CN107287527A - 一种优良低温韧性的160mm特厚钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种优良低温韧性的160mm特厚钢板及其生产方法，该钢板的成分按重量百分比计如下：C0.06～0.08％、Si0.35～0.65％、Mn1.2～1.4％、P≤0.020％，S≤0.004％、Nb0.06～0.08％、Ni0.15～0.35％，Als0.015～0.035％，其余为Fe以及不可避免的杂质。方法包括冶炼、坯料制备、轧制、热处理，坯料是由两块300mm厚的连铸坯复合焊接而成的；复合坯轧制时采用低速大压下量，之后进行正火热处理。应用本发明方法生产出的钢板具有优良的低温韧性，‑20℃冲击功不低于100J，钢板厚度为160mm的，探伤满足GB/T 2970Ⅰ级标准。

Description

一种优良低温韧性的160mm特厚钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于金属材料加工领域，尤其涉及一种具有优良低温韧性的特厚钢板及其生产方法。
背景技术
在科学技术和现代工业高速发展的今天，机械、水电和海洋工程等用特厚钢板市场需求越来越大，对钢板的性能要求越来越高，厚度规格要求也扩大到100mm以上甚至150mm以上。特厚板能广泛的应用于工程机械、桥梁、水电、核电、海洋工程及其他结构件，但150mm以上厚度规格钢板要保证探伤及性能合格均匀，其生产难度较大。目前生产150mm以上特厚板一般采用大型模铸钢锭或者电渣重熔技术，但是大型钢锭的冶金质量差、成材率低，而且存在大量内部缺陷导致钢板的探伤合格率和性能下降；电渣重熔虽然可以基本消除钢锭中的偏析、疏松以及缩孔等内部缺陷，但其较低的生产效率以及高额的生产成本使其仅适合少数特殊钢种生产。
《一种150mm以上锅炉汽包用特厚钢板及其生产方法》(公开号CN104561818A)，涉及的特厚板采用的工艺流程为：优质铁水、KR铁水预处理、100/120吨顶底复吹转炉、LF炉精炼、真空脱气处理、钢锭堆冷24—60小时、钢锭加热开坯加热-轧制-堆冷、中间坯加热-轧制-堆冷、淬火+回火，其工艺流程复杂、生产节奏慢、成长率低必然导致成本上升。
《一种150mmQ245R特厚钢板及其生产方法》(公开号：CN102345047A)，涉及一种150mmQ245R的容器钢，厚度只到150mm，其强度也只有250Mpa级别，无论厚度和强度都不满足更厚更高强度级别的特厚板需要。
《一种160mm厚Q235C低压缩比特厚钢板及其制备方法》(公开号为CN104451375A)，公开的内容为采用厚度为320mm连铸坯，经过加热、轧制，最终生产160mm特厚钢板，由于其压缩比只有2，必然导致钢板心部变形不充分，容易产生心部疏松等缺陷。
《一种100mm低合金高强度特厚钢板及其制造方法》(公开号为CN 101348879A)，公开了一种厚度为100mm的低合金特厚钢板，其含有C0.14—0.17％、Si0.35～0.65％、Mn1.2～1.4％，由于其碳含量较高，将不利于钢板的焊接制造，且厚度只有100mm。
《一种100mm、400MPa级高强度特厚钢板及其制造方法》(公开号为CN 101476081A),提供一种100mm、400MPa级高强度特厚钢板，具有较高的屈服强度，且不需要热处理，且其生产厚度只有100mm，不能满足市场对钢板厚度越来越大的需求。
由以上公开文件可知，目前特厚板生产存在如下不足：
1、产品厚度规格较小，适用范围窄；
2、产品强度、韧性较差，不能满足具有较高使用条件的要求；
3、生产工艺复杂，生产效率低、成本高，容易产生心部偏析、疏松等缺陷；
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种生产厚度规格为160mm，能满足探伤标准并具有优良低温韧性的特厚钢板及其生产方法。
本发明目的是这样实现的：
一种优良低温韧性的160mm特厚钢板，该钢板的成分按重量百分比计如下：C0.06～0.08％、Si0.35～0.65％、Mn1.2～1.4％、P≤0.020％，S≤0.004％、Nb0.06～0.08％、Ni0.15～0.35％，Als0.015～0.035％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
成分设计理由如下：
碳：在特厚板钢的化学成分设计中，碳对钢的强度、韧性、焊接性能、冶炼成本影响很大。为了使钢板具有良好的焊接性能、较好的低温冲击韧性，必须降低钢中的含碳量，使其控制在中下限，因为碳是较强的固溶强化元素，能显著提高钢板强度，但碳含量过高，不利于焊接和渗碳体等第二相难控制，会使韧性、塑性和钢板焊接性能明显恶化，本发明的碳含量定为C0.06～0.08％。
锰：锰是提高强度和韧性的有效元素，它是弱碳化物形成元素，它在冶炼中的作用是脱氧和消除硫的影响，还可以降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒，对提高钢板强度和韧性有益。同时还能固溶强化铁素体和增加钢的淬透性。一般用低碳高锰类型的钢作为焊接结构钢时，锰/碳比值越大(达2.5以上)，钢的低温韧性就越好。锰含量过高时，则钢硬化而延展性变坏，本发明的锰含量定为1.2～1.4％。
硅：硅起到脱氧剂的作用，同时有固溶强化作用，还可以极大的延缓碳化物的形成，滞后渗碳体的长大，增加了奥氏体稳定性。但是硅含量高，钢种易出现夹杂物，钢材易生锈，热轧生产中铁锈容易被轧入钢板表层，同时硅都显示出对多线程焊接时局部脆性区域有危害性，本发明的硅含量定为0.35-0.65％。
磷：磷是钢中的有害元素，虽然它是固溶强化效果最好的元素之一，但是磷偏析晶界，恶化韧性，含量直接影响到钢板的塑性和韧性。磷对钢是非常有害的元素。应尽量减少其含量，应该尽量控制其含量到最低。
硫：硫是钢中的有害元素。硫化锰、氧化物夹杂或碳化物等第二相颗粒的存在都会降低钢的塑性和强韧性，降低钢的延伸率。硫化锰有一定塑性，随轧制方向拉长延伸，加大了钢的各向异性，这对钢的横向性能非常不利。硫形成的硫化铁使钢在热轧和焊接中产生热脆裂纹，含硫较高时，抗硫化氢腐蚀能力大为下降，尽量控制其含量最低。
铝：铝是脱氧元素，可作为氮化铝形成元素，有效地细化晶粒，其含量不足0.01％时，效果较小；超过0.07％时，脱氧作用达到饱和；再高则对母材及焊接热影响区韧性有害。所以，在特厚板中将铝含量限定在0.015％～0.035％的范围内。
镍：对钢的强度贡献较小，但钢中添加适当的Ni能显著改善钢的韧性，尤其是能显著提高钢的低温韧性，但含量超过一定值后效果就不再明显，故本发明中，Ni的含量控制在0.15～0.35％；
铌：在钢中形成碳化物，在高温析出后钉扎在晶界处阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用，以提高钢材的强度和韧性，本发明中Nb含量为0.06～0.08％。
本发明以生产一种160mm超厚钢板的制造方法：经冶炼和浇铸，对铸坯进行探伤和清理，将2张或者多张母坯经过真空复合焊接，在宽厚板轧机上采用交叉轧制的方法，生产出探伤合格、具有优良低温韧性的钢板。
一种优良低温韧性的160mm特厚钢板生产方法，包括冶炼、连铸、坯料制备、轧制、热处理，
冶炼：采用RH进行真空处理，RH循环时间≥10min，钢中[H]控制在2ppm以下、[O]控制在25ppm以下；中间包目标过热度按小于25℃；全程保护浇注，上机前保证钢包静吹氩时间≥5min；铸坯下线后与热坯堆垛缓冷，缓冷时间大于等于24小时；
坯料制备：坯料是由两块300mm厚的连铸坯复合焊接而成的；复合焊接前要先对连铸坯表面和侧边利用铣床进行处理，焊接面粗糙度大于8um，焊接时真空室的真空度高于0.1pa，焊接电压控制在65KV-85KV，焊接电流控制在305mA-315mA，焊接速度控制在200mm/min-250mm/min，焊缝饱满，焊液流淌处不出现凹坑，焊缝起弧和收弧区域为一致的连续焊缝，不存在焊缝间断区域。
轧制：复合坯装炉前要用冷轧钢板进行覆盖包装，以防止加热时过度氧化；装炉时炉温度控制在500-650℃，加热温度控制在1150-1180℃；轧制前对坯料上下表面进行除鳞；轧制时采用低速大压下量，道次压下率控制在15％-30％，轧制速度控制在1.0m/s-1.1m/s，轧制过程中对钢板下表面进行喷水冷却以防止钢板翘曲；钢板轧后下线与热钢板堆垛缓冷，缓冷时间不小于24小时。
热处理：进行正火热处理，加热炉温度控制在885℃-895℃，保温时间控制在300min-330min，出炉后空冷。
本发明的有益效果在于：应用本发明方法生产出的钢板具有优良的低温韧性，-20℃冲击功不低于100J，钢板厚度为160mm的，探伤满足GB/T 2970 Ⅰ级标准。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行包括冶炼、连铸、坯料制备、轧制、热处理。本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的复合焊接工艺参数件表2。本发明实施例钢的主要工艺参数见表3。本发明实施例钢的性能见表4。
表1 本发明实施例钢的成分
实施例 C Si Mn P S Nb Ni ALs
1 0.06 0.65 1.40 0.015 0.0013 0.07 0.035 0.025
2 0.08 0.56 1.26 0.012 0.002 0.06 0.015 0.035
3 0.07 0.35 1.30 0.011 0.0015 0.08 0.03 0.015
4 0.065 0.60 1.20 0.018 0.004 0.072 0.02 0.020
表2 本发明实施例钢的复合焊接工艺参数
表3 本发明实施例钢的轧制、热处理主要工艺参数
表4 本发明实施例钢的性能

Claims (2)

1.一种优良低温韧性的160mm特厚钢板，其特征在于，该钢板的成分按重量百分比计如下：C0.06～0.08％、Si0.35～0.65％、Mn1.2～1.4％、P≤0.020％，S≤0.004％、Nb0.06～0.08％、Ni0.15～0.35％，Als0.015～0.035％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的优良低温韧性的160mm特厚钢板生产方法，包括冶炼、坯料制备、轧制、热处理，其特征在于：
(1)坯料制备：坯料是由两块300mm厚的连铸坯复合焊接而成的；复合焊接前要先对连铸坯表面和侧边利用铣床进行处理，焊接面粗糙度大于8um，焊接时真空室的真空度高于0.1pa，焊接电压控制在65KV-85KV，焊接电流控制在305mA-315mA，焊接速度控制在200mm/min-250mm/min，焊缝饱满，焊液流淌处不出现凹坑，焊缝起弧和收弧区域为一致的连续焊缝，不存在焊缝间断区域。
(2)轧制：复合坯装炉前要用冷轧钢板进行覆盖包装，装炉时炉温度控制在500℃-650℃，加热温度控制在1150℃-1180℃；轧制前对坯料上下表面进行除鳞；轧制时采用低速大压下量，道次压下率控制在15％-30％，轧制速度控制在1.0m/s-1.1m/s，轧制过程中对钢板下表面进行喷水冷却；钢板轧后下线与热钢板堆垛缓冷，缓冷时间不小于24小时。
(3)热处理：进行正火热处理，加热炉温度控制在885℃-895℃，保温时间控制在300min-330min，出炉后空冷。
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