CN112195400A

CN112195400A - 一种e460-w200超高强船板钢及其制造方法

Info

Publication number: CN112195400A
Application number: CN202011022562.8A
Authority: CN
Inventors: 伯飞虎; 尹雨群; 赵晋斌; 李恒坤; 车马俊; 张晓雪; 邱保文; 黄建华
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2021-01-08

Abstract

本发明公开了一种E460‑W200超高强船板钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.04%～0.12%，Si：0.15%～0.35%，Mn：1.30%～1.50%，P≤0.020%，S≤0.0030%，V：0.030%～0.060%，Nb：0.010%～0.030%，Alt：0.030%～0.080%，Ti：0.005%～0.030%，Ca：0.0005%～0.0040%，N≤0.0060%，（Alt·N）/Ti控制在0.010～0.030。屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥570MPa，适合焊接线能量在200kJ/cm范围内的高强船板钢，钢板的HAZ在‑40℃下的平均冲击功在46J以上。

Description

一种E460-W200超高强船板钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种E460-W200超高强船板钢及其制造方法。

背景技术

大线能量焊接用钢应用广泛，如，在造船行业中，使用普通船板的造船效率仅为高热输入焊接用船板的四分之一。国内无法生产时只能从国外进口，但价格昂贵。大线能量焊接方法是最为实用的提高焊接施工效率和降低成本的方式，高热输入焊接用钢是我国钢铁行业重点发展的目标之一，具有广阔的市场前景。

当焊接热输入大于50kJ/cm时为大线能量焊接，传统钢板在焊接热输入大于50kJ/cm情况下，由于焊接热影响区组织的过度粗化，焊接接头的力学性能会发生严重下降，甚至低于母材钢板的标准要求，研究开发满足大线能量焊接用钢是解决大线能量焊接热影响区低温韧性恶化的有效途径。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种E460-W200超高强船板钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.04％～0.12％，Si：0.15％～0.35％，Mn：1.30％～1.50％，P≤0.020％，S≤0.0030％，V：0.030％～0.060％，Nb：0.010％～0.030％，Alt：0.030％～0.080％，Ti：0.005％～0.030％，Ca：0.0005％～0.0040％，N≤0.0060％，其余为Fe及不可避免的杂质，(Alt·N)/Ti控制在0.010～0.030。

技术效果：本发明根据元素的特征，设计出经济型、高强度、高韧性和优良焊接性的大线能量焊接用钢。在钢的成分设计的基本思路是加锰和Ti、Al、Nb、V复合微合金化元素含量提高强度，控制磷、硫等杂质元素含量，有效地细化了晶粒和提高韧性；采用复合脱氧方法，并控制(Alt·N)/Ti值，形成细小弥散的微细夹杂，在焊接过程中抑制奥氏体长大和控制组织转变，使得大线能量焊接用钢粗晶区韧性保持在一个较好的水平。生产周期短，生产节奏快，具有重大的经济意义。

本发明进一步限定的技术方案是：

前所述的一种E460-W200超高强船板钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.09％，Si：0.25％，Mn：1.35％，P：0.008％，S：0.0012％，V：0.040％，Nb：0.022％，Alt：0.056％，Ti：0.021％，Ca：0.0020％，N：0.0044％，其余为Fe及不可避免的杂质，(Alt·N)/Ti控制在0.012。

前所述的一种E460-W200超高强船板钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.10％，Si：0.21％，Mn：1.30％，P：0.012％，S：0.0015％，V：0.036％，Nb：0.015％，Alt：0.048％，Ti：0.011％，Ca：0.0015％，N：0.0036％，其余为Fe及不可避免的杂质，(Alt·N)/Ti控制在0.016。

前所述的一种E460-W200超高强船板钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.06％，Si：0.27％，Mn：1.45％，P：0.013％，S：0.0018％，V：0.051％，Nb：0.028％，Alt：0.072％，Ti：0.016％，Ca：0.0029％，N：0.0059％，其余为Fe及不可避免的杂质，(Alt·N)/Ti控制在0.027。

前所述的一种E460-W200超高强船板钢，钢板厚度为70mm，适合焊接线能量在200kJ/cm范围内的高强船板钢。

本发明的另一目的在于提供一种E460-W200超高强船板钢的制造方法，包括以下工序：铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→铸坯检验、判定→铸坯验收→连铸坯加热→除鳞→轧制→冷却→探伤→切割、取样→喷印标识→入库，

其中，铁水脱硫预处理后硫含量控制在S≤0.005％，转炉冶炼控制P含量≤0.013％，LF精炼进行夹杂物控制及合金成分调整，严格按照Ti铁—Al块—Ca线-Al线的顺序添加；RH精炼抽真空处理在高真空度≤5.0mbar条件下保持时间≥10分钟，连铸控制中包温度在液相线5～30℃，连铸坯堆垛缓冷48小时以上；

连铸坯加热温度为1100～1200℃，轧制采用奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制，粗轧采用道次大压下量破碎奥氏体晶粒，道次压下量≥30mm，粗轧开轧温度≥1050℃，粗轧成≥2.0倍成品厚度的中间坯，粗轧终轧温度控制在900～1050℃，精轧开轧温度为780～880℃，每道次压下率为10％～15％；轧后控制冷却，采用层流冷却，返红温度为450～550℃，随后空冷。

本发明的有益效果是：

(1)本发明中对钢的化学成分设计优势在于：

碳是钢中最重要的元素，同时也是最便宜的元素之一，碳是强间隙固溶元素，在钢中加入碳可对钢有着显著的间隙固溶强化作用，从而提高低合金高强度钢的强度，并且对钢的强度贡献最大；碳与钢中的微合金元素(Nb、Ti、V等)结合形成碳化物，尤其是在奥氏体中形成细小、弥散分布的碳化物夹杂，起到晶粒细化和沉淀强化的作用，提高钢的硬度和强度；钢中含碳量增加时，屈服和抗拉强度升高，但塑性和冲击韧性会降低，其焊接性能也会受损；低合金高强度钢中采用低碳化设计，必然会造成强度损失，为了确保大线能量焊接用钢在低碳的前提下仍具有高强度，需要采用合理的微合金化处理，通过添加微合金化元素来提高强度；锰是弱的碳化物形成元素，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，通常增加锰含量来弥补因降低碳含量造成的部分强度损失；锰可以明显降低转变温度,强烈降低晶界铁素体开始转变温度，促进针状铁素体的形成；

硅能溶于铁素体和奥氏体中从而提高钢的硬度和强度，弥补降低碳含量造成的部分强度损失；硅在钢水中有很好的脱氧作用，是良好的脱氧剂；用铝脱氧时酌加一定量的硅，能显著提高铝的脱氧能力；然而硅含量过高能促进仿晶界铁素体形核，抑制针状铁素体形成，增加M-A组元含量，降低钢的塑性和韧性,使得钢的焊接性能降低；因此大线能量焊接用钢的成分应低硅化，促使微细的贝氏体和铁素体组织形成；

铝作为一种强氧化剂，具有很高的稳定性，可生成细小的氧化物弥散分散在钢中；同时，铝还是一种强的定氮剂，形成纳米级的氮化铝析出物，提高钢的热稳定性，抑制钢在再加热过程中的奥氏体晶粒粗化；但氮化铝对奥氏体晶界的钉扎效应只局限在1100℃以；在奥氏体分解时，铝的复合夹杂能有效地诱导针状铁素体形核，细化晶粒并且提高韧性；在钢中添加适量的铝，热影响区中M-A岛数量减少，其平均长度降低，并且M-A中残余奥氏体数量增加，从而提高热影响区的韧性；

铌是典型的析出强化元素，和碳、氮有着强烈的亲和力；常温时，钢中的铌大部分都是以碳化物、氮化物、碳氮化物形式存在；适量的铌元素可以形成细小弥散的第二相粒子，在轧制过程中有非常好的细晶强化和沉淀强化效果；这些细小的第二相粒子还能在焊接过程中钉扎奥氏体晶粒，抑制晶粒粗化；部分铌能固溶于奥氏体基体中，偏析在奥氏体晶界，通过溶质拖曳效应抑制奥氏体晶界移动来限制晶粒的长大，细化晶粒，提高强度和韧性；

钒和碳、氮等元素有极强的亲和力，在钢中主要以碳化物和氮化物的形式存在，可以通过析出强化来提高强度；在奥氏体中析出的VN能够抑制奥氏体晶粒长大；在铁素体区析出的VN，可以增加晶内铁素体的形核核心，两方面共同促进晶粒细化，显著地改善低碳低合金钢的焊接性能；

钛和氧、氮、碳都有极强的亲和力，是一种良好的脱氧剂和固定氮和碳的有效元素；钛的氧化物被认为是钢中最有效的形核夹杂，能有效地促进针状铁素体形核；

硫是钢中的有害元素，它以熔点较低的FeS的形式存在，容易导致钢产生热脆现象，从而产生裂纹，钢中的S易和Mn结合，形成MnS夹杂的层状偏析，使板厚方向的强度和塑性大幅度降低，产生层状撕裂，危害钢的性能；同时，在特定条件下钢中的MnS,与VN、TiN一起钉扎奥氏体晶粒长大和诱发晶内铁素体形核，有效地细化了晶粒和提高韧性；

磷是杂质元素，其最大的害处是偏析严重，显著降低钢的塑性和韧性，对焊接性也有不良影响；

(2)本发明通过基于复合脱氧技术的冶炼工艺，在钢中形成细小化、弥散化、复合化的氧化物粒子，利用这些高温热稳定的细小弥散夹杂物粒子钉扎高热输入条件下焊接热影响区的奥氏体晶界，细化奥氏体晶粒，同时利用这些氧化物作为晶内针状铁素体IAF的形核点，使焊接热影响区内形成强韧性较好的IAF组织，进而提高大线能量焊接热影响区的韧性；

(3)本发明采用TMCP技术结合高温低速大压下轧制生产高强船板钢，无需热处理，降低了成本，生产工序稳定。

具体实施方式

以下实施例提供的一种E460-W200超高强船板钢及其制造方法，钢板厚度均为70mm，化学成分如表1，轧制冷却工艺参数如表2，产品性能如表3：

表1实施例的主要化学成分(wt％)

表2实施例的轧制冷却工艺参数

实施例	厚度mm	粗轧终轧温度℃	精轧开轧温度℃	返红温度℃
					1	70	1065	846	510
2	70	1050	820	450
					3	70	1081	870	550

表3实施例产品性能

由此可知，本发明获得的钢板综合力学性能良好，屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥570MPa，适合焊接线能量在200kJ/cm范围内的高强船板钢，钢板的HAZ在-40℃下的平均冲击功在46J以上。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种E460-W200超高强船板钢，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.04%～0.12%，Si：0.15%～0.35%，Mn：1.30%～1.50%，P≤0.020%，S≤0.0030%，V：0.030%～0.060%，Nb：0.010%～0.030%，Alt：0.030%～0.080%，Ti：0.005%～0.030%，Ca：0.0005%～0.0040%，N≤0.0060%，其余为Fe及不可避免的杂质，（Alt·N）/Ti控制在0.010～0.030。

2.根据权利要求1所述的一种E460-W200超高强船板钢，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.09%，Si：0.25%，Mn：1.35%，P：0.008%，S：0.0012%，V：0.040%，Nb：0.022%，Alt：0.056%，Ti：0.021%，Ca：0.0020%，N：0.0044%，其余为Fe及不可避免的杂质，（Alt·N）/Ti控制在0.012。

3.根据权利要求1所述的一种E460-W200超高强船板钢，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.10%，Si：0.21%，Mn：1.30%，P：0.012%，S：0.0015%，V：0.036%，Nb：0.015%，Alt：0.048%，Ti：0.011%，Ca：0.0015%，N：0.0036%，其余为Fe及不可避免的杂质，（Alt·N）/Ti控制在0.016。

4.根据权利要求1所述的一种E460-W200超高强船板钢，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.06%，Si：0.27%，Mn：1.45%，P：0.013%，S：0.0018%，V：0.051%，Nb：0.028%，Alt：0.072%，Ti：0.016%，Ca：0.0029%，N：0.0059%，其余为Fe及不可避免的杂质，（Alt·N）/Ti控制在0.027。

5.根据权利要求1所述的一种E460-W200超高强船板钢，其特征在于：钢板厚度为70mm，适合焊接线能量在200kJ/cm范围内的高强船板钢。

6.根据权利要求1所述的一种E460-W200超高强船板钢的制造方法，其特征在于：应用于权利要求1-5任意一项，包括以下工序：铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→铸坯检验、判定→铸坯验收→连铸坯加热→除鳞→轧制→冷却→探伤→切割、取样→喷印标识→入库，

其中，铁水脱硫预处理后硫含量控制在S≤0.005%，转炉冶炼控制P含量≤0.013%，LF精炼进行夹杂物控制及合金成分调整，严格按照Ti铁—Al块—Ca线-Al线的顺序添加；RH精炼抽真空处理在高真空度≤5.0mbar条件下保持时间≥10分钟，连铸控制中包温度在液相线5～30℃，连铸坯堆垛缓冷48小时以上；

连铸坯加热温度为1100～1200℃，轧制采用奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制，粗轧采用道次大压下量破碎奥氏体晶粒，道次压下量≥30mm，粗轧开轧温度≥1050℃，粗轧成≥2.0倍成品厚度的中间坯，粗轧终轧温度控制在900～1050℃，精轧开轧温度为780～880℃，每道次压下率为10%～15%；轧后控制冷却，采用层流冷却，返红温度为450～550℃，随后空冷。