压缩比特厚钢板及其制备方法”，公开了采用320mm厚连铸板坯生产160mm特厚钢板生产技术，压缩比为2.0，该专利虽然压缩比较小，但该专利产品仅仅能保证0℃冲击，抗层状撕裂性能无法保证。公布号为CN102330017A发明专利申请涉及“小压缩比条件下使用连铸坯生产特厚钢板的方法”，主要采用300mm厚连铸坯生产140mm厚Q345E-Z35钢板，压缩比为2.14，-40℃冲击值在80J以下，富裕量较小，低温冲击韧性优势不明，产品质量不稳定。以上现有工艺均采用连铸坯直接轧制工艺生产特厚钢板，压缩比未突破2.0，产品厚度较小，综合机械性能优势不明显。
基于以上现有技术，申请人提出一种连铸坯生产低压缩比高性能特厚钢板及其制造方法，在压缩比低于2.0条件下，确保钢板仍然具有良好的内部质量和优异综合机械性能，生产成本更低，适合批量生产，经检索未发现与该工艺相关的专利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种厚度为250mm的P355NL2钢板，可应用于锅炉和压力容器设备的制造，具有良好的内部质量、较高的低温冲击韧性和优异的抗层状撕裂性能。
本发明另一目的是提供一种采用连铸坯生产低压缩比高性能特厚钢板的方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，一种连铸坯生产低压缩比高性能250mm厚P355NL2特厚钢板，该钢板的化学成分按重量百分比计为C：0.08～0.15%，Si：0.15～0.35%，Mn：1.40～1.60%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，Al：0.02～0.05%，Nb：0.02～0.05%，V：0.02～0.05%，Ni：0.20～0.50%，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量Ceq≤0.45%，计算公式为：Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，钢板压缩比小于2.0。
进一步讲，本发明属于250mm厚连铸坯生产低压缩比高性能P355NL2特厚钢板，其机械性能满足：屈服强度≥350Mpa，抗拉强度≥520Mpa，断后伸长率≥30%，心部-50℃横向夏比冲击功单值≥150J，厚度方向拉伸断面收缩率≥60%。钢板UT探伤可满足NB/T47013.3I级要求。
本发明连铸坯生产低压缩比高性能P355NL2的250mm特厚钢板的化学成分是这样确定的:
本发明的成分主要采用低碳、低硫磷、Nb+V微合金化成分设计，同时添加适量Ni元素，提高低温冲击韧性。化学元素在钢中的作用如下：
C：碳能够显著提高钢板的强度，但含量过高时会使钢板塑形和冲击韧性变差，本专利碳含量控制在0.08～0.15%。
Mn：锰在炼钢过程中是良好的脱氧剂和脱硫剂，可以提高钢板强度和韧性，但含量过高会导致连铸坯偏析严重，本专利锰含量控制在1.40～1.60%。
Si：硅是在炼钢过程中是良好的还原剂和脱氧剂，但含量过高会降低冲击韧性和钢板表面质量，本专利硅含量控制在0.15～0.35%。
P:磷是有害元素，增加钢的冷脆性，使塑性和焊接性能变差，应尽量降低，本专利磷含量控制在0.008%以下。
S：硫是有害元素，增加钢的热脆性，降低韧性和延展性，对焊接性能不利，应尽量降低，本专利硫含量控制在0.002%以下。
Ni:镍能显著提高低温冲击韧性，同时可以提高强度，但会增加生产成本，应控制使用，本专利镍含量控制在0.20～0.50%。
Nb、V：铌、钒微合金元素与C、N元素形成碳氮化物，具有推迟奥氏体再结晶，细化铁素体晶粒的作用，可以同时提高钢板强度和韧性，本专利Nb含量控制在0.02～0.05%、V含量控制在0.02～0.05%。
上述连铸坯生产低压缩比高性能250mm特厚钢板的制造方法。
生产工艺流程：KR预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→板坯缓冷→板坯加热→开坯轧制→中间坯缓冷→中间坯加热→成品钢板轧制→钢板缓冷→探伤→正火→精整→检验→入库。
主要工序的具体操作如下，
1）冶炼工艺
采用450mm连铸板坯生产，提高钢水纯净度、降低铸坯偏析是降低压缩比、保证特厚钢板内部质量的前提条件和关键措施，冶炼原料经KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理，严格控制S≤0.002%，P≤0.008%，H≤1.2ppm，O≤20ppmm，N≤40ppm；连铸工序采用低过热度全程氩气保护浇注，通过动态轻压下技术控制铸坯偏析C类1.0级以下；板坯下线后加罩缓冷48小时以上，确保钢中的氢充分扩散。
2）加热、轧制工艺
采用开坯两火成材轧制工艺，中间坯厚度为350mm；
450mm连铸板坯采用分段加热方式：总加热时间为550～650min，第一加热段温度为1050～1150℃，第二加热段温度为1200～1260℃，均热段温度为1180～1250℃，第二加热段和均热段总加热时间≥300min，确保铸坯偏析充分扩散；
350mm中间坯再加热采用分段加热方式：总加热时间为400～500min，第一加热段温度为1050～1150℃，第二加热段温度为1200～1260℃，均热段温度为1170～1250℃，第二加热段和均热段总加热时间≥250min，确保中间坯偏析充分扩散；
两次轧制均采用“高温大压下”工艺，使疏松充分压合，提高钢板内部质量和心部性能；
开坯轧制开轧温度为1060～1100℃，终轧温度为1020～1060℃，单道次压下量为30-50mm，2-3道次完成轧制；
中间坯再轧制开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为1010～1050℃，单道次压下量为30-50mm，2-3道次完成轧制；
中间坯和成品钢板下线后堆垛缓冷≥72小时，充分扩氢；
3）热处理工艺
采用正火工艺，正火温度为880～900℃，保温时间系数：2.2～2.5min/mm，空冷；为了保证正火后冷却效果，钢板下线后单独摆放。
本发明采用450mm厚连铸坯开坯两火成材工艺生产250mm厚高质量性能钢板，1）压缩比在2.0以下；2）成分上通过降低C、Mn、S、P等偏析元素、冶炼工艺上降低气体含量以及采用连铸板坯轻压下等手段来减少连铸坯偏析和疏松，提高钢锭纯净度；3）通过采用开坯工艺，使坯料经过两次高温扩散和高温大压下轧制，充分压合钢中疏松，提高钢板内部质量；4）通过低碳、低硫磷、Nb+V微合金成分设计，同时添加Ni元素，确保钢板正火后具有良好的低温冲击韧性、较高的强度和优异的抗层状撕裂性能。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
本发明涉及一种250mm厚连铸坯生产低压缩比高性能P355NL2特厚钢板，该钢板在压缩比小于2.0条件下，具有良好的低温冲击韧性、较高的强度和优异的抗层状撕裂性能。
为了实现上述目的，本发明采用450mm厚连铸坯开坯两火成材工艺生产，通过降低偏析元素及气体含量和轻压下技术提高钢水纯净度和板坯内部质量；通过延长坯料高温段加热时间使偏析充分扩散；通过采用高温大压下轧制工艺使疏松充分压合；通过低碳、低硫磷、Nb+V微合金成分设计，同时添加Ni元素，确保钢板正火后具有良好的低温冲击韧性、较高的强度和优异的抗层状撕裂性能。
本发明钢板的生产方式独特，采用450mm厚连铸坯开坯两火成材工艺生产，替代了连铸坯高温锻造+轧制生产工艺，降低了生产成本，在生产钢板最大厚度、降低压缩比和改善特厚钢板内部质量以及提高钢板心部冲击韧性方面优于连铸坯直接轧制工艺。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例的P355NL2钢板的厚度为250mm，其化学成分按重量百分比计为：C：0.12%，Si：0.25%，Mn：1.50%，P：0.005%，S：0.001%，Nb：0.03%，V：0.03%，Alt：0.030%，Ni：0.45%，H：0.00006%，O：0.0015%，N：0.0035%，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量Ceq≤0.45%，计算公式为：Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
该钢板的制造工艺为如下：
采用450mm厚连铸板坯开坯两火成材工艺生产，生产工艺路线：KR预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→板坯缓冷→板坯加热→开坯轧制→中间坯缓冷→中间坯加热→成品钢板轧制→钢板缓冷→探伤→正火→精整→检验→入库。
1）冶炼工艺
提高钢水纯净度、降低铸坯偏析是降低压缩比、保证特厚钢板内部质量的前提条件和关键措施。冶炼原料经KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理，严格控制S≤0.002%，P≤0.008%，H≤1.2ppm，O≤20ppmm，N≤40ppm；连铸工序采用低过热度全程氩气保护浇注，通过动态轻压下技术控制铸坯偏析C类1.0级以下。板坯下线后加罩缓冷48小时以上，确保钢中的氢充分扩散。
2）加热、轧制工艺
采用开坯两火成材轧制工艺，中间坯厚度为350mm；
450mm连铸板坯采用分段加热方式：总加热时间为600min，第一加热段温度为1140℃，第二加热段温度为1240℃，均热段温度为1230℃，第二加热段和均热段总加热时间≥300min，确保铸坯偏析充分扩散；
350mm中间坯再加热采用分段加热方式：总加热时间为480min，第一加热段温度为1130℃，第二加热段温度为1250℃，均热段温度为1240℃，第二加热段和均热段总加热时间≥250min，确保中间坯偏析充分扩散。
两次轧制均采用“高温大压下”工艺，使疏松充分压合，提高钢板内部质量和心部性能；
开坯轧制开轧温度为1080℃，终轧温度为1050℃，单道次压下量为50mm，两个道次完成轧制；
中间坯再轧制开轧温度为1070℃，终轧温度为1040℃，单道次压下量为50mm，两个道次完成轧制；
中间坯和成品钢板下线后堆垛缓冷≥72小时，充分扩氢。
3）热处理工艺
采用正火工艺，正火温度为890℃，保温时间系数：2.4min/mm，空冷；为了保证正火后冷却效果，钢板下线后单独摆放。
经由上述制造工艺制得的250mm厚连铸坯生产低压缩比高性能P355NL2特厚钢板，UT探伤满足NB/T47013.3标准I级要求，具有匹配良好的综合机械性能详见表1。
实施例2
本实施例的压力容器钢板的厚度为250mm，其化学成分按重量百分比计为：C：0.13%，Si：0.28%，Mn：1.52%，P：0.006%，S：0.001%，Nb：0.025%，V：0.03%，Alt：0.035%，Ni：0.43%，H：0.00010%，O：0.0012%，N：0.0036%，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量Ceq≤0.45%，计算公式为：Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。。
该钢板的制造工艺为如下：
采用450mm厚连铸板坯开坯两火成材工艺生产，生产工艺路线：KR预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→板坯缓冷→板坯加热→开坯轧制→中间坯缓冷→中间坯加热→成品钢板轧制→钢板缓冷→探伤→正火→精整→检验→入库。
1）冶炼工艺
提高钢水纯净度、降低铸坯偏析是降低压缩比、保证特厚钢板内部质量的前提条件和关键措施。冶炼原料经KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理，严格控制S≤0.002%，P≤0.008%，H≤1.2ppm，O≤20ppmm，N≤40ppm；连铸工序采用低过热度全程氩气保护浇注，通过动态轻压下技术控制铸坯偏析C类1.0级以下。板坯下线后加罩缓冷48小时以上，确保钢中的氢充分扩散。
2）加热、轧制工艺
采用开坯两火成材轧制工艺，中间坯厚度为350mm。
450mm连铸板坯采用分段加热方式：总加热时间为620min，第一加热段温度为1142，第二加热段温度为1245℃，均热段温度为1235℃，第二加热段和均热段总加热时间≥300min，确保铸坯偏析充分扩散。
350mm中间坯再加热采用分段加热方式：总加热时间为490min，第一加热段温度为1135℃，第二加热段温度为1247℃，均热段温度为1242℃，第二加热段和均热段总加热时间≥250min，确保铸坯偏析充分扩散。
两次轧制均采用“高温大压下”工艺，使疏松充分压合，提高钢板内部质量和心部性能，
开坯轧制开轧温度为1072℃，终轧温度为1045℃，单道次压下量为50mm，两个道次完成轧制；
中间坯再轧制开轧温度为1063℃，终轧温度为1035℃，单道次压下量为50mm，两个道次完成轧制。
中间坯和成品钢板下线后堆垛缓冷≥72小时，充分扩氢。
3）热处理工艺
采用正火工艺，正火温度为890℃，保温时间系数：2.5min/mm，空冷；为了保证正火后冷却效果，钢板下线后单独摆放。
经由上述制造工艺制得的250mm厚连铸坯生产低压缩比高性能P355NL2特厚钢板，UT探伤满足NB/T47013.3标准I级要求，具有匹配良好的综合机械性能详见表1。
实施例3
本实施例的压力容器钢板的厚度为250mm，其化学成分按重量百分比计为：C：0.12%，Si：0.26%，Mn：1.55%，P：0.006%，S：0.001%，Nb：0.032%，V：0.028%，Alt：0.032%，Ni：0.45%，H：0.00011%，O：0.0012%，N：0.0035%，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量Ceq≤0.45%，计算公式为：Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15。
该钢板的制造工艺为如下：
采用450mm厚连铸板坯开坯两火成材工艺生产，生产工艺路线：KR预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→板坯缓冷→板坯加热→开坯轧制→中间坯缓冷→中间坯加热→成品钢板轧制→钢板缓冷→探伤→正火→精整→检验→入库。
1）冶炼工艺
提高钢水纯净度、降低铸坯偏析是降低压缩比、保证特厚钢板内部质量的前提条件和关键措施。冶炼原料经KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理，严格控制S≤0.002%，P≤0.008%，H≤1.2ppm，O≤20ppmm，N≤40ppm；连铸工序采用低过热度全程氩气保护浇注，通过动态轻压下技术控制铸坯偏析C类1.0级以下。板坯下线后加罩缓冷48小时以上，确保钢中的氢充分扩散。
2）加热、轧制工艺
采用开坯两火成材轧制工艺，中间坯厚度为350mm。
450mm连铸板坯采用分段加热方式：总加热时间为650min，第一加热段温度为1135，第二加热段温度为1243℃，均热段温度为1231℃，第二加热段和均热段总加热时间≥300min，确保铸坯偏析充分扩散。
350mm中间坯再加热采用分段加热方式：总加热时间为475min，第一加热段温度为1132℃，第二加热段温度为1247℃，均热段温度为1236℃，第二加热段和均热段总加热时间≥250min，确保铸坯偏析充分扩散。
两次轧制均采用“高温大压下”工艺，使疏松充分压合，提高钢板内部质量和心部性能。
开坯轧制开轧温度为1082℃，终轧温度为1048℃，单道次压下量为50mm，两个道次完成轧制。
中间坯再轧制开轧温度为1072℃，终轧温度为1037℃，单道次压下量为50mm，两个道次完成轧制。
中间坯和成品钢板下线后堆垛缓冷≥72小时，充分扩氢。
3）热处理工艺
采用正火工艺，正火温度为900℃，保温时间系数：2.2min/mm，空冷；为了保证正火后冷却效果，钢板下线后单独摆放。
经由上述制造工艺制得的250mm厚连铸坯生产低压缩比高性能P355NL2特厚钢板，UT探伤满足NB/T47013.3标准I级要求，具有匹配良好的综合机械性能详见表1。
表1各实施例所生产的钢板的机械性能
注：（）内为平均值。

Claims (3)

1.一种连铸坯生产低压缩比高性能特厚钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按重量百分比计为C：0.08～0.15%，Si：0.15～0.35%，Mn：1.40～1.60%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，Al：0.02～0.05%，Nb：0.02～0.05%，V：0.02～0.05%，Ni：0.20～0.50%，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量Ceq≤0.45%，计算公式为：Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，钢板成品的厚度最大为250mm，钢板压缩比小于2.0。
2.根据权利要求1所述的连铸坯生产低压缩比高性能特厚钢板，其特征在于：钢板成品的机械性能满足：屈服强度≥350Mpa，抗拉强度≥520Mpa，断后伸长率≥30%，心部-50℃横向夏比冲击功单值≥150J，厚度方向拉伸断面收缩率≥60%，钢板UT探伤可满足NB/T47013.3I级要求。
3.一种制造如权利要求1所述连铸坯生产低压缩比高性能特厚钢板的方法，其特征在于：
生产工艺路线：KR预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→板坯缓冷→板坯加热→开坯轧制→中间坯缓冷→中间坯加热→成品钢板轧制→钢板缓冷→探伤→正火→精整→检验→入库；
主要工序的具体操作如下：
1）冶炼工艺
生产450mm连铸板坯，冶炼原料经KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理，控制S≤0.002%，P≤0.008%，H≤1.2ppm，O≤20ppmm，N≤40ppm；连铸工序采用低过热度全程氩气保护浇注，通过动态轻压下技术控制铸坯偏析C类1.0级以下；板坯下线后加罩缓冷48小时以上，确保钢中的氢充分扩散；
2）加热、轧制工艺
采用开坯两火成材轧制工艺，中间坯厚度为350mm；
450mm连铸板坯采用分段加热方式：总加热时间为550～650min，第一加热段温度为1050～1150℃，第二加热段温度为1200～1260℃，均热段温度为1180～1250℃，第二加热段和均热段总加热时间≥300min，确保铸坯偏析充分扩散；
350mm中间坯再加热采用分段加热方式：总加热时间为400～500min，第一加热段温度为1050～1150℃，第二加热段温度为1200～1260℃，均热段温度为1170～1250℃，第二加热段和均热段总加热时间≥250min，确保铸坯偏析充分扩散；
两次轧制均采用“高温大压下”工艺，
开坯轧制开轧温度为1060～1100℃，终轧温度为1020～1060℃，单道次压下量为30-50mm，2-3道次完成轧制；
中间坯再轧制开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为1010～1050℃，单道次压下量为30-50mm，2-3道次完成轧制；
中间坯和成品钢板下线后堆垛缓冷≥72小时，充分扩氢；
3）热处理工艺
采用正火工艺，正火温度为880～900℃，保温时间系数：2.2～2.5min/mm，空冷；正火后钢板下线单独摆放。
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