CN110605530A - 一种生产特厚钢板的组坯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产特厚钢板的组坯方法，采用两块或多块相同钢种、不同厚度的钢坯作为基坯，将两块或多块钢坯焊接成一块复合坯，再将复合坯轧制成成品厚度，组坯方法是利用两块或多块基坯的厚度差异，使成品钢板厚度上1/4处、厚度下1/4处和厚度1/2处能够同时避开基坯的厚度1/2处，从而提高成品钢板厚度上1/4处、厚度下1/4处和厚度1/2处力学性能的均匀性和稳定性。

Description

一种生产特厚钢板的组坯方法

技术领域

本发明涉及采用复合坯获得大厚度坯料技术生产特厚钢板的组坯方法。

背景技术

特厚钢板主要用在大型工程或设备上，通常要求钢板厚度1/4和厚度1/2位置同时具有良好的力学性能，尤其是低温冲击韧性。目前公开的特厚钢板复合制坯工艺技术为采用相同钢种、相同炉号、相同成分和相同断面尺寸的连铸坯作为基坯进行复合，其复合组坯方式主要有两坯复合和三坯复合。无论采用哪种复合组坯方式，钢板力学性能取样位置都无法同时避开连铸基坯厚度1/2处的偏析、疏松和裂纹等冶金缺陷，其结果势必会造成钢板厚度1/4或厚度1/2处钢板力学性能稳定性较差，甚至不能满足产品标准要求。

公布号为CN108247297A的发明专利涉及“高韧性厚钢板用复合铸坯的制备工艺”，提供了一种采用不同炉号、相同钢种、不同含碳量连铸坯复合工艺，复合组坯方式为三坯复合，复合坯料内层采用低碳成分设计，改善中心偏析，提高钢板中心部位质量和韧性，外层采用高碳成分设计，避开包晶区含碳量范围，减少表面裂纹发生率，通过加热过程高温扩散使成分均匀化，实现强度和韧性的综合兼顾。该发明从改善钢板心部韧性和表面质量角度不失为一种好的解决办法，但由于内层和外层钢板碳含量差别较大，通过高温加热固态扩散很难实现成分均匀化，势必会造成内层和外层化学成分和力学性能差异较大，无法满足特厚钢板对厚度方向化学成分和力学性能均匀性的要求，只能应用于极特殊的领域，应用范围较小。此外，内层坯料虽然采用低碳成分设计，钢板厚度1/2处仍然没有避开连铸基坯厚度中心，偏析、疏松和裂纹等冶金缺陷，这些冶金缺陷在一定程度上仍然影响钢板厚度1/2处力学性能的稳定性。

公告号为CN107460278A的发明专利涉及“一种多复合板坯生产大单重、特厚钢板的工艺”，提供了一种采用多次复合板坯生产大单重特厚钢板的工艺，具体为采用真空复合技术进行两坯复合或三坯复合，第一次复合轧制钢板切割后，以复合钢板作为基坯进行第二次复合。该发明的目的是采用多次复合替代锻造工艺生产大单重特厚钢板，降低生产成本，缩短工期。该发明如果先采用三坯复合，然后再以复合钢板作为基坯进行第二次复合，那么最终成品钢板厚度1/4处仍然为连铸基坯厚度1/2处，即偏析、疏松等冶金缺陷最严重的位置，该位置的力学性能的稳定性仍然较差。如果该发明先采用两坯复合，然后再以复合钢板作为基坯进行第二次复合，钢板厚度1/4和厚度1/2处均为复合界面，虽然力学性能取样位置可以同时避开连铸基坯的厚度1/2处，使钢板厚度1/4和厚度1/2处力学性能同时满足标准和使用要求，但与一次轧制复合相比，生产成本和生产周期明显增加。

上述专利是在传统复合方式的基础上进行的创新性生产方式，其共同缺点是不能在保证钢板化学成分均匀的基础上，低成本地满足钢板厚度1/4和厚度1/2 处同时避开连铸基坯厚度1/2处的冶金缺陷的技术要求。

基于以上现有技术，申请人提出一种采用两块相同钢种、不同炉号、不同厚度的连铸坯作为基坯的复合坯组坯方法。本发明工艺简单，组坯灵活，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采用真空复合技术生产特厚钢板的组坯方法。

为了达到上述目的，本申请的技术方案：一种生产特厚钢板的组坯方法，采用两块或多块的相同钢种、不同厚度的钢坯作为基坯，将两块钢坯焊接成一块复合坯，再将复合坯轧制成成品厚度，组坯方法是利用两块或多块基坯的厚度差异，使成品钢板厚度上1/4处、厚度下1/4处和厚度1/2处能够同时避开基坯的厚度1/2 处，从而提高成品钢板厚度上1/4处、厚度下1/4处和厚度1/2处力学性能的均匀性和稳定性。

上述组坯方法，包括以下步骤：

(1)基坯准备：选取两块或多块钢种相同、炉号不同、厚度不同、宽度和长度相同的板坯作为待组坯料；

(2)坯料复合：采用目前公开的真空电子束焊接方法复合，包括接触面铣磨、除油污、叠放、抽真空和焊接密封等工序。

(3)特厚钢板生产：复合坯在均热炉内加热至1200～1250℃，保温≥8h，并采用“高温、低速、大压下”轧制工艺，通过高温扩散和轧制过程中反复再结晶使复合界面形成金属键结合。成品钢板采用正火处理，进一步改善钢板组织性能的均匀性。

为了保证钢板厚度方向化学成分和力学性能整体均匀性，步骤(1)中两块基坯需满足如下条件：

(1)基坯化学成分：上、下两层连铸基坯碳含量之差≤0.02％，Si含量之差≤0.05％，Mn含量之差≤0.05％，Cr素含量之差≤0.05％，Ni素含量之差≤0.05％， Cu素含量之差≤0.05％，Mo含量之差≤0.05％，Nb含量之差≤0.01％，V含量之差≤0.01％，Ti元素含量之差≤0.01％，S含量之差≤0.005％，P含量之差≤ 0.005％。

(2)基坯低倍质量：偏析不大于B类1.0级，疏松不大于1.0级，裂纹不大于 1.0级。

(3)基坯厚度选择：上、下两层连铸基坯厚度和轧制成品钢板厚度之间应同时满足如下条件：

①|B-A︱≥40(A+B)/C；

②B≥20(A+B)/C；

③A≥20(A+B)/C；

其中，A、B分别为上层和下层连铸基坯厚度，C为轧制成品钢板厚度。

本发明选择以上工艺参数和限制条件的原因如下：

本发明要求上、下层连铸基坯C、Si、Mn、S、P、Ni、Cr、Cu、Mo、Nb、 V、Ti元素含量之差在一定范围以内，是为了防止由于上、下两块连铸基坯化学成分差异太大，最终导致钢板厚度方向性能的不均匀。

本发明虽然可以使钢板厚度上1/4、厚度下1/4和厚度1/2同时避开连铸基坯的厚度1/2处的偏析、疏松和裂纹等冶金缺陷，但这些冶金界面缺陷仍然存在于钢板一定厚度层面上，为了保证特厚钢板厚度方向上整体质量性能的均匀性，将连铸基坯的偏析、疏松和裂纹冶金缺陷控制在一定级别范围内是十分必要的，也是本发明在钢板生产中具备实际意义的前提条件。

本发明中在特厚钢板厚度方向上共有5个典型位置，包括厚度上1/4处、厚度下1/4处、厚度1/2处、上层基坯厚度1/2处和下层基坯厚度1/2处。这5个典型位置的相对位置与上层和下层连铸基坯的厚度以及成品钢板的厚度有关。如附图1和附图2所示，上、下两块基坯厚度确定后，随着钢板厚度的增加，钢板厚度上1/4、厚度下1/4、厚度1/2处、上层基坯厚度1/2和下层基坯厚度1/2之间的相对位置相差越大。实际生产中在钢板厚度上1/4处、厚度下1/4处和厚度1/2 处取样时，取样位置能够完全避开上、下两层连铸基坯的厚度中心处的偏析、疏松和裂纹等冶金缺陷，钢板厚度方向上5个典型位置之间的相对位置之差至少为10mm以上。根据数学计算，上、下两层连铸基坯厚度和轧制成品钢板厚度之间应同时满足如下条件：

①|C/4-C/2×A/(A+B)︱≥10；

②C/2-C/2×A/(A+B)≥10；

③C/2-C/2×B/(A+B)≥10；

化简可得：

①|B-A︱≥40(A+B)/C；

②B≥20(A+B)/C；

③A≥20(A+B)/C；

其中，A、B分别为上层和下层连铸基坯厚度，C为轧制成品钢板厚度。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

采用上述工艺生产的特厚钢板具备目前公开的复合坯生产特厚钢板的质量性能优势，进一步来讲，钢板具有优良的探伤性能和抗层状撕裂性能。此外，本发明还具备以下特征：

1、钢板厚度上1/4处、厚度下1/4处和厚度1/2处完全避开了连铸基坯的厚度中心处的偏析、疏松和裂纹等冶金缺陷，从而提高钢板厚度上1/4、厚度下1/4 或厚度1/2处力学性能的均匀性和稳定性。

2、与采用两块厚度相同连铸基坯复合相比，本发明钢板复合界面位置更靠近钢板表面，有利于轧制变形的渗透，提高复合界面质量，能够满足较小轧制压缩比的要求。

3、生产工艺简单，组坯灵活，适合批量生产，且不额外增加生产成本。

附图说明

图1为150mm厚的基坯和370mm厚的基坯组坯后5个典型位置距离钢板上表面的距离随最终钢板厚度的变化；

图2为150mm厚的基坯和450mm厚的基坯组坯后5个典型位置距离钢板上表面的距离随最终钢板厚度的变化。

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。

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或同等替代均包括在本发明的保护范围之内。

本发明各实施例、对比例中复合坯组坯和钢板基本信息如表1所示，各实施例、对比例中复合坯的就学成分如表2所示，各实施例、对比例所生产钢板的性能检验结果如表3所示。

采用真空复合技术生产特厚钢板的组坯方法，步骤如下

(1)基坯准备：选取两块的钢种相同、炉号不同、厚度不同、宽度和长度相同的连铸板坯作为待组基坯；

(2)坯料复合：将两基坯或多块基坯层叠起来，对基坯接触面铣磨、除油污、叠放、抽真空通过真空电子束组合焊接成复合坯；

(3)轧制：复合坯加热至1200～1250℃，保温≥8h进行高温扩散，采用“高温、低速、大压下”轧制工艺，轧制过程中单道次压下率为35％以上的保证至少有3道次，将复合坯轧制成成品钢，在高温扩散和轧制过程中反复再结晶使复合界面形成金属键结合；

(4)成品钢板采用正火处理，进一步改善钢板组织性能的均匀性。

表1各实施例、对比例中复合坯组坯及钢板基本信息

表2各实施例、对比例中复合坯的化学成分(wt％)

表3各实施例、对比例所生产的钢板的性能检验结果

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 (8)

1.一种生产特厚钢板的组坯方法，其特征在于：采用两块或多块相同钢种、不同厚度的钢坯作为基坯，将两块或多块钢坯焊接成一块复合坯，再将复合坯轧制成成品厚度，其特征在于：组坯方法是利用两块或多块基坯的厚度差异，使成品钢板厚度上1/4处、厚度下1/4处和厚度1/2处能够同时避开基坯的厚度1/2处，从而提高成品钢板厚度上1/4处、厚度下1/4处和厚度1/2处力学性能的均匀性和稳定性。

2.根据权利要求1所述的一种生产特厚钢板的组坯方法，其特征在于：成品钢板厚度方向上的典型位置：厚度上1/4处、厚度下1/4处、厚度1/2处以及分别与两基坯或多块基坯的厚度1/2处对应的厚度处，多个典型位置中相邻两位置在厚度方向的间距为10mm以上。

3.根据权利要求2所述的一种生产特厚钢板的组坯方法，其特征在于：两基坯或多基坯除不可避免的杂质元素外，元素组成相同且相同元素只差满足：碳含量之差≤0.02％，Si含量之差≤0.05％，Mn含量之差≤0.05％，Cr素含量之差≤0.05％，Ni素含量之差≤0.05％，Cu素含量之差≤0.05％，Mo含量之差≤0.05％，Nb含量之差≤0.01％，V含量之差≤0.01％，Ti元素含量之差≤0.01％，S含量之差≤0.005％，P含量之差≤0.005％。

4.根据权利要求2所述的一种生产特厚钢板的组坯方法，其特征在于：两基坯或多基坯的低倍质量要满足：偏析不大于B类1.0级，疏松不大于1.0级，裂纹不大于1.0级。

5.根据权利要求2所述的一种生产特厚钢板的组坯方法，其特征在于：以两基坯的复合坯轧制成成品钢板，上、下两基坯的厚度A、B和成品钢板厚度C之间应同时满足如下条件：

①|B-A︱≥40(A+B)/C；

②B≥20(A+B)/C；

③A≥20(A+B)/C。

6.根据权利要求1-5中任一权项所述的一种生产特厚钢板的组坯方法，其特征在于：步骤如下

(1)基坯准备：选取两块或多块的钢种相同、炉号不同、厚度不同、宽度和长度相同的连铸板坯作为待组基坯；

(2)坯料复合：将两基坯或多块基坯层叠起来，通过真空电子束组合焊接成复合坯；

(3)轧制：复合坯加热至1200～1250℃，保温≥8h，高温扩散，采用“高温、低速、大压下”轧制工艺，将复合坯轧制成成品钢，在高温扩散和轧制过程中反复再结晶使复合界面形成金属键结合；

(4)成品钢板采用正火处理，进一步改善钢板组织性能的均匀性。

7.根据权利要求6中任一权项所述的一种生产特厚钢板的组坯方法，其特征在于：步骤(2)复合前，对基坯接触面铣磨、除油污、叠放、抽真空。

8.根据权利要求6中任一权项所述的一种生产特厚钢板的组坯方法，其特征在于：步骤(3)，轧制过程中单道次压下率为35％以上的至少有3道次。