CN113667897A - 一种低温韧性钢及其P、As匹配工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁制造技术领域，具体公开了一种低温韧性钢及其P、As匹配工艺。所述低温韧性钢包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.16％，Si≤0.20％，Mn 1.20～1.60％，Ti 0.010～0.050％，Nb 0.020～0.050％，Als 0.015～0.065％，As≤0.028％，P≤0.018％，S≤0.010％，其余为Fe以及不可避免的杂质；当钢中As为0.022～0.028％时，P≤0.010％；当As为0.010～<0.022％时，P≤0.015％；当As<0.010％时，P≤0.018％。本发明通过合理设计钢种化学成分组成及含量，尤其是合理设计P和As的含量匹配关系，以确保‑40℃及以下低温冲击韧性钢性能合格。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁制造技术领域，特别是涉及一种低温韧性钢及其P、As匹配工艺。
背景技术
磷(P)在钢中全部溶于铁素体中，虽然有较强的固溶强化作用，但它会剧烈降低钢的塑性和韧性，特别是低温韧性，使钢在低温下变脆。砷(As)是钢中一种常见的残余有害元素，主要来源于铁矿石和废钢，特别是部分铁矿石含砷较高；作为钢中的有害残余元素，砷在钢中主要以固溶体和化合物形态存在，砷使钢的冷脆性增加，延伸率、断面收缩率及冲击韧性降低，并使钢的焊接性能变差。
磷和砷对钢的低温冲击韧性都有较大影响，目前对各自的单独影响产品国家标准都有规定，但未有两者共同作用的有关规定。因此，有必要研究钢中As与P的匹配工艺，确保低温钢的正常生产，确保-40℃及以下低温冲击韧性钢性能合格。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温韧性钢及其P、As匹配工艺，通过研究钢中P和As含量的合理控制工艺，确保-40℃及以下低温冲击韧性钢性能合格。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种低温韧性钢中P、As的匹配工艺，当钢中As含量为0.022～0.028％时，P含量≤0.010％；当As含量为0.010～<0.022％时，P含量≤0.015％；当As含量<0.010％时，P含量≤0.018％。
进一步，所述低温韧性钢包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.16％，Si≤0.20％，Mn 1.20～1.60％，Ti 0.010～0.050％，Nb 0.020～0.050％，Als 0.015～0.065％，As≤0.028％，P≤0.018％，S≤0.010％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
进一步，所述低温韧性钢包括以下重量百分比的化学成分：C 0.04～0.09％，Si0.15～0.20％，Mn 1.45～1.60％，Ti 0.010～0.020％，Nb 0.020～0.030％，Als 0.015～0.045％，As≤0.028％，P≤0.018％，S≤0.010％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
本发明第二方面提供一种低温韧性钢，包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.16％，Si≤0.20％，Mn 1.20～1.60％，Ti 0.010～0.050％，Nb 0.020～0.050％，Als0.015～0.065％，As≤0.028％，P≤0.018％，S≤0.010％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
进一步，所述低温韧性钢包括以下重量百分比的化学成分：C 0.04～0.09％，Si0.15～0.20％，Mn 1.45～1.60％，Ti 0.010～0.020％，Nb 0.020～0.030％，Als 0.015～0.045％，As≤0.028％，P≤0.018％，S≤0.010％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
进一步，所述低温韧性钢包括以下重量百分比的化学成分：C 0.05～0.09％，Si0.15～0.18％，Mn 1.52～1.58％，Ti 0.011～0.017％，Nb 0.023～0.030％，Als 0.015～0.031％，As≤0.028％，P≤0.018％，S≤0.010％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
进一步，当钢中As含量为0.022～0.028％时，P含量≤0.010％；当As含量为0.010～<0.022％时，P含量≤0.015％；当As含量<0.010％时，P含量≤0.018％。
进一步，所述低温韧性钢的厚度≤70mm，优选为40～70mm，更优选为40～65mm。
进一步，所述低温韧性钢的屈服强度为≥395MPa，抗拉强度为510～660MPa，延伸率≥20％，-40℃冲击韧性≥50J；优选地，所述低温韧性钢的屈服强度为≥420MPa，抗拉强度为550～660MPa，延伸率≥21％，-40℃冲击韧性≥100J。
本发明第三方面提供一种如第二方面所述的低温韧性钢的制备方法，包括如下步骤：
KR脱硫→转炉炼钢→LF钢包底吹氩→RH真空处理→连铸→钢坯精整→钢坯加热→轧制→ACC冷却→矫直→钢板检查。
进一步，所述制备方法包括如下步骤：
KR脱硫铁水，采用转炉冶炼，通过LF炉以及RH真空炉处理进行炉外精炼，降低O、H、N、H等有害气体及P、S含量，去除钢水中杂质；然后进行板坯连铸，钢坯精整，钢坯加热，轧制，ACC冷却，矫直，最后对钢板进行质量检查。
进一步，加热温度为1100～1300℃，优选为1100～1200℃，更优选为1140～1160℃。
进一步，中间坯厚为100～160mm，优选为105～157mm。
进一步，终轧温度为800～900℃，优选为810～850℃，更优选为820～830℃。
进一步，ACC返红温度为500～550℃，优选为510～535℃。
进一步，矫直温度为530～560℃，优选为540～560℃。
如上所述，本发明的低温韧性钢及其P、As匹配工艺，具有以下有益效果：
本发明通过研究钢中P和As含量的合理控制工艺，确保-40℃及以下低温韧性钢的性能合格。本发明的低温韧性钢化学成分设计，具有强度高、塑韧性好、焊接性能优异、耐腐蚀性佳、抗层状撕裂性能
本发明通过合理设计钢种化学成分组成及含量，尤其是合理设计P和As的含量匹配关系，以确保-40℃及以下低温冲击韧性钢性能合格；同时，结合合理的制备工艺，以制得强度高、塑韧性好、焊接性能优异、耐腐蚀性佳、抗层状撕裂性能良好的低温韧性钢。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明提供了一种低温韧性钢中P、As的匹配工艺，通过研究钢中P和As含量的合理控制工艺，确定钢中As与P的含量匹配关系，当钢中As含量高时需要降低P的含量，以确保钢材在-40℃及以下低温韧性合格，满足标准要求(如表1所示)。具体的，当钢中As含量为0.022～0.028％时，P含量≤0.010％；当As含量为0.010～<0.022％时，P含量≤0.015％；当As含量<0.010％时，P含量≤0.018％。
本发明提供的低温韧性钢包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.16％，Si≤0.20％，Mn 1.20～1.60％，Ti 0.010～0.050％，Nb 0.020～0.050％，Als 0.015～0.065％，As≤0.028％，P≤0.018％，S≤0.010％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
进一步地，所述低温韧性钢包括以下重量百分比的化学成分：C 0.04～0.09％，Si0.15～0.20％，Mn 1.45～1.60％，Ti 0.010～0.020％，Nb 0.020～0.030％，Als 0.015～0.045％，As≤0.028％，P≤0.018％，S≤0.010％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
进一步地，所述低温韧性钢包括以下重量百分比的化学成分：C 0.05～0.09％，Si0.15～0.18％，Mn 1.52～1.58％，Ti 0.011～0.017％，Nb 0.023～0.030％，Als 0.015～0.031％，As≤0.028％，P≤0.018％，S≤0.010％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
进一步地，所述低温韧性钢的厚度≤70mm，优选为40～70mm，更优选为40～65mm。
进一步地，所述低温韧性钢的屈服强度为≥395MPa，抗拉强度为510～660MPa，延伸率≥20％，-40℃冲击韧性≥50J；优选地，所述低温韧性钢的屈服强度为≥420MPa，抗拉强度为550～660MPa，延伸率≥21％，-40℃冲击韧性≥100J。
表1.低温韧性钢性能标准要求
本发明提供的低温韧性钢的制备方法包括如下步骤：
KR脱硫→转炉炼钢→LF钢包底吹氩→RH真空处理→连铸→钢坯精整→钢坯加热→轧制→ACC冷却→矫直→钢板检查。具体如下：
KR脱硫铁水，采用转炉冶炼，通过LF炉以及RH真空炉处理进行炉外精炼，降低O、H、N、H等有害气体及P、S含量，去除钢水中杂质；然后进行板坯连铸，中间坯厚为100～160mm；钢坯精整，钢坯加热，加热温度为1100～1300℃；轧制，终轧温度为800～900℃；ACC冷却，ACC返红温度为500～550℃；矫直，矫直温度为530～560℃；最后对钢板进行质量检查。
除上述工艺条件外，本发明的低温韧性钢制备方法中各步骤的其他工艺参数条件，按照本领域的低温韧性钢常规制造方法进行。
本发明提供的低温韧性钢中AS、P匹配要求已经应用于重庆钢铁-40℃及以下低温冲击韧性钢的生产中。
下面具体的例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行具体的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
按照表2所示的化学成分组成及含量、表3所示的制造工艺控制情况，制造厚度为40mm的低温冲击韧性钢，具体制造方法如下：通过KR脱硫铁水，转炉冶炼、LR和RH精炼工艺进行处理，此炉钢As含量为0.018％，P含量为0.012％，通过送轧钢厂进行钢坯连铸、加热炉加热、轧制、ACC冷却和钢板矫直，最后对钢板进行质量检查，其机械性能检测结果如表4所示，性能全部合格。
实施例2
按照表2所示的化学成分组成及含量、表3所示的制造工艺控制情况，制造厚度为45mm的低温冲击韧性钢，具体制造方法如下：通过KR脱硫铁水，转炉冶炼、LR和RH精炼工艺进行处理，此炉钢As含量为0.025％，P含量为0.007％，通过送轧钢厂进行钢坯连铸、加热炉加热、轧制、ACC冷却和钢板矫直，最后对钢板进行质量检查，其机械性能检测结果如表4所示，性能全部合格。
实施例3
按照表2所示的化学成分组成及含量、表3所示的制造工艺控制情况，制造厚度为60mm的低温冲击韧性钢，具体制造方法如下：通过KR脱硫铁水，转炉冶炼、LR和RH精炼工艺进行处理，此炉钢As含量为0.023％，P含量为0.006％，通过送轧钢厂进行钢坯连铸、加热炉加热、轧制、ACC冷却和钢板矫直，最后对钢板进行质量检查，其机械性能检测结果如表4所示，性能全部合格。
实施例4
按照表2所示的化学成分组成及含量、表3所示的制造工艺控制情况，制造厚度为65mm的低温冲击韧性钢，具体制造方法如下：通过KR脱硫铁水，转炉冶炼、LR和RH精炼工艺进行处理，此炉钢As含量为0.015％，P含量为0.013％，通过送轧钢厂进行钢坯连铸、加热炉加热、轧制、ACC冷却和钢板矫直，最后对钢板进行质量检查，其机械性能检测结果如表4所示，性能全部合格。
实施例5
按照表2所示的化学成分组成及含量、表3所示的制造工艺控制情况，制造厚度为65mm的低温冲击韧性钢，具体制造方法如下：通过KR脱硫铁水，转炉冶炼、LR和RH精炼工艺进行处理，此炉钢As含量为0.008％，P含量为0.018％，通过送轧钢厂进行钢坯连铸、加热炉加热、轧制、ACC冷却和钢板矫直，最后对钢板进行质量检查，其机械性能检测结果如表4所示，性能全部合格。
对比例1
本对比例按照实施例1的化学成分及制造方法制备低温韧性钢，不同之处在于，钢中P含量为0.019％，最后对钢板进行质量检查，发现3个试样-40℃低温冲击吸收能量为41J，达不到标准要求≥44J。
对比例2
本对比例按照实施例2的化学成分及制造方法制备低温韧性钢，不同之处在于，钢中P含量为0.014％，最后对钢板进行质量检查，发现3个试样-40℃低温冲击吸收能量为42J，达不到标准要求≥44J。
对比例3
本对比例按照实施例3的化学成分及制造方法制备低温韧性钢，不同之处在于，钢中P含量为0.014％，最后对钢板进行质量检查，发现3个试样-40℃低温冲击吸收能量为45J，达不到标准要求≥50J。
对比例4
本对比例按照实施例4的化学成分及制造方法制备低温韧性钢，不同之处在于，钢中P含量为0.019％，3个试样-40℃低温冲击吸收能量为35J，达不到标准要求≥50J。
对比例5
本对比例按照实施例5的化学成分及制造方法制备低温韧性钢，不同之处在于，钢中P含量为0.020％，3个试样-40℃低温冲击吸收能量为35J，达不到标准要求≥44J。
表2.实施例1-5中低温韧性钢的化学成分组成及含量
表3.实施例1-5中低温韧性钢的工艺控制情况
表4.实施例1-5中低温韧性钢的机械性能
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种低温韧性钢中P、As的匹配工艺，其特征在于，当钢中As含量为0.022～0.028％时，P含量≤0.010％；当As含量为0.010～<0.022％时，P含量≤0.015％；当As含量<0.010％时，P含量≤0.018％。
2.根据权利要求1所述的匹配工艺，其特征在于：所述低温韧性钢包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.16％，Si≤0.20％，Mn 1.20～1.60％，Ti 0.010～0.050％，Nb 0.020～0.050％，Als 0.015～0.065％，As≤0.028％，P≤0.018％，S≤0.010％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的匹配工艺，其特征在于，所述低温韧性钢包括以下重量百分比的化学成分：C 0.04～0.09％，Si 0.15～0.20％，Mn 1.45～1.60％，Ti 0.010～0.020％，Nb 0.020～0.030％，Als 0.015～0.045％，As≤0.028％，P≤0.018％，S≤0.010％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
4.一种低温韧性钢，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.16％，Si≤0.20％，Mn 1.20～1.60％，Ti 0.010～0.050％，Nb 0.020～0.050％，Als 0.015～0.065％，As≤0.028％，P≤0.018％，S≤0.010％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
5.根据权利要求4所述的低温韧性钢，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C0.04～0.09％，Si 0.15～0.20％，Mn 1.45～1.60％，Ti 0.010～0.020％，Nb 0.020～0.030％，Als 0.015～0.045％，As≤0.028％，P≤0.018％，S≤0.010％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
6.根据权利要求4或5所述的低温韧性钢，其特征在于：当钢中As含量为0.022～0.028％时，P含量≤0.010％；当As含量为0.010～<0.022％时，P含量≤0.015％；当As含量<0.010％时，P含量≤0.018％。
7.根据权利要求4或5所述的低温韧性钢，其特征在于：所述低温韧性钢的厚度≤70mm；
和/或，所述低温韧性钢的屈服强度为≥395MPa，抗拉强度为510～660MPa，延伸率≥20％，-40℃冲击韧性≥50J。
8.一种根据权利要求4-7任一项所述的低温韧性钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：KR脱硫→转炉炼钢→LF钢包底吹氩→RH真空处理→连铸→钢坯精整→钢坯加热→轧制→ACC冷却→矫直→钢板检查。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：加热温度为1100～1300℃；
和/或，中间坯厚为100～160mm；
和/或，终轧温度为800～900℃。
10.根据权利要求8所述的制备方法其特征在于：ACC返红温度为500～550℃；
和/或，矫直温度为530～560℃。
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