CN105839003A - 一种正火态交货的180～200mm厚EH36钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种正火态交货的180～200mm厚EH36钢板及其制备方法，钢板的化学成分基于国家标准GB712或船级社规范，利用Al喜欢替代元素Ti的加入，同时加入相对高含量的V。制造方法包括依次进行的电炉冶炼、LF精炼、VD精炼、模铸、钢锭加热、开坯轧制、控制缓冷、钢坯加热、轧制及正火处理等。获得的钢板在厚度方向不存在明显的梯度组织，钢板组织主要为铁素体珠光体为主、少量的贝氏体为辅的混和组织。显微组织细小均匀，平均晶粒尺寸为8‑12μm；屈服强度在380～430MPa之间，抗拉强度介于550～600MPa之间，延伸率适中。钢板1/4处、1/2处的‑40℃冲击韧性值≥60 J，综合力学性能优良。

Description

一种正火态交货的180～200mm厚EH36钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种正火态交货的特厚180～200mm EH36钢及其生产方法。
背景技术
目前，涉及到海洋运行的安全性，海工企业对于180～200mm EH36这样关键部位的特厚板仍采取以国外引进为主。主要原因是国内具备生产180～200mm特厚钢板的企业极为少数。对于高标准的正火态交货的EH36海洋工程用钢板，国内技术储备不足。
目前，海洋工程用高强度特厚钢板的生产主要存在两大难点：一、为满足焊接和低温韧性的要求，必须确保低碳当量的成分设计，因此必须配套高均质的超厚板坯或者钢锭等。提高压缩比，保证钢板强度。二、150mm以上厚度的产品无现行规范和标准可遵循。全球通用九国船级社中八国规范规定所涉及钢板的最大厚度为100mm、挪威船级社（DNV）最厚为150mm，国家标准GB712～2011对应的最大厚度为150mm。在九国船级社规范以及国家标准GB712中，对于EH36钢级的生产主要以控轧、TMCP、热轧、正火轧制、正火等交货状态。当前，海工船舶企业仍立足于适用于6～100mm或6～150mm产品规范的成分设计和要求来生产180～200mm的EH36钢板，即在不改变合金成分（保证低碳当量）以及交货状态的前提下，采购特厚系列的高强均质钢板。
本发明的目的是在不额外增加贵重合金、仍采用低碳当量化学成分保证钢材焊接性能的前提下，仍采取正火生产，针对更大厚度的EH36钢板，重新设计钢板生产工艺，保证所生产的特厚板的组织均匀性。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术提供一种正火态交货的180～200mm 特厚EH36钢板的制备方法。选用≥900mm 厚的钢锭，钢锭经开坯轧成中间坯，中间坯的厚度与成品钢的压缩比为2.0～2.5，中间坯再经控轧轧至成品厚度，采用钢锭开坯+控轧的生产方式，相当于对坯料进行了两次奥氏体再结晶，保证了最终大厚度钢板成品的性能在厚度方向上的均一性，尤其确保了1/2厚度处的性能。本发明从坯料到成品钢材，压缩比≥4.5，该方法实现了适用于常规厚度EH36的标准成分仍然适用本发明。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种正火态交货的180～200mm厚EH36钢板，该钢板的化学成分是基于国家标准GB712或船级社规范，利用Al替代微元素Ti以防止Ti与其它元素如Nb、O、N复合析出；加入元素V以利于特厚板扩氢控制，按重量百分比计化学成分为：C：0.11～0.18%，Si：0.15～0.50%，Mn：1.30～1.60%，P：≤0.0070%，S：≤0.0030%，Nb：0.010～0.050%，V：0.030～0.080%，Al：0.050～0.070%，Ni：0.10～0.40%，Cr：0.10～0.20%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。
优选地，钢板的化学成分按重量百分比为 C：0.17%，Si：0.25%，Mn：1.55%，P：≤0.0060%，S：≤0.0020%，Nb：0.035%，V：0.065%，Al：0.060%，Ni：0.30%，Cr：0.15%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
钢板在厚度方向不存在明显的梯度组织，钢板组织为铁素体珠光体为主少量的贝氏体为辅的混和组织，平均晶粒尺寸为8～12μm。屈服强度横向拉伸性能为380～430MPa，抗拉强度550～600MPa，延伸率≥21%，钢板在1/4厚度处、1/2厚度处的-40℃冲击韧性值≥60J。
本发明钢成分的设计原理是：
C的加入可以增加钢的淬透性，特别是中厚板生产，可以显著提高正火钢的强度，但是C含量过多不利于钢的超低温冲击性能、低温应变时效性能、焊接性能以及耐蚀性能，所以本发明中碳含量控制为低碳控制，介于0.11～0.18%。
Si主要用于脱氧，虽要依据不同的冶炼方式来确定其加入量，但要获得良好的钢板性能，必须在0.15%以上，但若超过0.50%以上又会造成心部偏析以及破坏焊接性能，所以规定其上限为0.50%。
Mn在所述钢中具有推迟奥氏体向铁素体转变的作用，对细化铁素体，提高强度和韧性有利。当锰的含量较低，上述作用不显著，钢板强度和韧性偏低等。过高则又会引起连铸坯偏析、韧性差和可焊性降低，同时船级社规范要求锰含量上限为1.60%等，故本发明中考虑到合金的综合加入，规定锰含量加入量介于1.30～1.60%的范围内。
Nb的溶质拖曳作用和Nb(C,N)对奥氏体晶界的钉扎作用，均抑制形变奥氏体的再结晶，扩大奥氏体非再结晶区间，减少特厚板生产待温时间。并在冷却或回火时形成析出物，从而使强度和韧性均得到提高，还可以提高钢的耐蚀性能。添加量小于0.020%时效果不明显，大于0.050%时韧性降低，导致连铸坯产生表面裂纹。因此，本发明规定铌含量应介于0.020～0.050%的范围内。
V是钢的优良脱氧剂，是有效的细化晶粒元素，提高钢的强度和韧性。在正火钢中，V属于析出强化元素，同时有益于厚板在缓冷过程中扩氢。添加量大于0.080%时韧性降低，厚板的中心偏析显著。因此，本发明规定铌含量应介于0.030～0.080%的范围内。
Al是用来固定钢中的氮元素，是利用Al细化替代微元素的Ti的加入，以防止Ti与其它元素如Nb、O、N复合析出，形成棱形的坚硬大型夹杂物等，导致冲击性能不稳定。同时，Al含量过高，容易导致结晶器冒口堵塞，大型含Al氧化物的形成。本发明中，规定铝含量介于0.050～0.070%。
Ni是提高钢淬透性的元素，也是有效提高钢的低温韧性的最常用元素。此外，与钢中残余Cr、P复合作用，将有助于提高钢的耐腐蚀性，但是船级社规范规定上限0.40%，为了不超出船级社规范规定。故在本发明中，规定镍含量介于0.15～0.40%。
Cr是提高钢淬透性的元素，能够抑制多边形铁素体和珠光体的形成，促进低温组织贝氏体或马氏体的转变，提高钢的强度。但Cr含量过高将影响钢的韧性，并引起回火脆性，船级社规范要求不超过0.20%。故本发明中铬含量控制在0.10～0.20%。
P虽能提高耐蚀性，但会降低低温韧性和妨碍可焊性，对结构钢是不适当的，本发明因为是钢锭冶炼，规定其控制在0.0070%以下。
S形成MnS夹杂物，也会导致中心偏析，对耐蚀性也有不良影响，本发明规定在其控制在0.0030%以下。
上述正火态交货的180～200mm 厚EH36钢板的制备方法，包括如下工序，
（1）冶炼工艺：
选用优质生铁和废钢作为冶炼原料，选择优质炼钢原辅料，原料依次经电炉冶炼、LF精炼、VD 精炼、模铸，五大有害残余元素控制：S≤0.0030%，P≤0.0070%，H≤0.00015%，O≤0.0015%，N≤0.0050%；确保钢板成品中的夹杂物A、B、C、D类总级别在3.0级以下；
为了抑制钢锭内部疏松、偏析，钢水浇铸过热度为25～40℃，浇铸过程采用全程氩气保护，浇铸成≥900mm厚的扁钢锭；
钢锭脱帽后，带模入缓冷坑进行48～72小时的缓冷扩氢；
缓冷后进行表面清理，清理后切除钢锭冒口；
（2）钢锭开坯工艺：
将钢锭在均热炉中加热至1230～1260℃，钢锭保温时间为10～15min/cm，出炉后经高压水除鳞，然后开坯轧制成中间坯，中间坯的厚度满足在其与成品厚度的压缩比介于2.0～2.5；开坯后的中间坯下线加罩缓冷48小时以上；
（3）轧制工艺：
将中间坯加热至1180～1250℃，中间坯加热时间为11～14min/cm，使钢中的合金元素充分固溶以保证最终产品的成份及性能的均匀性。钢坯出炉后经高压水除鳞，而后进行粗轧+精轧两阶段控制轧制：粗轧的开轧温度为1050～1100℃，采用大压下量轧制，轧制时不进行转钢轧制，保持全纵轧，以保证各道次尽可能按轧制最大能力进行设定压下率。粗轧后三道单道次压下率为10～15%；精轧的开轧温度为850～920℃，轧至成品厚度，精轧完成后进行ACC加速冷却，冷却返红温度为630～700℃；
（4）正火热处理工艺：
轧制后钢板作正火热处理，正火温度为880～920℃，保温时间为1.5～2.2min/mm。具体地，采用连续炉对钢板正火热处理，连续炉的正火温度为880～920℃，进炉至出炉时间为1.6～2.2min/mm；或者采用均热炉对钢板正火热处理，均热炉正火温度为880-920℃，保温时间为1.5～2.1min/mm。
本发明具有如下特点：
本发明是基于碳锰钢成分设计原理，不额外增加Ni、Cu等贵重合金，节省合金成本。碳当量低，焊接时仍可匹配普通EH36的焊接材料、焊接工艺。
本申请的钢水冶炼方法具有残余元素低、钢水洁净度高的优点，可适用于其它高标准特厚钢种的生产。
本发明方法，通过钢锭开坯+控轧生产，轧制过程中涉及两次奥氏体再结晶热处理，使得材料中的原始奥氏体晶粒更加均匀细小。开坯加热温度达到了1230-1260℃，有效改善了钢锭心部偏析，这是保障最终特厚板成品组织、性能均匀性的重要前提。中间坯加热温度为1180-1250℃，有利于奥氏体再结晶，同时，中间坯的再加热温度不像钢锭开坯时的加热温度那样高，目的是确保奥氏体再结晶后不至于粗化。
轧制后的钢坯通过正火工艺处理，不改变船级社规范规定要求的工艺方案，使用户更易接受。也克服了现有技术的调质、NAC等工艺处理特厚板时沿厚度方向上组织梯度较大、性能差等的缺点。
本发明条件下生产的特厚EH36船板钢具有良好强韧性，钢板在厚度方向不存在明显的梯度组织，钢板组织主要以铁素体珠光体为主，少量的贝氏体为辅的混和组织。显微组织细小均匀，用截径法测量钢板平均晶粒尺寸为8-12μm。
附图说明
图1为本发明实施例1中钢板1/4厚度处的金相组织，为铁素体珠光体为主少量贝氏体组织为辅的混合组织；
图2为本发明实施例1中钢板1/2厚度处的金相组织，为铁素体珠光体为主少量贝氏体组织为辅的混合组织。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
特厚EH36钢的制备方法：
（1）选用优质废钢作为冶炼原料，利用优质炼钢原辅料，冶炼两炉，每炉50吨。钢水依次经电炉冶炼、LF精炼、VD 精炼，稳态浇铸成4支钢锭，每支钢锭25吨，本发明使用其中的3支钢锭分别作为实施例1至3。钢锭断面大于900mm，以保证与最终产品的压缩比大于4.5。控制钢水五大有害残余元素：S≤0.0030%，P为0.0070%，H为0.00012%， O为0.0010%，N为0.004%。考虑到要让夹杂物充分上浮与控制钢锭内部疏松、偏析对过热度的要求，于25-40℃过热度的情况下浇铸，浇铸采用全程氩气保护，浇铸成≥900mm厚的扁钢锭。钢锭脱帽后，带模入缓冷坑进行48-72小时缓冷扩氢。缓冷后清理钢锭表面，本实施例中钢锭无需带温清理，清理后切除钢锭冒口。各实施例对应钢锭的熔炼成分如表1所示。
表1 实施例海洋工程用EH36钢板的化学成分（wt%）
实施例 C Si Mn P S Ni Cr Al V Nb
实施例1、2 0.13 0.25 1.55 0.007 0.0020 0.35 0.15 0.055 0.065 0.035
实施例3 0.14 0.30 1.45 0.007 0.0015 0.30 0.10 0.065 0.070 0.044
（2）将清理后的≥900mm钢锭在均热炉中加热至1230-1260℃，钢锭加热时间为13min/cm，出炉后经高压水除鳞，然后开坯轧制成中间坯，保证中间坯厚度与成品厚度的压缩比在2.0-2.5。开坯后所得中间坯下线，加罩缓冷48小时左右，与其它钢种的中间坯进行上铺下盖。
将中间坯送入步进式加热炉，加热至1180-1250℃，中间坯加热时间为11-14min/cm，使钢中的合金元素充分固溶，保证最终产品的成份及性能的均匀性。钢坯出炉后经高压水除鳞然后进行粗轧+精轧两阶段控制轧制：粗轧的开轧温度介于1050-1100℃，采用大压下量轧制，轧制时不进行转钢轧制，保持全纵轧，保证各道次尽可能地按轧制最大能力进行设定压下率。粗轧的后三道的单道次压下率为10-15%；精轧开轧温度介于850 -920℃，精轧至成品厚度后，送ACC机组进行加速冷却，冷却返红温度为630-700℃。
（3）正火处理：选用均热炉进行正火处理，正火温度控制为890-910℃，保温时间为2.0min/mm±5min。
实施例1至3为180-200mm的特厚EH36板，夹杂物A、B、C、D类总级别控制在2.0。就特厚板而言，钢板在厚度方向上的均匀性直接关系钢材的性能，均匀的组织是钢板正常使用及服役的安全保证。
本发明对特厚EH36板1/2处性能进行了检测，表2，从钢板拉伸性能来看，钢板屈服强度横向拉伸性能介于380～430MPa之间，抗拉强度介于550～600MPa之间，延伸率适中，均在GB712要求以上。钢板1/2厚度处拉伸性能略低于1/4厚度处，但差别不大。各实施例钢板的低温冲击韧性如表3所示，钢板厚度1/4处、1/2处的-40℃的冲击韧性值≥60 J。
表2 本发明各实施例拉伸性能
表3 本发明各实施例冲击性能
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种正火态交货的180～200mm厚EH36钢板，其特征在于：该钢板的化学成分是基于国家标准GB712或船级社规范，利用Al替代微元素Ti以防止Ti与其它元素如Nb、O、N复合析出；加入元素V以利于特厚板扩氢控制，按重量百分比计化学成分为：C：0.11～0.18%，Si：0.15～0.50%，Mn：1.30～1.60%，P：≤0.0070%，S：≤0.0030%，Nb：0.010～0.050%，V：0.030～0.080%，Al：0.050～0.070%，Ni：0.10～0.40%，Cr：0.10～0.20%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的正火态交货的180～200mm厚EH36钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按重量百分比为 C：0.17%，Si：0.25%，Mn：1.55%，P：≤0.0060%，S：≤0.0020%，Nb：0.035%，V：0.065%，Al：0.060%，Ni：0.30%，Cr：0.15%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。
3.一种权利要求1或2所述正火态交货的180～200mm 厚EH36钢板的制备方法，其特征在于：包括如下工序，
（1）冶炼工艺：
选用优质生铁和废钢作为冶炼原料，选择优质炼钢原辅料，原料依次经电炉冶炼、LF精炼、VD 精炼、模铸，五大有害残余元素控制：S≤0.0030%，P≤0.0060%，H≤0.00015%，O≤0.0015%，N≤0.0050%；确保钢板成品中的夹杂物A、B、C、D类总级别在3.0级以下；
为了抑制钢锭内部疏松、偏析，钢水浇铸过热度为25～40℃，浇铸过程采用全程氩气保护，浇铸成≥900mm厚的扁钢锭；
钢锭脱帽后，带模入缓冷坑进行48～72小时的缓冷扩氢；
缓冷后进行表面清理，清理后切除钢锭冒口；
（2）钢锭开坯工艺：
将钢锭在均热炉中加热至1230～1260℃，钢锭保温时间为10～15min/cm，出炉后经高压水除鳞，然后开坯轧制成中间坯，中间坯的厚度满足在其与成品厚度的压缩比介于2.0～2.5；开坯后的中间坯下线加罩缓冷48小时以上；
（3）轧制工艺：
将中间坯加热至1180～1250℃，中间坯加热时间为11～14min/cm，钢坯出炉后经高压水除鳞，而后进行粗轧+精轧两阶段控制轧制：粗轧的开轧温度为1050～1100℃，采用大压下量轧制，轧制时不进行转钢轧制，保持全纵轧，粗轧后三道单道次压下率为10～15%；精轧的开轧温度为850～920℃，轧至成品厚度，精轧完成后进行ACC加速冷却，冷却返红温度为630～700℃；
（4）正火热处理工艺：
轧制后钢板作正火热处理，正火温度为880～920℃，保温时间为1.5～2.2min/mm。
4.根据权利要求1或2所述的正火态交货的180～200mm厚EH36钢板，其特征在于：钢板在厚度方向不存在明显的梯度组织，钢板组织为铁素体珠光体为主少量的贝氏体为辅的混和组织，平均晶粒尺寸为8～12μm。
5.根据权利要求1或2所述的正火态交货的180～200mm厚EH36钢板，其特征在于：屈服强度横向拉伸性能为380～430MPa，抗拉强度550～600MPa，延伸率≥21%，钢板在1/4厚度处、1/2厚度处的-40℃冲击韧性值≥60 J。
6.根据权利要求3所述的正火态交货的180～200mm厚EH36钢板的制备方法，其特征在于：采用连续炉对钢板正火热处理，连续炉的正火温度为880～920℃，进炉至出炉时间为1.6～2.2min/mm；或者采用均热炉对钢板正火热处理，均热炉正火温度为880-920℃，保温时间为1.5～2.1min/mm。
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