CN115094316B - 一种心部低温冲击韧性优良的特厚钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种心部低温冲击韧性优良的特厚钢板及其制造方法，属于特厚板生产技术领域。该方法通过在炼钢过程中加入细化晶粒元素，采用450mm～475mm特厚连铸坯，控制连铸坯加热温度和奥氏体晶粒度，粗轧及精轧过程中对连铸坯进行强制冷却、使连铸坯表面与心部之间产生温差，促进轧制变形深入到钢板心部，钢板正火出炉后采用弱水冷代替常规空冷，降低相变温度、细化晶粒，进行回火热处理释放应力、均匀化组织。按照该方法生产的厚度170～200mm特厚板厚度1/4和1/2心部位置‑60℃冲击功良好，钢板心部组织均匀细化，探伤结果满足“NB/T47013.3‑2015、TⅠ级”标准要求，综合性能优异。

Description

一种心部低温冲击韧性优良的特厚钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于特厚板生产技术领域，特别涉及一种心部低温冲击韧性优良的特厚钢板及其制造方法。
背景技术
特厚板广泛应用于船舶、压力容器、风电等多个领域，是制造海洋平台、锅炉压力容器、高层建筑以及风力发电基础环等其他大型结构件的重要组成部分。一般来讲≥60mm钢板称为“特厚板”，而对于＞150mm超厚特厚板，传统的方式是采用模铸钢锭生产，由于切损量大、收得率低，生产成本居高不下。为了降低生产成本、提高产品竞争力，近年来国内主要钢厂开始不断推进采用连铸坯生产特厚板，但是由于受限于连铸坯厚度，轧制压缩比小、轧制变形难以深入，造成特厚板心部组织粗大、疏松缩孔难以愈合，厚度1/4和1/2心部位置冲击性能不稳定、尤其是低温冲击韧性差，按照能标NB/T47013.3-2015Ⅰ级或TⅠ级等高等级探伤时存在探伤不合问题。此类特厚板心部性能问题已成为现阶段特厚板开发生产的重要制约瓶颈。
对比文件1，一种提高特厚板心部质量和探伤合格率的方法（CN 109013711A）中，通过对300～400mm连铸坯，在轧制间隙利用即时冷却装置，进行一道次或多道次在线冷却，达到提高特厚板心部质量的目的。该专利对加热工艺、轧制道次、轧制压下量及轧制速度等未进行有效控制，所生产的低温冲击特厚板厚度仅到100mm，同时其仅能达到-20℃冲击要求，探伤级别只能达到国标2级要求。
对比文件2，一种正火高强韧性150mm特厚板及其生产方法（CN 104962814A）中，通过控制轧制和冷却，并进行正火处理，开发了Q460级高强韧性特厚钢板。该专利由于压缩比不足，且未对轧制道次、轧制速度等轧制工艺及热处理工艺进行精确控制，所涉及的钢板厚度规格仅能达到150mm，心部冲击性能不稳定，由于未进行专门工艺控制，其探伤及内部质量难以保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种心部低温冲击韧性优良的特厚钢板及其制造方法，以解决现有技术中的问题。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种心部低温冲击韧性优良的特厚钢板，其特征在于：所述特厚板包括如下质量百分比的各组分：C：0.12-0.16%；Si：0.20-0.40%；Mn：1.40-1.60%；Nb：0.015-0.040%；Ti：0.008-0.025%；Alt：0.020-0.050%；Cu：0.10-0.30%；Ni：0.15-0.40%；P：≤0.012%；S：≤0.003%；N：≤0.0050%；O：≤0.0040%；H：≤0.0002%；其余为Fe及不可避免杂质。
进一步的：所述特厚板包括如下质量百分比的各组分：C：0.13-0.14%；Si：0.25-0.27%；Mn：1.52-1.55%；Nb：0.021-0.025%；Ti：0.011-0.013%；Alt：0.025-0.033%；Cu：0.15-0.17%；Ni：0.18-0.19%；P：≤0.010%；S：≤0.002%；N：≤0.0038%；O：≤0.0032%；H：≤0.00014%；其余为Fe及不可避免杂质。
本发明另一技术方案为：一种心部低温冲击韧性优良的特厚钢板的制造方法，包括连铸坯冶炼、连铸坯加热、钢板轧制、钢板堆垛缓冷、钢板正火、钢板回火步骤，其特征在于：
1）连铸坯冶炼：铁水经过预处理脱硫扒渣，并经过“LF炉+RH炉”精炼处理，连铸过程中电磁搅拌和末端重压下投入使用，恒拉速生产，拉速0.45m/min～0.60m/min，过热度15℃～30℃，采用厚度450mm～475mm特厚连铸坯，连铸坯堆垛缓冷；
2）连铸坯加热：连铸坯冷装入炉，采用步进梁式加热炉分段加热，一加段温度900℃～1040℃，二加段温度1020℃～1140℃，三加段温度1130℃～1200℃，均热段温度为1150℃～1180℃，连铸坯在炉加热时间500min～650min；
3) 钢板轧制：粗轧进行横-纵轧两阶段轧制，开轧温度1040℃～1090℃，横轧完毕后，开启水冷装置进行强制冷却，将连铸坯表面温度快速冷却至830℃～870℃，使连铸坯表面与心部之间产生温差，促进轧制变形深入到钢板心部、使心部充分再结晶细化晶粒，水冷后进行纵轧轧制，纵轧采用低速大压下轧制，单道次轧制压下量35mm～70mm，纵轧总压下量80mm～120mm，轧制速度控制在0.80m/s～1.50m/s；轧制道次间隔开启喷水冷却装置，降低钢板表面温度，保持表面和心部温差，粗轧轧制后的中间坯厚度为成品钢板厚度+50mm～80mm；中间坯待温过程中开启水冷装置进行强制冷却，将表面温度快速冷却至800℃～830℃后进行精轧轧制，精轧轧制道次间隔开启喷水冷却装置，精轧轧制速度控制在1.00m/s～2.00m/s，精轧终轧温度810℃～840℃；轧制后的钢板进行水冷冷却，水量120 m³/h～140 m³/h，水组数15组～22组，水冷辊速0.4m/s～1.0m/s，水冷后钢板返红90s以上，返红温度650℃～690℃；
4) 钢板堆垛缓冷：钢板开始堆垛缓冷温度500℃～600℃，堆垛缓冷时间为72h以上；
5) 钢板正火：采用连续式热处理炉进行正火处理，加热一段温度840℃，加热二段温度850℃，加热三段温度860℃，加热四段温度870℃，加热五段温度880℃，加热六段至九段温度890℃，钢板总在炉时间为：（1.6～2.0）×钢板厚度min。钢板出炉后采用弱水冷冷却，弱水冷后返红温度620℃～650℃，之后空冷至室温；
6) 钢板回火：回火温度550℃～580℃，回火总在炉时间为：（2.5～3.5）×钢板厚度min，回火出炉后空冷至室温。
进一步的：所述特厚板厚度170～200mm。
进一步的：所述特厚板的金相组织为铁素体+珠光体，厚度1/4位置和厚度1/2位置晶粒度≥7.5级。
本发明的优点是：按照本发明所述方法所生产的170～200mm特厚板，厚度1/4和1/2心部位置-60℃冲击值≥88J、通过在相变环节增加过冷度、降低相变温度、细化铁素体晶粒、减小珠光体片层间距，心部晶粒度细化至7.5级，中心疏松及缩孔等连铸坯缺陷在轧制过程中充分愈合，探伤结果满足“NB/T47013.3-2015、TⅠ级”标准要求。
附图说明
图1实施例钢板厚度1/4处微观组织。
图2实施例钢板厚度1/2处微观组织。
具体实施方式
本发明公开了一种心部低温冲击韧性优良的特厚钢板，所述特厚板包括如下质量百分比的各组分：C：0.12-0.16%；Si：0.20-0.40%；Mn：1.40-1.60%；Nb：0.015-0.040%；Ti：0.008-0.025%；Alt：0.020-0.050%；Cu：0.10-0.30%；Ni：0.15-0.40%；P：≤0.012%；S：≤0.003%；N：≤0.0050%；O：≤0.0040%；H：≤0.0002%；其余为Fe及不可避免杂质。
优选的：所述特厚板包括如下质量百分比的各组分：C：0.13-0.14%；Si：0.25-0.27%；Mn：1.52-1.55%；Nb：0.021-0.025%；Ti：0.011-0.013%；Alt：0.025-0.033%；Cu：0.15-0.17%；Ni：0.18-0.19%；P：≤0.010%；S：≤0.002%；N：≤0.0038%；O：≤0.0032%；H：≤0.00014%；其余为Fe及不可避免杂质。
本发明还公开了一种心部低温冲击韧性优良的特厚钢板的制造方法，包括连铸坯冶炼、连铸坯加热、钢板轧制、钢板堆垛缓冷、钢板正火、钢板回火步骤，其中：
1）连铸坯冶炼：铁水经过预处理脱硫扒渣，并经过“LF炉+RH炉”精炼处理，连铸过程中电磁搅拌和末端重压下投入使用，恒拉速生产，拉速0.45m/min～0.60m/min，过热度15℃～30℃，采用厚度450mm～475mm特厚连铸坯，连铸坯堆垛缓冷；
2）连铸坯加热：连铸坯冷装入炉，采用步进梁式加热炉分段加热，一加段温度900℃～1040℃，二加段温度1020℃～1140℃，三加段温度1130℃～1200℃，均热段温度为1150℃～1180℃，连铸坯在炉加热时间500min～650min；
3) 钢板轧制：粗轧进行横-纵轧两阶段轧制，开轧温度1040℃～1090℃，横轧完毕后，开启水冷装置进行强制冷却，将连铸坯表面温度快速冷却至830℃～870℃，使连铸坯表面与心部之间产生温差，促进轧制变形深入到钢板心部、使心部充分再结晶细化晶粒，水冷后进行纵轧轧制，纵轧采用低速大压下轧制，单道次轧制压下量35mm～70mm，纵轧总压下量80mm～120mm，轧制速度控制在0.80m/s～1.50m/s；轧制道次间隔开启喷水冷却装置，降低钢板表面温度，保持表面和心部温差，粗轧轧制后的中间坯厚度为成品钢板厚度+50mm～80mm；中间坯待温过程中开启水冷装置进行强制冷却，将表面温度快速冷却至800℃～830℃后进行精轧轧制，精轧轧制道次间隔开启喷水冷却装置，精轧轧制速度控制在1.00m/s～2.00m/s，精轧终轧温度810℃～840℃；轧制后的钢板进行水冷冷却，以降低钢板心部的相变温度、细化铁素体晶粒、减小珠光体片层间距，水量120 m³/h～140 m³/h，水组数15组～22组，水冷辊速0.4m/s～1.0m/s，水冷后钢板返红90s以上，返红温度650℃～690℃；
4) 钢板堆垛缓冷：钢板开始堆垛缓冷温度500℃～600℃，堆垛缓冷时间为72h以上；
5) 钢板正火：采用连续式热处理炉进行正火处理，加热一段温度840℃，加热二段温度850℃，加热三段温度860℃，加热四段温度870℃，加热五段温度880℃，加热六段至九段温度890℃，钢板总在炉时间为：（1.6～2.0）×钢板厚度min。钢板出炉后采用弱水冷冷却，弱水冷后返红温度620℃～650℃，之后空冷至室温；
6) 钢板回火：回火温度550℃～580℃，回火总在炉时间为：（2.5～3.5）×钢板厚度min，回火出炉后空冷至室温。
其中：所述特厚板厚度170～200mm。
对所述钢板进行金相检测，如图1和图2所示，本发明的特厚钢板金相组织为铁素体加珠光体，珠光体呈块状沿晶界析出，厚度1/2心部位置晶粒度达到7.5级，铁素体细小均匀，中心疏松及缩孔等缺陷在轧制过程中充分愈合，并得到优良的心部低温韧性。
下面通过具体实施例对本发明所述方案进一步说明如下：
采用厚度450mm～475mm特厚连铸坯，完成连铸坯冶炼、钢板轧制、钢板正火及钢板回火等步骤。
本实施例包含3组具体实例，分别以序号1、2、3表示，具体实施例如下：
本实施例的实际化学成分见表1。
表1化学成分（wt，%）
序号 C Si Mn P S Alt Nb Ti Cu Ni H O N
1 0.13 0.27 1.53 0.010 0.002 0.030 0.021 0.011 0.15 0.18 0.00013 0.0025 0.0035
2 0.14 0.26 1.52 0.010 0.001 0.025 0.025 0.013 0.17 0.19 0.00010 0.0032 0.0038
3 0.13 0.25 1.55 0.009 0.002 0.033 0.023 0.011 0.16 0.18 0.00014 0.0030 0.0032
所述特厚板的轧制及热处理过程包括加热、粗轧、精轧、控冷、堆垛缓冷、正火、回火等，其中加热阶段的工艺参数如下：
表2加热工艺参数
序号 一加段温度℃ 二加段温度℃ 三加段温度℃ 均热段温度℃ 加热时间min
1 927 1110 1180 1165 558
2 925 1105 1170 1160 565
3 930 1118 1175 1162 570
粗轧阶段的工艺参数如下：
表3粗轧轧制工艺参数
序号 开轧温度℃ 水冷装置 纵轧单道次压下量mm 纵轧道次 纵轧开始温度℃（板坯表面） 纵轧总压下量mm 轧制速度m/s
1 1055 开启 47-45 2 840 92 1.20
2 1057 开启 48-46 2 838 94 1.15
3 1060 开启 49-45 2 845 94 1.20
精轧阶段的工艺参数如下：
表4精轧轧制工艺参数
序号 待温厚度mm 水冷装置 精轧开始温度℃（板坯表面） 精轧轧制速度m/s 精轧终轧温度℃
1 230 开启 805 1.65 831
2 240 开启 809 1.65 835
3 260 开启 812 1.60 830
钢板水冷及堆垛的工艺参数如下：
表5水冷及堆垛工艺参数
序号 水量m³/h 水组数 辊道速度m/s 返红时间s 返红温度℃ 堆垛开始温度℃ 堆垛时间h
1 120 20 0.5 120 672 526 82
2 125 20 0.5 120 679 535 82
3 130 20 0.5 120 685 540 85
正火过程各加热段采用阶梯式温度加热，加热一段温度840℃，加热二段温度850℃，加热三段温度860℃，加热四段温度870℃，加热五段温度880℃，加热六段至九段温度890℃，钢板出炉后采用弱水冷冷却，之后空冷至室温，之后进行回火热处理。正火及回火工艺参数如下：
表6正火及回火工艺参数
序号 正火总在炉时间min 弱水冷返红温度℃ 回火温度℃ 回火在炉时间min
1 306 635 570 510
2 324 638 570 540
3 360 640 570 600
经检验，钢板厚度1/4位置和1/2心部位置综合性能良好，其中305MPa≤ReH（屈服强度）≤325MPa、490MPa≤Rm（抗拉强度）≤512MPa、A（断后伸长率）≥23.0%，厚度1/2心部位置-60℃冲击值≥88J，厚度1/4位置晶粒度8.0级，厚度1/2心部位置晶粒度7.5级，金相组织为铁素体加珠光体，心部组织均匀细化，探伤结果满足“NB/T47013.3-2015、TⅠ级”标准要求，具体检验结果如下：
表7检验结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
以上实例仅是对本发明最佳实施方式的描述，不对本发明的范围有任何限制。

Claims (5)

1.一种心部低温冲击韧性优良的特厚钢板，其特征在于：所述特厚板包括如下质量百分比的各组分：C：0.12-0.16%；Si：0.20-0.40%；Mn：1.40-1.60%；Nb：0.015-0.040%；Ti：0.008-0.025%；Alt：0.020-0.050%；Cu：0.10-0.30%；Ni：0.15-0.40%；P：≤0.012%；S：≤0.003%；N：≤0.0050%；O：≤0.0040%；H：≤0.0002%；其余为Fe及不可避免杂质；
所述钢板通过如下方法制备而成：
包括连铸坯冶炼、连铸坯加热、钢板轧制、钢板堆垛缓冷、钢板正火、钢板回火步骤，其中：
1）连铸坯冶炼：铁水经过预处理脱硫扒渣，并经过“LF炉+RH炉”精炼处理，连铸过程中电磁搅拌和末端重压下投入使用，恒拉速生产，拉速0.45m/min～0.60m/min，过热度15℃～30℃，采用厚度450mm～475mm特厚连铸坯，连铸坯堆垛缓冷；
2）连铸坯加热：连铸坯冷装入炉，采用步进梁式加热炉分段加热，一加段温度900℃～1040℃，二加段温度1020℃～1140℃，三加段温度1130℃～1200℃，均热段温度为1150℃～1180℃，连铸坯在炉加热时间500min～650min；
3) 钢板轧制：粗轧进行横-纵轧两阶段轧制，开轧温度1040℃～1090℃，横轧完毕后，开启水冷装置进行强制冷却，将连铸坯表面温度快速冷却至830℃～870℃，使连铸坯表面与心部之间产生温差，促进轧制变形深入到钢板心部、使心部充分再结晶细化晶粒，水冷后进行纵轧轧制，纵轧采用低速大压下轧制，单道次轧制压下量35mm～70mm，纵轧总压下量80mm～120mm，轧制速度控制在0.80m/s～1.50m/s；轧制道次间隔开启喷水冷却装置，降低钢板表面温度，保持表面和心部温差，粗轧轧制后的中间坯厚度为成品钢板厚度+50mm～80mm；中间坯待温过程中开启水冷装置进行强制冷却，将表面温度快速冷却至800℃～830℃后进行精轧轧制，精轧轧制道次间隔开启喷水冷却装置，精轧轧制速度控制在1.00m/s～2.00m/s，精轧终轧温度810℃～840℃；轧制后的钢板进行水冷冷却，水量120 m³/h～140 m³/h，水组数15组～22组，水冷辊速0.4m/s～1.0m/s，水冷后钢板返红90s以上，返红温度650℃～690℃；
4) 钢板堆垛缓冷：钢板开始堆垛缓冷温度500℃～600℃，堆垛缓冷时间为72h以上；
5) 钢板正火：采用连续式热处理炉进行正火处理，加热一段温度840℃，加热二段温度850℃，加热三段温度860℃，加热四段温度870℃，加热五段温度880℃，加热六段至九段温度890℃，钢板总在炉时间分钟数为：（1.6～2.0）×钢板厚度毫米数；钢板出炉后采用弱水冷冷却，弱水冷后返红温度620℃～650℃，之后空冷至室温；
6) 钢板回火：回火温度550℃～580℃，回火总在炉时间分钟数为：（2.5～3.5）×钢板厚度毫米数，回火出炉后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的心部低温冲击韧性优良的特厚钢板，其特征在于：所述特厚板包括如下质量百分比的各组分：C：0.13-0.14%；Si：0.25-0.27%；Mn：1.52-1.55%；Nb：0.021-0.025%；Ti：0.011-0.013%；Alt：0.025-0.033%；Cu：0.15-0.17%；Ni：0.18-0.19%；P：≤0.010%；S：≤0.002%；N：≤0.0038%；O：≤0.0032%；H：≤0.00014%；其余为Fe及不可避免杂质。
3.如权利要求1或2所述的一种心部低温冲击韧性优良的特厚钢板的制造方法，包括连铸坯冶炼、连铸坯加热、钢板轧制、钢板堆垛缓冷、钢板正火、钢板回火步骤，其特征在于：
1）连铸坯冶炼：铁水经过预处理脱硫扒渣，并经过“LF炉+RH炉”精炼处理，连铸过程中电磁搅拌和末端重压下投入使用，恒拉速生产，拉速0.45m/min～0.60m/min，过热度15℃～30℃，采用厚度450mm～475mm特厚连铸坯，连铸坯堆垛缓冷；
2）连铸坯加热：连铸坯冷装入炉，采用步进梁式加热炉分段加热，一加段温度900℃～1040℃，二加段温度1020℃～1140℃，三加段温度1130℃～1200℃，均热段温度为1150℃～1180℃，连铸坯在炉加热时间500min～650min；
3) 钢板轧制：粗轧进行横-纵轧两阶段轧制，开轧温度1040℃～1090℃，横轧完毕后，开启水冷装置进行强制冷却，将连铸坯表面温度快速冷却至830℃～870℃，使连铸坯表面与心部之间产生温差，促进轧制变形深入到钢板心部、使心部充分再结晶细化晶粒，水冷后进行纵轧轧制，纵轧采用低速大压下轧制，单道次轧制压下量35mm～70mm，纵轧总压下量80mm～120mm，轧制速度控制在0.80m/s～1.50m/s；轧制道次间隔开启喷水冷却装置，降低钢板表面温度，保持表面和心部温差，粗轧轧制后的中间坯厚度为成品钢板厚度+50mm～80mm；中间坯待温过程中开启水冷装置进行强制冷却，将表面温度快速冷却至800℃～830℃后进行精轧轧制，精轧轧制道次间隔开启喷水冷却装置，精轧轧制速度控制在1.00m/s～2.00m/s，精轧终轧温度810℃～840℃；轧制后的钢板进行水冷冷却，水量120 m³/h～140 m³/h，水组数15组～22组，水冷辊速0.4m/s～1.0m/s，水冷后钢板返红90s以上，返红温度650℃～690℃；
4) 钢板堆垛缓冷：钢板开始堆垛缓冷温度500℃～600℃，堆垛缓冷时间为72h以上；
5) 钢板正火：采用连续式热处理炉进行正火处理，加热一段温度840℃，加热二段温度850℃，加热三段温度860℃，加热四段温度870℃，加热五段温度880℃，加热六段至九段温度890℃，钢板总在炉时间分钟数为：（1.6～2.0）×钢板厚度毫米数；钢板出炉后采用弱水冷冷却，弱水冷后返红温度620℃～650℃，之后空冷至室温；
6) 钢板回火：回火温度550℃～580℃，回火总在炉时间分钟数为：（2.5～3.5）×钢板厚度毫米数，回火出炉后空冷至室温。
4.根据权利要求3所述的心部低温冲击韧性优良的特厚钢板的制造方法，其特征在于：所述特厚板厚度170～200mm。
5.根据权利要求3所述的心部低温冲击韧性优良的特厚钢板的制造方法，其特征在于：所述特厚板的金相组织为铁素体+珠光体，厚度1/4位置和厚度1/2位置晶粒度≥7.5级。
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