CN109536832A - 一种150～200mm特厚高强钢S460NL钢板及其生产方法 - Google Patents

一种150～200mm特厚高强钢S460NL钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种150‑200mm的特厚高强钢S460NL钢板及其生产方法，通过KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、模铸浇注、钢锭脱模清理、均热坑加热、大压下量轧制、堆垛缓冷及调质热处理等一系列工序，制出的钢板与现有技术相比，厚度大、强度高、低温冲击韧性好、碳当量低等优点，结合现有工艺装备水平和生产能力，满足了市场需求。

Description

一种150～200mm特厚高强钢S460NL钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及宽厚钢板生产领域，具体涉及一种150～200mm特厚高强钢S460NL钢板及其生产方法。
背景技术
S460NL是一种强度高，在正火、正火加回火或调质状态后有较高的综合力学性能。主要用于大型船舶、桥梁、电站设备、高压锅炉、高压容器、机车车辆、起重机械、矿山机械及其他大型焊接结构件。其特点是集中了厚度大、强度高、低温冲击韧性好、碳当量低等优点。为了满足市场需求，结合结合现有工艺装备水平和生产能力进行了一系列的研制生产。
发明内容
为满足市场需求，本发明的目的是提供一种150-200mm的特厚高强钢S460NL钢板，使用在大型焊接结构件上时，厚度大，强度高、低温冲击韧性好、碳当量低等优点。
本发明的另一目的是提供一种150-200mm的特厚高强钢S460NL钢板的生产方法。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种150-200mm的特厚高强钢S460NL钢板，该钢板厚度在150～200mm，包含以下质量百分比的化学成分：C 0.09～0.12%、Si≤0.20～0.40%、Mn 1.50～1.55%、P≤0.015%、S≤0.003%、Nb 0.35～0.45%、V 0.60～0.70%、Ti≤0.12%、Cr≤0.60%、Ni ≤0.20～0.30%、Mo ≤0.50%、B≤0.003%，其它为Fe和残留元素。
进一步地，所述S460NL钢板在-50℃时的纵向冲击功为≥27J，碳当量为≤0.55%。
本发明采用的上述技术方案，在保证大厚度钢板的强度时，在较低含量的普通C、Mn、Si等强度元素的基础上，添加微合金元素来再次增加钢板的强度，这样的好处是，避免了这些元素过多导致碳当量超标及低温冲击韧性值低的情况发生；添加的合金元素Nb、V、Ti能够起到增加强度的目的，Nb能够细化晶粒，晶粒越细小，晶界越多，而晶界的强度与韧性远比晶体好；V、Ti能够与C、N形成V[C N]、Ti[C N]等，从而形成析出强化，提高强度；Cr、Mo、B等元素能够增加钢板的淬透性，因为钢板的厚度较大，钢板的内部冷却速度远小于钢板的表面，为了得到均匀的组织，必须要增大钢板的淬透性；Ni可降低临界点并增加奥氏体的稳定性，也可提高奥氏体钢的蠕变抗力；P可以产生低温脆性，对钢板的低温冲击韧性有极大的影响，所以必须控制钢水中P元素的含量。
一种150-200mm的特厚高强钢S460NL钢板的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
为了达到上述目的，本发明采取的生产方法包括：KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、模铸浇注、钢锭脱模清理、均热坑加热、大压下量轧制、堆垛缓冷、调质热处理等工艺控制。
1)KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃；
2)转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.06%，铁水温度≥1620℃，铁水装入量误差按±1t，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢碳≥0.05%，出钢P≤0.006%，S≤0.010%；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣；转炉出钢过程中硅锰、中碳锰铁合金，加入量按照内控Si下限0～0.05%控制、Mn下限0～0.10%控制；氩站C含量按照内控下限0～0.05%控制；钢水到氩站后不再加铝线，到站吹氩3min后离站，离站温度≥1570℃；
3）精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节。加入精炼渣料，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间≥20min，离站前加入硅钙线；精炼过程杜绝暴吹现象发生；精炼白渣保持时间≥10min；LF精炼离站温度按照1605～1620℃控制；
4）VD真空环节：VD真空至67Pa以下开始保压，时间按照≥18min控制；破真空后软吹2～5min，软吹过程中钢水不得裸露；对钢水定氢，确保钢水中的H值≤0.8ppm以下；离站添加覆盖剂必须保证铺满钢液面，且加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1570±15℃，防止模铸浇铸温度低，结冷钢无法浇铸；
5）模铸浇铸工艺：到站使用前锭模温度≤ 120℃，浇注时中注管上口与钢包下水口的距离控制在≤140mm，浇注前，模铸保护渣一半采取草绳吊挂的方式挂在锭模中，吊挂高度高于锭模底部300 ～ 400mm，同时浇模铸浇注温度按照1545-1565℃进行控制；钢水到站后根据温度情况执行软吹氩工艺，吹氩时间最好控制在4-10min；吹氩结束后要求镇静5min后开浇；另一半在开浇后1 ～ 4min 内加完，本体浇铸时间按14～18min控制，帽口浇铸时间按5～7min控制，浇铸到帽口1/3位置时，添加保温剂保温，使保温剂均匀覆盖铺平，浇注结束后必须确保帽口保温效果；钢锭浇铸完毕后8～1h左右进行脱模；要求钢锭在脱模后的24h内清理完毕，钢锭在清理完毕后根据生产计划送轧装炉；
6）加热温度及加热时间：焖钢温度550～600℃，时间2h，升温速度80℃/S，当温度升至750℃时保温7h，升温速度100℃ /S，温度升至1000℃时升温速度不限，温度升至1280℃时保温17h，温度在1260℃时出钢；
7）轧制工艺：结合炼钢化学成分，为防止混晶和晶粒粗大，一阶段采取“高温、低速、大压下”，开轧温度1100℃～1150℃，晾钢厚度大于240mm，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础；二阶段开轧温度≤920℃，道次压下量≥20mm，终轧温度820～860℃；轧后为保证钢板内部晶粒度，通过调整冷却集管组数，返红温度在600～650℃之间，冷却速度在10～20℃/S，之后送往矫直机矫直；
8）堆冷工艺：钢板矫直后及时下线堆冷，堆冷温度≥400℃，堆冷时间≥48h；通过缓冷，以避免内部应力来不及释放产生内部裂纹，同时进一步促使钢板内部的N2、H2溢出，为探伤提供了保证；
9）调质热处理工艺：采用外部机械化热处理炉进行热处理，淬火工艺温度910±20℃，保温时间按T=2.2～2.4min/mm控制，回火温度为630～650℃，保温时间为T=4.0～4.5min/mm，从而得到本发明。
与现有技术相比，本发明集中了厚度大、强度高、低温冲击韧性好、碳当量低等优点，结合现有工艺装备水平和生产能力，满足了市场需求。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的技术特征作进一步描述。
实施例
生产一种150-200mm的特厚高强钢S460NL钢板，该钢板厚度在150～200mm，包含以下质量百分比的化学成分：C 0.09～0.12%、Si≤0.20～0.40%、Mn 1.50～1.55%、P≤0.015%、S≤0.003%、Nb 0.35～0.45%、V 0.60～0.70%、Ti≤0.12%、Cr≤0.60%、Ni ≤0.20～0.30%、Mo ≤0.50%、B≤0.003%，其它为Fe和残留元素。
上述钢板是通过以下步骤进行生产的：
为了达到上述目的，本发明采取的生产方法包括：KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、模铸浇注、钢锭脱模清理、均热坑加热、大压下量轧制、堆垛缓冷、调质热处理等工艺控制。
1)KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃；
2)转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.06%，铁水温度≥1620℃，铁水装入量误差按±1t，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢碳≥0.05%，出钢P≤0.006%，S≤0.010%；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣；转炉出钢过程中硅锰、中碳锰铁合金，加入量按照内控Si下限0～0.05%控制、Mn下限0～0.10%控制；氩站C含量按照内控下限0～0.05%控制；钢水到氩站后不再加铝线，到站吹氩3min后离站，离站温度≥1570℃；
3）精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节。加入精炼渣料，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间≥20min，离站前加入硅钙线；精炼过程杜绝暴吹现象发生；精炼白渣保持时间≥10min；LF精炼离站温度按照1605～1620℃控制；
4）VD真空环节：VD真空至67Pa以下开始保压，时间按照≥18min控制；破真空后软吹2～5min，软吹过程中钢水不得裸露；对钢水定氢，确保钢水中的H值≤0.8ppm以下；离站添加覆盖剂必须保证铺满钢液面，且加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1570±15℃，防止模铸浇铸温度低，结冷钢无法浇铸；
5）模铸浇铸工艺：到站使用前锭模温度≤ 120℃，浇注时中注管上口与钢包下水口的距离控制在≤140mm，浇注前，模铸保护渣一半采取草绳吊挂的方式挂在锭模中，吊挂高度高于锭模底部300 ～ 400mm，同时浇模铸浇注温度按照1545-1565℃进行控制；钢水到站后根据温度情况执行软吹氩工艺，吹氩时间最好控制在4-10min；吹氩结束后要求镇静5min后开浇；另一半在开浇后1 ～ 4min 内加完，本体浇铸时间按14～18min控制，帽口浇铸时间按5～7min控制，浇铸到帽口1/3位置时，添加保温剂保温，使保温剂均匀覆盖铺平，浇注结束后必须确保帽口保温效果；钢锭浇铸完毕后8～1h左右进行脱模；要求钢锭在脱模后的24h内清理完毕，钢锭在清理完毕后根据生产计划送轧装炉；
6）加热温度及加热时间：焖钢温度550～600℃，时间2h，升温速度80℃/S，当温度升至750℃时保温7h，升温速度100℃ /S，温度升至1000℃时升温速度不限，温度升至1280℃时保温17h，温度在1260℃时出钢；
7）轧制工艺：结合炼钢化学成分，为防止混晶和晶粒粗大，一阶段采取“高温、低速、大压下”，开轧温度1100℃～1150℃，晾钢厚度大于240mm，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础；二阶段开轧温度≤920℃，道次压下量≥20mm，终轧温度820～860℃；轧后为保证钢板内部晶粒度，通过调整冷却集管组数，返红温度在600～650℃之间，冷却速度在10～20℃/S，之后送往矫直机矫直；
8）堆冷工艺：钢板矫直后及时下线堆冷，堆冷温度≥400℃，堆冷时间≥48h；通过缓冷，以避免内部应力来不及释放产生内部裂纹，同时进一步促使钢板内部的N2、H2溢出，为探伤提供了保证；
9）调质热处理工艺：采用外部机械化热处理炉进行热处理，淬火工艺温度910±20℃，保温时间按T=2.2～2.4min/mm控制，回火温度为630～650℃，保温时间为T=4.0～4.5min/mm，从而得到本发明。
对通过上述生产方法制得的钢板进行结果分析：
机械力学性能分析
成份及机械力学性能按EN 10025:2004-3执行，机械性能具体见下表：
本次试生产150-200的S460NL共18批，各项性能指标均达到标准要求且富余量大，其中屈服强度控制在420-500MPa，抗拉强度控制在550-700 MPa，；伸长率控制在17%-20%；V型-50℃纵向冲击功控制在120～285J之间，完全达到150-200mm的S460NL标准要求。
外检及探伤分析：生产的钢板外检严格，按照正品率100%，按EN 10160进行探伤，其中达到S3/E3标准的比例为83%，达到S1/E1标准的比例为100%，达到了预期效果。

Claims (2)

1.一种150-200mm的特厚高强钢S460NL钢板，其特征在于：该钢板厚度在150～200mm，包含以下质量百分比的化学成分：C 0.09～0.12%、Si≤0.20～0.40%、Mn 1.50～1.55%、P≤0.015%、S≤0.003%、Nb 0.35～0.45%、V 0.60～0.70%、Ti≤0.12%、Cr≤0.60%、Ni ≤0.20～0.30%、Mo ≤0.50%、B≤0.003%，其它为Fe和残留元素。
2.一种150-200mm的特厚高强钢S460NL钢板的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
1)KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃；
2)转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.06%，铁水温度≥1620℃，铁水装入量误差按±1t，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢碳≥0.05%，出钢P≤0.006%，S≤0.010%；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣；转炉出钢过程中硅锰、中碳锰铁合金，加入量按照内控Si下限0～0.05%控制、Mn下限0～0.10%控制；氩站C含量按照内控下限0～0.05%控制；钢水到氩站后不再加铝线，到站吹氩3min后离站，离站温度≥1570℃；
3）精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节,
加入精炼渣料，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间≥20min，离站前加入硅钙线；精炼过程杜绝暴吹现象发生；精炼白渣保持时间≥10min；LF精炼离站温度按照1605～1620℃控制；
4）VD真空环节：VD真空至67Pa以下开始保压，时间按照≥18min控制；破真空后软吹2～5min，软吹过程中钢水不得裸露；对钢水定氢，确保钢水中的H值≤0.8ppm以下；离站添加覆盖剂必须保证铺满钢液面，且加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1570±15℃，防止模铸浇铸温度低，结冷钢无法浇铸；
5）模铸浇铸工艺：到站使用前锭模温度≤ 120℃，浇注时中注管上口与钢包下水口的距离控制在≤140mm，浇注前，模铸保护渣一半采取草绳吊挂的方式挂在锭模中，吊挂高度高于锭模底部300 ～ 400mm，同时浇模铸浇注温度按照1545-1565℃进行控制；钢水到站后根据温度情况执行软吹氩工艺，吹氩时间最好控制在4-10min；吹氩结束后要求镇静5min后开浇；另一半在开浇后1 ～ 4min 内加完，本体浇铸时间按14～18min控制，帽口浇铸时间按5～7min控制，浇铸到帽口1/3位置时，添加保温剂保温，使保温剂均匀覆盖铺平，浇注结束后必须确保帽口保温效果；钢锭浇铸完毕后8～1h左右进行脱模；要求钢锭在脱模后的24h内清理完毕，钢锭在清理完毕后根据生产计划送轧装炉；
6）加热温度及加热时间：焖钢温度550～600℃，时间2h，升温速度80℃/S，当温度升至750℃时保温7h，升温速度100℃ /S，温度升至1000℃时升温速度不限，温度升至1280℃时保温17h，温度在1260℃时出钢；
7）轧制工艺：结合炼钢化学成分，为防止混晶和晶粒粗大，一阶段采取“高温、低速、大压下”，开轧温度1100℃～1150℃，晾钢厚度大于240mm，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础；二阶段开轧温度≤920℃，道次压下量≥20mm，终轧温度820～860℃；轧后为保证钢板内部晶粒度，通过调整冷却集管组数，返红温度在600～650℃之间，冷却速度在10～20℃/S，之后送往矫直机矫直；
8）堆冷工艺：钢板矫直后及时下线堆冷，堆冷温度≥400℃，堆冷时间≥48h；通过缓冷，以避免内部应力来不及释放产生内部裂纹，同时进一步促使钢板内部的N2、H2溢出，为探伤提供了保证；
9）调质热处理工艺：采用外部机械化热处理炉进行热处理，淬火工艺温度910±20℃，保温时间按T=2.2～2.4min/mm控制，回火温度为630～650℃，保温时间为T=4.0～4.5min/mm，从而得到本发明。
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