CN111926256B - 一种宽度≥3500mm的超宽无各向异性钢板及其生产方法 - Google Patents

一种宽度≥3500mm的超宽无各向异性钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽度≥3500mm的超宽无各向异性钢板及其生产方法，所述钢板包含下述重量百分比含量的组分：C：0.10~0.16%，Mn：0.3~0.8%，Si：0.15~0.50%，P≤0.020%，S≤0.003%，Nb：0.010~0.025%，Als：0.010～0.045%，Ti：0.030~0.050%，Ca：≥0.0005%，N：≤0.0050%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；本发明方法制得的宽度≥3500mm超宽无各向异性钢板，常温下的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥20%，且横纵向强度差在15MPa以内，‑40℃横纵向冲击功≥120J，具有高强度、高韧性及无各向异性且无板厚效应，能满足桥梁等结构用钢的性能要求。

Description

一种宽度≥3500mm的超宽无各向异性钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料技术领域，具体涉及一种宽度≥3500mm的超宽无各向异性钢板及其生产方法。
背景技术
随着我国城市化进程的不断提速，城市跨江、跨河大桥桥面宽度不断增大，桥梁钢箱梁结构加工建造选用的超长超宽钢板的量不断增大，此时对钢板不同方向的性能也提出了更高的要求，如横纵向冲击功均要满足标准要求，纵横向强度差别在15MPa以内，无形中增加了中厚板生产企业的生产难度，导致产品合格率较低。
在本发明之前，国内外也有关于各向异性小的钢板制造方面的发明。如专利CN1989266A公布了一种“声各向异性小的焊接性优异的高强度钢板及其制造方法”，其主要采用在轧制过程的三阶段控制轧制方式，并通过控制各轧制阶段温度和总压缩比，控制晶粒长度和宽度比值，但其为获得抗拉强度为570MPa级以上高强度钢板，需要求添加Mo、Cr、Cu等贵重元素，且其未提及钢板宽度的问题，因此其制造方法可能并不适用于超宽钢板的生产。
专利号CN101305110A公布了“声各向异性小、焊接性优异的屈服应力为450MPa以上且抗拉强度为570MPa以上的高强度钢板及其制造方法”，其采用0.03-0.07％的C含量及最高达到2.0％Mn含量的成分设计，轧制也采用三阶段控制轧制方式，并通过控制各轧制阶段温度和总压缩比，但其未提及在2.0％Mn含量下如何控制可能产生的MnS夹杂物增大钢各向异性的方法，且其同样未提及钢板宽度的问题，因此其制造方法可能并不适用于超宽钢板的生产。
因此本发明针对以上问题，提出了一种超宽无各向异性钢板及其制造方法，满足宽度≥3500mm的超宽钢板的制造。
发明内容
本发明的目的是提出一种宽度≥3500mm的超宽无各向异性钢板及其生产方法，所述钢板常温下的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥20％，且横纵向强度差在15MPa以内，-40℃横纵向冲击功≥120J，具有高强度、高韧性及无各向异性且无板厚效应，能满足桥梁等结构用钢的性能要求。
为实现上述目的，本发明提出的一种宽度≥3500mm的超宽无各向异性钢板，包含下述重量百分比含量的组分：
C：0.10～0.16％，Mn：0.3～0.8％，Si：0.15～0.50％，P≤0.020％，S≤0.003％，Nb：0.010～0.025％，Als：0.010～0.045％，Ti：0.030～0.050％，Ca：≥0.0005％，N：≤0.0050％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
所述钢板常温下的横纵向屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥20％，且横纵向强度差在15MPa以内，-40℃横纵向冲击功≥120J。
所述钢板的厚度范围为10～100mm。
本发明的一种宽度≥3500mm的超宽无各向异性钢板的生产方法，包括LF炉外精炼、RH真空循环处理、板坯连铸、铸坯加热、控制轧制、冷却和堆垛缓冷，其特征在于：
(1)冶炼采用LF+RH处理，保证S含量≤0.003％，RH处理后钢种喂入钙线，而后保证软吹氩时间≥8min；铸坯采用堆垛或坑冷48h以上；
(2)选用的连铸板坯保证总压缩比≥3.0；
(3)对连铸板坯加热，且控制均热段温度在1150～1250℃下，均热时间45～60分钟；
(4)采用粗轧和精轧两阶段的控制轧制工艺对钢板进行轧制，粗轧阶段采用高温大压下，钢坯出炉后经除鳞后即开始轧制，开轧温度在1130～1200℃，在粗轧阶段保证横轧展宽道次和纵轧道次数相同，保证道次压力量均值≥20mm，粗轧阶段总轧制道次为8～12，轧制道次间隔10～15s，终轧温度控制＞1100℃，轧制停止厚度不大于成品厚度的2倍；精轧的开轧温度880～1000℃，精轧的终轧温度控制为860～890℃；
(5)钢板轧制完成后立即进行水冷冷却，控制入水前的温度≥750℃，水冷的终冷温度为500～600℃，钢板经矫平后在空气中冷却至400℃后下线堆垛缓冷。
本发明中各组分的作用及控制具有以下特征：
C：C是扩大奥氏体相区元素，能显著提高钢强度，但对钢的塑性、韧性和焊接性能造成不利影响。当C含量超过0.23％时，焊接性能会大幅度下滑，用于焊接场合的低合金结构钢C含量不能超过0.2％。为了保证钢板满足所需的强度要求且不损害钢的韧性和焊接性，本发明中将C含量范围控制为0.10～0.16％。
Mn：Mn在钢中作为置换原子，扩大奥氏体相区，降低A3温度，细化珠光体，显著提高低碳和中碳珠光体钢的强度，在增加强度的同时对钢板的延展性和塑性无明显影响，普通低合金钢中利用锰来强化铁素体和珠光体，提高钢的强度。钢中加入Mn，与S形成塑性MnS夹杂物，在轧制过程中延伸造成钢板各项异性增大。且Mn含量超过1.0％时会降低焊接性能，为了获得钢的屈服强度和焊接性的最佳匹配效果，本发明控制Mn含量范围为0.3～0.8％。
Si：Si以固溶强化的方式提高钢的强度，也是冶炼过程中良好的脱氧剂，但钢中硅含量过高时，会造成屈强比上升，降低钢的塑性和韧性，为了获得低屈强比、高韧性和高塑性的钢板，本发明中将Si含量范围控制为0.15～0.50％。
P：P在钢中为有害元素，含量应严格控制，P含量会增加钢的冷脆倾向，降低钢的低温韧性、恶化焊接性能，因此本发明中控制P含量范围为P≤0.020％。
S：S在钢中极易与合金元素形成硫化物，对低温韧性不利，硫化物夹杂的存在，不利于钢的韧性、延伸率和断面收缩率，而且容器硬气应力集中造成疲劳裂纹，降低S含量，降低了钢中非金属夹杂物水平，有利于保证冲击韧性、提高Z向性能，并可降低钢板的各向异性降低横纵向性能差，因此本发明控制S含量范围为S≤0.003％。
Nb：Nb可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温轧制。铌还可以抑制奥氏体晶粒长大，具有显著地细晶强化和析出强化作用，钢中加入铌能显著提高屈服强度和冲击韧性，降低其韧脆转变温度，但受到C含量的限值和加热温度的影响，过高的Nb无法固溶，而且恶化焊接性能，因此本发明中Nb添加含量的控制范围为0.010～0.025％。
Al：Al是钢中的主要脱氧元素，同时能够固定N元素、细化晶粒，提高钢的韧性，为了使脱氧固氮更充分，本发明中Al含量范围控制为Al≥0.015％。
Ti：Ti强碳氮化物元素，易与O、C、N结合，形成非常稳定的Ti(C、N)，其只有在1000℃以上才缓慢的熔入固溶体中，在铸坯加热时，能有效地阻碍奥氏体晶粒长大。但添加较多时，会引起钛的氮化物粗化，降低低温韧性，微量的钛对改善焊接热影响区的韧性十分有效，本发明采用微钛处理，控制Ti含量范围为0.030～0.050％。
N：在钢中有固溶强化作用，但在快冷后的回火或室温长时间停留时，由于析出微氮化物，使低碳钢发生时效现象，在强度和硬度提高的同时，韧性下降，断口敏感性增加，故而钢中残余氮含量过高会导致宏观组织疏松或气孔，需加以控制，因此，本发明控制N含量范围为N≤0.005％。
Ca：微量的钙在钢中可以作为脱氧、去硫的净化剂，改善非金属夹杂物的形态，用于钙处理洁净钢，本发明采用微量的钙处理，控制Ca含量范围≥0.0005％。
本发明提供的生产方法中，通过优化精炼工艺，对控制S含量，减少大颗粒的MnS夹杂物，并通过喂钙线，对MnS等塑性夹杂物进行变性处理，而后通过软吹使其充分上浮，防止MnS等塑性夹杂物在轧制过程中沿纵向延伸导致钢板的各向异性增加。
加热工艺设置在1250℃以下，为防止奥氏体晶粒粗化严重影响韧性，同时保证足够的均热时间，为使钢种的元素偏析等得到充分扩散均匀化。
轧制工艺和冷却工艺，在粗轧阶段采用高温大压下，控制开轧温度≤1200℃，终轧温度＞1100℃，在粗轧阶段，通过控制横轧展宽道次和纵轧道次数相同，保证横向和纵向奥氏体动态再结晶程度相同，轧制道次间隔10～15s，保证奥氏体再结晶后回复充分，保证晶粒各项均匀一致。在精轧阶段的总压下量不大于50％，通过控制该压下量，能够使形变奥氏体晶粒的长宽比控制在较低的范围内，而精轧的终轧温度控制为860℃以上能够进一步降低形变奥氏体晶粒的长宽比，可以进一步降低钢的各向异性。钢板冷后堆垛缓冷，保证钢中应力均匀释放，保证的钢板的各项同性。从而获得≥3500mm超宽无各向异性钢板。
本发明方法制得的宽度≥3500mm超宽无各向异性钢板，常温下的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥20％，且横纵向强度差在15MPa以内，-40℃横纵向冲击功≥120J，具有高强度、高韧性及无各向异性且无板厚效应，能满足桥梁等结构用钢的性能要求。
具体实施方式
为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。
下表1为本发明各实施例钢板所含化学成分的质量百分含量列表；
下表2为本发明各实施例钢板的力学性能测试结果列表。
表1本发明各实施例中的化学组分及重量百分比含量列表(wt％)
Figure BDA0002628449770000061
实施例1
本实施例以生产宽度为3650mm的超宽无各向异性钢板为例来解释本发明，本实施例钢板的组分及其重量百分比含量如表1所示。
本实施例的一种宽度为3650mm的超宽无各向异性钢板的生产方法，包括下述步骤：
(1)冶炼采用LF+RH处理，RH处理后钢种喂入钙线，而后软吹氩时间10min；铸坯采用堆垛49h；
(2)选用的连铸板坯尺寸为200*2000mm*L；
(3)连铸板坯均热段温度在1195℃下，均热时间52分钟；
(4)采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺对钢板进行轧制，粗轧阶段采用高温大压下，控制开轧温度1180℃，保证横轧展宽道次和纵轧道次数均为4，轧制道次间隔15s，终轧温度控制1120℃，轧制停止厚度为40mm；精轧的开轧温度≤990℃，终轧温度控制为872℃；
(5)钢板轧制完成后入水前的温度755℃，水冷的终冷温度为582℃，钢板经矫平后在空气中冷却至400℃下线堆垛缓冷。采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板规格为10mm*3650mm*L，所述钢板的力学性能如表2所示。
实施例2
本实施例以生产宽度为3720mm的超宽无各向异性钢板为例来解释本发明，本实施例钢板的组分及其重量百分比含量如表1所示。
本实施例的一种宽度为3720mm的超宽无各向异性钢板的生产方法，包括下述步骤：
(1)冶炼采用LF+RH处理，RH处理后钢种喂入钙线，而后软吹氩时间12min；铸坯采用堆垛52h；
(3)选用的连铸板坯尺寸为250mm*2200mm*L；
(3)连铸板坯均热段温度在1182℃下，均热时间49分钟；
(4)采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺对钢板进行轧制，粗轧阶段采用高温大压下，控制开轧温度1162℃，保证横轧展宽道次和纵轧道次数均为5，轧制道次间隔12s，终轧温度1121℃，轧制停止厚度为50mm；精轧的开轧温度≤900℃，终轧温度控制为865℃；
(5)钢板轧制完成后入水前的温度772℃，水冷的终冷温度为532℃，钢板经矫平后在空气中冷却至400℃下线堆垛缓冷。采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为20mm*3720mm*L，所述钢板的力学性能如表2所示。
实施例3
本实施例以生产宽度为3580mm的超宽无各向异性钢板为例来解释本发明，本实施例钢板的组分及其重量百分比含量如表1所示。
本实施例的一种宽度为3580mm的超宽无各向异性钢板的生产方法，包括下述步骤：
(1)冶炼采用LF+RH处理，RH处理后钢种喂入钙线，而后软吹氩时间8min；铸坯采用堆垛62h；
(2)选用的连铸板坯尺寸为300mm*2250mm*L；
(3)连铸板坯均热段温度在1246℃下，均热时间60分钟；
(4)采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺对钢板进行轧制，粗轧阶段采用高温大压下，开轧温度1199℃，保证横轧展宽道次和纵轧道次数均为5，轧制道次间隔15s，终轧温度1125℃，轧制停止厚度为75mm；精轧的开轧温度≤912℃，终轧温度控制为884℃；
(5)钢板轧制完成后入水前的温度785℃，水冷的终冷温度为508℃，钢板经矫平后在空气中冷却至400℃下线堆垛缓冷。采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为40mm*3580mm*L，所述钢板的力学性能如表2所示。
实施例4
本实施例以生产宽度为3610mm的超宽无各向异性钢板为例来解释本发明，本实施例钢板的组分及其重量百分比含量如表1所示。
本实施例的一种宽度为3610mm的超宽无各向异性钢板的生产方法，包括下述步骤：
(1)冶炼采用LF+RH处理，RH处理后钢种喂入钙线，而后软吹氩时间8min；铸坯采用堆垛62h；
(2)选用的连铸板坯尺寸为300mm*2300mm*L；
(3)连铸板坯均热段温度在1225℃下，均热时间40分钟；
(4)采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺对钢板进行轧制，粗轧阶段采用高温大压下，控制开轧温度1176，保证横轧展宽道次和纵轧道次数均为5，轧制道次间隔14s，终轧温度1102℃，轧制停止厚度为90mm；精轧的开轧温度≤875℃，终轧温度控制为864℃；
(5)钢板轧制完成后入水前的温度801℃，水冷的终冷温度为512℃，钢板经矫平后在空气中冷却至400℃下线堆垛缓冷。采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为60mm*3610mm*L，所述钢板的力学性能如表2所示。
实施例5
本实施例以生产宽度为3575mm的超宽无各向异性钢板为例来解释本发明，本实施例钢板的组分及其重量百分比含量如表1所示。
本实施例的一种宽度为3575mm的超宽无各向异性钢板的生产方法，包括下述步骤：
(1)冶炼采用LF+RH处理，RH处理后钢种喂入钙线，而后软吹氩时间9min；铸坯采用堆垛45h；
(2)选用的连铸板坯尺寸为350mm*2300mm*L；
(3)连铸板坯均热段温度在1156℃下，均热时间59分钟；
(4)采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺对钢板进行轧制，粗轧阶段采用高温大压下，控制开轧温度1138，保证横轧展宽道次和纵轧道次数均为6，轧制道次间隔15s，终轧温度1105℃，轧制停止厚度为100mm；精轧的开轧温度≤883℃，终轧温度控制为875℃；
(5)钢板轧制完成后入水前的温度811℃，水冷的终冷温度为546℃，钢板经矫平后在空气中冷却至400℃下线堆垛缓冷。采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为80mm*3575mm*L，所述钢板的力学性能如表2所示。
实施例6
本实施例以生产宽度为3610mm的超宽无各向异性钢板为例来解释本发明，本实施例钢板的组分及其重量百分比含量如表1所示。
本实施例的一种宽度为3610mm的超宽无各向异性钢板的生产方法，包括下述步骤：
(1)冶炼采用LF+RH处理，RH处理后钢种喂入钙线，而后软吹氩时间9min；铸坯采用堆垛45h；
(2)选用的连铸板坯尺寸为350mm*2350mm*L；
(3)连铸板坯均热段温度在1201℃下，均热时间51分钟；
(4)采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺对钢板进行轧制，粗轧阶段采用高温大压下，开轧温度1165，保证横轧展宽道次和纵轧道次数均为5，轧制道次间隔10s，终轧温度1127℃，轧制停止厚度为120mm；精轧的开轧温度≤895℃，终轧温度控制为885℃；
(5)钢板轧制完成后入水前的温度821℃，水冷的终冷温度为566℃，钢板经矫平后在空气中冷却至400℃下线堆垛缓冷。采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为100mm*3502mm*L，所述钢板的力学性能如表2所示。
表2本发明各实施例制得的钢板的力学性能列表
Figure BDA0002628449770000101
从表2中可以看出，采用本发明的成分和生产方法制得的钢板，进行常温拉伸试验和-40℃纵向冲击试验，其结果：所述钢板常温下的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥20％，且横纵向强度差在15MPa以内，-40℃横纵向冲击功≥120J，具有高强度、高韧性及无各向异性且无板厚效应，能满足桥梁等结构用钢的性能要求。

Claims (2)

1.一种宽度≥3500mm的超宽无各向异性钢板，其特征在于包含下述重量百分比含量的组分：C：0.10~0.16%，Mn：0.3~0.8%，Si：0.15~0.50%，P≤0.020%，S≤0.003%，Nb：0.010~0.025%，Als：0.010～0.045%，Ti：0.030~0.050%，Ca：≥0.0005%，N：≤0.0050%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述的一种宽度≥3500mm的超宽无各向异性钢板的生产方法，包括LF炉外精炼、RH真空循环处理、板坯连铸、铸坯加热、控制轧制、冷却和堆垛缓冷，具体是：
（1）冶炼采用LF+RH处理，保证S含量≤0.003%，RH处理后钢种喂入钙线，而后保证软吹氩时间≥8min；铸坯采用堆垛或坑冷48h以上；
（2）选用的连铸板坯保证总压缩比≥3.0；
（3）对连铸板坯加热，且控制均热段温度在1150～1250℃下，均热时间45～60分钟；
（4）采用粗轧和精轧两阶段的控制轧制工艺对钢板进行轧制，粗轧阶段采用高温大压下，钢坯出炉后经除鳞后即开始轧制，开轧温度在1130~1200℃，在粗轧阶段保证横轧展宽道次和纵轧道次数相同，保证道次压力量均值≥20mm，粗轧阶段总轧制道次为8~12，轧制道次间隔10~15s，终轧温度控制＞1100℃，轧制停止厚度不大于成品厚度的2倍；精轧的开轧温度880~1000℃，精轧的终轧温度控制为860~890℃；
（5）钢板轧制完成后立即进行水冷冷却，控制入水前的温度≥750℃，水冷的终冷温度为500~600℃，钢板经矫平后在空气中冷却至400℃后下线堆垛缓冷；
所述钢板的厚度范围为10~100mm。
2.根据权利要求1所述的一种宽度≥3500mm的超宽无各向异性钢板，其特征在于：所述钢板常温下的横纵向屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥20%，且横纵向强度差在15MPa以内，-40℃横纵向冲击功≥120J。
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