CN108034897A

CN108034897A - 一种低压缩比条件生产的特厚板及其生产方法

Info

Publication number: CN108034897A
Application number: CN201711310081.5A
Authority: CN
Inventors: 郑东升; 蹇海根; 欧玲; 孙斌; 王生朝; 杜民献
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan University of Technology
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2018-05-15
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: CN108034897B

Abstract

本发明公开了一种低压缩比条件生产的特厚板及其生产方法，采用铁水转炉冶炼，通过LF+RH精炼工艺制得连铸坯，经过加热工艺后，再通过一阶段轧制工艺和热处理工艺处理得到特厚板，所述特厚板由C、Si、Mn、P、S、Nb、Ti、Alt和Fe元素及不可避免的杂质组成。通过本发明的生产方法制得的150mm Q390特厚板，其‑40℃及‑60℃纵向冲击功均在138J以上，厚度方向断面收缩率达到Z35要求，实现了低成本生产工艺条件下特厚板更高的强度、更优异的低温冲击功以及优良的厚度方向断面收缩率。

Description

一种低压缩比条件生产的特厚板及其生产方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，更具体地，涉及一种低压缩比条件生产的特厚板及其生产方法。

背景技术

100mm以上特厚板广泛应用于工程机械上，其需求量也越来越大，由于工程质量的要求及服役环境的限制，100mm以上特厚板不仅要有良好的内部质量，而且要有优异的力学性能、焊接性能。

目前生产100mm以上特厚板多采用钢锭、复合坯以及350mm以上厚度的连铸坯，钢锭、复合坯生产特厚板具有工艺流程长、成材率低的局限性，350mm以上厚度的连铸坯则对连铸设备的要求较高，投资较大。

采用钢锭生产100mm以上特厚板多为两火成材，而采用复合坯、350mm以上厚度的连铸坯生产100mm以上特厚板多为两阶段轧制，相对而言，生产效率较低。

在成分设计上，不同钢级特厚板中均加入一定量的Ni合金，虽Ni合金的加入可有效提高钢的低温韧性，但由于Ni合金较为昂贵，增加了特厚板的生产成本。

当然现有技术中也有采用不含Ni合金制作的特厚板，但其成分设计中Nb的含量较高，且轧制工艺较复杂，如2013年授权的中国专利(授权公告号为CN102330017A)公布了“小压缩比条件下使用连铸坯生产特厚钢板的工艺方法”，此发明采用高Nb的成分设计以及300mm厚连铸坯生产140mm Q345E-Z35特厚板，压缩比为2.14，-40℃冲击功在80J以下，余量较小。

基于上述情况，寻求一种在在不增加投资的基础上，采用更为经济的成分设计以及生产工艺，实现特厚板更高的强度、更优异的低温冲击功以及厚度方向断面收缩率，成为当下一个亟需解决的问题，也将为特厚板的生产带来更大的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种成分设计优良、性能优异的低压缩比条件生产的特厚板。

本发明同时还提供一种生产工艺简单、生产成本低且能高效生产的低压缩比条件生产特厚板的方法。

本发明的发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种低压缩比条件生产的特厚板，采用铁水转炉冶炼，通过LF+RH精炼工艺制得连铸坯，经过加热工艺后，再通过一阶段轧制工艺和热处理工艺制得，所述特厚板由C、Si、Mn、P、S、Nb、Ti、Alt和Fe元素及不可避免的杂质组成。

进一步地，所述特厚板由以下重量百分比的合金成分组成：C：0.16％～0.18％、Si：0.15％～0.25％、Mn：1.40％～1.50％、P：≤0.015％、S：≤0.0050％、Nb：0.020％～0.025％、Ti：0.010％～0.015％、Alt：0.020％～0.050％，其余为Fe元素，上述所有合金成分之和为100％，各合金元素化学成分满足碳当量

Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43。

更进一步地，本发明所述特厚板的厚度为150mm。

一种低压缩比条件生产特厚板的方法，包括LF+RH精炼工艺、一阶段轧制工艺、冷却工艺和热处理工艺。

同时所述特厚板合金成分的重量百分比为：C：0.16％～0.18％、Si：0.15％～0.25％、Mn：1.40％～1.50％、P：≤0.015％、S：≤0.0050％、Nb：0.020％～0.025％、Ti：0.010％～0.015％、Alt：0.020％～0.050％，其余为Fe元素，上述所有合金成分之和为100％，各合金元素化学成分满足碳当量

Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43。

本发明对合金元素进行科学选择，并合理设计其成分含量，相关合金元素在特厚板中的作用列举如下：

Nb元素：在热加工过程中抑制奥氏体的形变再结晶并阻止晶粒的长大，并通过它们的碳氮化合物的应变诱导析出，其具有很强的晶粒细化强化效果，对钢进行沉淀强化。

Ti元素：是强碳化物形成元素，它和S的亲和力大于Fe和S的亲和力，因此其加入可在钢中优先生成硫化钛，降低生成硫化铁地几率，可以减少钢地热脆性；同时Ti与C形成的TiC微粒有阻止钢晶粒长大粗化的作用，使钢产生强化；此外，Ti还能减慢珠光体向奥氏体的转变过程。

一方面，本发明的特厚板未添加Ni元素，虽然Ni的添加可以增加特厚板的抗拉强度和硬度，有效提高钢的低温韧性，且可显著改善其高温强度和耐热性，但其在耐蚀性及热导性方面有负面影响，且Ni元素本身成本较高，本发明在总结Ni元素添加利弊的基础上，将特厚板通过上述科学的合金成分设计，通过后续独特的轧制工艺和热处理工艺等使本发明制备所得的特厚板同样达到甚至超过有Ni元素添加情况下的力学性能。

另一方面，本发明的特厚板中Nb的含量很少，相对于现有技术中0.05％左右的添加量来说减少了至少一半，Nb含量控制在0.025％以内时，其对钢的强化效果将达最优状态。

具体地，本发明的生产方法包括采用铁水转炉冶炼，通过LF+RH精炼工艺制得连铸坯，将连铸坯加热后进行一阶段轧制并通过摆动式冷却即得到所述特厚板的半成品，再通过热处理工艺从而得到性能优异的特厚板成品，其具体生产步骤如下：

1).所述LF+RH精炼工艺制备连铸坯包括以下步骤：

a.铁水脱硫处理，脱硫后硫含量控制在0.0050％以内，然后进行扒渣操作，扒渣后铁水表面无残渣；

b.铁水转炉冶炼，转炉终点温度控制为1620℃～1660℃，转炉终点碳控制在0.11％以下；

c.LF炉采用白渣操作，白渣保持时间不少于10min，精炼总时间不少于20min；LF炉处理后进行RH炉真空处理，RH炉在真空度≤5.0mbar条件下保持时间不少于20min，连铸时控制中包温度在液相线+10℃～20℃；

d.连铸坯堆垛缓冷72h以上，充分释放连铸坯中的氢，保证后续的探伤质量。

2).所述加热工艺包括以下步骤：

e.将d步骤中的连铸坯冷装入炉，预热段炉气温度为340℃～520℃，加热段炉气温度为700℃～1210℃，均热段炉气温度为1180℃～1200℃，连铸坯加热时间为290min～340min，均热时间不少于50min，出钢温度为1170℃～1190℃。

连铸坯出炉后需进行除鳞操作，其中高压水除鳞压力为18～23MPa。

3).所述一阶段轧制工艺包括以下步骤：

f.以四道次完成特厚板轧制过程，开轧温度控制在1040℃～1050℃，末三道次压下率均≥16％，终轧温度为1000℃～1020℃；

g.将轧制后的特厚板预矫直后在倾斜喷射流冷却装置中进行摆动式冷却，摆动3～5次，开冷温度970℃～990℃，终冷温度290℃～330℃，返红温度640℃～670℃，平均冷速为3.0℃/s～4.0℃/s；

h.待特厚板温度降到550℃以下时下线堆冷，待特厚板降至常温温度时进行探伤。

4).所述热处理工艺包括以下步骤：

i.将h步骤的特厚板置于辊底式热处理炉中，以1.4min/mm～1.6min/mm的升温速度加热到895℃～905℃，保温35min～45min；

j.特厚板从辊底式热处理炉出炉后进入淬火机内进行加速冷却，终冷温度290℃～320℃，返红温度645℃～675℃，平均冷速为5.0℃/s～6.0℃/s。

j步骤的特厚板充分冷却后即可入库。

进一步地，f步骤中道次压下量为39mm～46mm，并且道次压下率逐渐增大，道次轧制力≤120000KN，道次扭矩≤9500KN·m。

现有技术的特厚板生产均采用两阶段轧制或两火成材的方式，生产过程复杂，生产效率低下，无法适用市场批量需求，本发明通过对各轧制参数进行合理控制，直接省略一次轧制步骤，仅通过一阶段轧制即实现并超越了现有技术的粗轧和精轧的双重效果。

进一步地，g步骤中所述倾斜喷射流冷却装置共设有14组冷却集管，前4组冷却集管为缝隙集管，设有缝隙喷嘴，后10组冷却集管为高密集管，设有高密喷嘴。

其中每组冷却集管都包括上集管和下集管，每组缝隙集管由一对上下集管组成，每组高密集管由两对上下集管组成。

第1～4组缝隙上集管均正向喷射，第5组的两个高密上集管均反向喷射，第6组～第14组的两个高密上集管均正向喷射、反向喷射交替进行，第1～14组冷却下集管均正向喷射。

所述正向喷射为冷却水流喷射方向与特厚板运行方向一致，并与特厚板成一倾斜角，所述反向喷射为冷却水流喷射方向与特厚板运行方向相反，并与特厚板成一倾斜角。

具体地，特厚板在摆动冷却过程中，倾斜喷射流冷却装置的所有集管均打开，第1～4组缝隙上集管流量均在190m³/h～210m³/h之间，第5～14组高密上集管流量均在250m³/h～270m³/h之间，辊速0.50m/s～0.60m/s，水比1.25～1.30。

优选地，g步骤中摆动次数为3次。

进一步地，j步骤中淬火机共有19组集管，第1～7组为高压段集管，第8～19组为低压段集管，开启第8～18组低压段集管，第8～18组高密上集管流量均在120m³/h～140m³/h之间，水比2.15～2.25，辊速0.35m/s～0.45m/s。

进一步地，所述连铸坯的厚度为320mm，一阶段轧制工艺中的压缩比为2.13。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1)科学地采用微Nb、不添加Ni的化学成分设计，在有效降低生产成本的同时提高特厚板的热处理性能；

2)采用一阶段轧制操作，四道次完成轧制，颠覆了现有技术的两火成材轧制或两阶段轧制理念，实现低成本、高效生产；

3)轧制后的冷却采用在倾斜喷射流冷却装置中摆动式冷却，一方面倾斜喷射流冷却装置的喷射流可有效保证冷却速度，另一方面摆动式冷却的模式可使特厚板冷却均匀，延长各部位的冷却时间，为特厚板的整体冷却效果提供有效保障；

4)采用通过普通连铸设备即可铸得的320mm厚连铸坯作为特厚板的轧制材料，选用2.13的低压缩比，生产150mm特厚板，工艺流程简单、成材率高，设备投资少；

5)通过本发明的生产方法制得的150mm Q390特厚板，其-40℃及-60℃纵向冲击功均在138J以上，厚度方向断面收缩率达到Z35要求，实现了低成本生产工艺条件下特厚板更高的强度、更优异的低温冲击功以及优良的厚度方向断面收缩率。

附图说明

图1是本发明所述特厚板上表面的金相组织；

图2是本发明所述特厚板四分之一厚度的金相组织；

图3是本发明所述特厚板心部位置的金相组织。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。为方便说明，本发明下述实施例采用的仪器和设备等列举如下，但并不因此限定本发明。

本发明提供一种采用320mm厚的连铸坯通过2.13的低压缩比，制得150mm特厚板的方法，具体地连铸坯为采用铁水转炉冶炼，通过LF+RH精炼工艺制得，将连铸坯经过加热工艺后，再通过一阶段轧制工艺和热处理工艺处理得到特厚板，特厚板由C、Si、Mn、P、S、Nb、Ti、Alt和Fe元素及不可避免的杂质组成，其中特厚板由以下重量百分比的合金成分组成：

C：0.16％～0.18％

Si：0.15％～0.25％

Mn：1.40％～1.50％

P：≤0.015％

S：≤0.0050％

Nb：0.020％～0.025％

Ti：0.010％～0.015％

Alt：0.020％～0.050％，其余为Fe元素，上述所有合金成分之和为100％，各合金元素化学成分满足碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43。

以上合金成分中不含Ni，同时Nb的含量很低，摒弃了现有技术中高成本添加Ni和Nb来增强特厚板相关性能的操作，本实施例旨在通过后续优良的如加热工艺、一阶段轧制工艺和热处理工艺等生产工艺路线，使以上不含Ni和低Nb含量的合金成分的特厚板达到性能优异的效果。

本发明的特厚板生产工艺路线具体为：铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→坯料加热→除鳞→轧制→预矫直→倾斜喷射流冷却装置冷却→下线堆冷→探伤→辊底式热处理炉热处理→淬火机加速冷却→入库。

其中坯料加热工艺：320mm坯料冷装，预热段炉气温度340℃～520℃，加热段炉气温度700℃～1210℃，均热段炉气温度1180℃～1200℃，坯料加热时间290min～340min，均热时间≥50min，出钢温度1170℃～1190℃。

轧制工艺：开轧温度控制在1040℃～1050℃，采用一阶段控制轧制，4道次完成轧制，道次压下量依次为39mm、46mm、43mm、42mm，末三道次压下率≥16％，具体可以分别为16.2％、18.3％、21.8％，终轧温度1000℃～1020℃。

倾斜喷射流冷却装置冷却工艺：特厚板经过预矫直后，在倾斜喷射流冷却装置中采用摆动式冷却模式冷却，摆动3次，第1～第4组缝隙上集管流量均为200m³/h，第5组～第14组高密上集管流量均为260m³/h，辊速0.50m/s，水比1.25；开冷温度970℃～990℃，终冷温度290℃～330℃，返红温度640℃～670℃，平均冷速3.0℃/s～4.0℃/s。待特厚板温度降到550℃以下时下线堆冷。

辊底式热处理炉热处理工艺：特厚板入炉后，以1.4min/mm～1.6min/mm的升温速度加热到895℃～905℃，并保温35min～45min。

淬火机加速冷却工艺：特厚板出炉后在淬火机进行加速冷却，开启第8～第18组低压段集管，第8～第18组高密上集管流量均为130m³/h，水比2.2，辊速0.38m/s，终冷温度290℃～320℃，返红温度645℃～675℃，平均冷速5.0℃/s～6.0℃/s。

本实施例的连铸坯由于受到制造设备的限制，连铸坯尺寸为320mm×2190mm×3853mm，最终得到的特厚板尺寸为150mm×2190mm×8170mm。

以下表1、表2和表3示出了多个实施例中不同合金成分组成的连铸坯在不同的工艺条件处理下得到的特厚板的相关力学性能。

表1各实施例的150mm厚的特厚板的化学成分(wt％)

	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti	Alt
									实施例1	0.16	0.15	1.40	0.010	0.002	0.020	0.010	0.020
实施例2	0.17	0.20	1.43	0.012	0.003	0.021	0.012	0.027
									实施例3	0.18	0.25	1.50	0.015	0.005	0.025	0.015	0.050

表2各实施例的150mm厚的特厚板的轧制及热处理相关参数

表3各实施例的150mm厚的特厚板的相关性能参数

本发明化学成分设计较为经济，经转炉冶炼、LF精炼、RH精炼以及连铸，采用道次压下率递增的一阶段轧制、在线摆动式冷却控制、辊底式热处理炉正火后加速冷却的方式生产特厚板，得到的特厚板表面为贝氏体、少量铁素体和珠光体的混合组织，如图1所示；厚度1/4位置为细小铁素体晶粒和小团块、短杆状珠光体组织，如图2所示；厚度1/2位置(即心部位置)为铁素体、珠光体组织。

本实施例制得的特厚板综合力学性能优异，屈服强度330MPa～345MPa，抗拉强度500MPa～510MPa，延伸率29％～32％，-40℃纵向冲击功≥160J，-60℃纵向冲击功≥138J，满足GB/T 1591-2008标准中150mm Q390特厚板的力学性能要求，并且厚度方向断面收缩率达到GB/T 5313-2010标准中Z35要求，按照GB/T2970-2004标准进行探伤，特厚板实物质量满足Ⅱ级要求。

发明人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各成分的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种低压缩比条件生产的特厚板，其特征在于，采用铁水转炉冶炼，通过LF+RH精炼工艺制得连铸坯，经过加热工艺后，再通过一阶段轧制工艺和热处理工艺制得，所述特厚板由C、Si、Mn、P、S、Nb、Ti、Alt和Fe元素及不可避免的杂质组成。

2.根据权利要求1所述的低压缩比条件生产的特厚板，其特征在于，所述特厚板由以下重量百分比的合金成分组成：C：0.16%~0.18%、Si：0.15%~0.25%、Mn：1.40%~1.50%、P：≤0.015%、S：≤0.0050%、Nb：0.020%~0.025%、Ti：0.010%~0.015%、Alt：0.020%~0.050%，其余为Fe元素，上述所有合金成分之和为100%，各合金元素化学成分满足碳当量Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43。

3.根据权利要求1或2所述的低压缩比条件生产的特厚板，其特征在于，所述特厚板厚度为150mm。

4.一种低压缩比条件生产特厚板的方法，其特征在于，包括LF+RH精炼工艺、一阶段轧制工艺、冷却工艺和热处理工艺，所述特厚板合金成分的重量百分比为：C：0.16%~0.18%、Si：0.15%~0.25%、Mn：1.40%~1.50%、P：≤0.015%、S：≤0.0050%、Nb：0.020%~0.025%、Ti：0.010%~0.015%、Alt：0.020%~0.050%，其余为Fe元素，上述所有合金成分之和为100%，各合金元素化学成分满足碳当量Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43。

5.根据权利要求4所述的低压缩比条件生产特厚板的方法，其特征在于，所述一阶段轧制工艺包括以四道次完成特厚板的轧制过程，开轧温度控制在1040℃～1050℃，末三道次压下率均≥16%，终轧温度为1000℃～1020℃。

6.根据权利要求5所述的低压缩比条件生产特厚板的方法，其特征在于，道次压下量为39mm~46mm，且道次压下率逐渐增大；道次轧制力≤120000KN，道次扭矩≤9500KN·m。

7.根据权利要求4所述的低压缩比条件生产特厚板的方法，其特征在于，所述冷却工艺包括在倾斜喷射流冷却装置中进行摆动式冷却，摆动3～5次，开冷温度970℃~990℃，终冷温度290℃～330℃，返红温度640℃～670℃，平均冷速为3.0℃/s～4.0℃/s。

8.根据权利要求4所述的低压缩比条件生产特厚板的方法，其特征在于，所述热处理工艺包括将特厚板置于辊底式热处理炉中，以1.4min/mm~1.6min/mm的升温速度加热到895℃~905℃，保温35min~45min。

9.根据权利要求8所述的低压缩比条件生产特厚板的方法，其特征在于，所述特厚板从辊底式热处理炉出炉后进入淬火机内进行加速冷却，终冷温度290℃~320℃，返红温度645℃~675℃，平均冷速为5.0℃/s～6.0℃/s。

10.根据权利要求4~9任意一项所述的低压缩比条件生产特厚板的方法，其特征在于，所述LF+RH精炼工艺制得的连铸坯厚度为320mm，一阶段轧制工艺中的压缩比为2.13。