专利名称：超厚低合金高强度q345系列钢板及其生产方法
技术领域：
本发明涉及到钢材，具体涉及到一种超厚低合金高强度Q345D(E)钢板及其生产方法。
背景技术：
Q345系列钢是一种低合金高强度工程结构用钢，包括Q345A钢、Q345B钢、Q345C 钢、Q345D钢和Q345E钢，它具有较高的强度，良好的冷变形能力，较好的塑性与韧性，能抵 抗过载能力，被广泛应用于各个领域。近年来，低合金高强度钢的应用更为广泛，国内对此 有了大量的研究。但关于厚度在200mm(含200mm)以上的保性能、保探伤Q345系列低合金 高强度钢板以其生产难度大、工艺装备要求特殊等原因无法生产。
发明内容
针对上述问题，本发明人经过摸索，获得了一种厚度在200mm以上的特厚保性能、 保探伤低合金高强度Q345系列钢板，从而完成了本发明。因此，本发明的目的在于提供一种特厚厚度在200mm以上的保性能、保探伤低合 金高强度Q345系列钢板。本发明的另一目的在于提供这种该钢板的生产方法。为达到上述第一个目的，本发明采取的技术方案是该特厚厚度在200mm以上的保 性能、保探伤低合金高强度Q345系列钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位，C 0. 08 0. 16、Si 0. 20 0. 50、Mn 1. 15 1. 60、P 彡 0. 020、S 彡 0. 010、微 合金化元素(Nb+Ti+Ni+Cr)彡0.20、Als:彡0. 050，其它为Fe和残留元素。碳当量[Ceq= C+Mn/5+ (Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu) /15]彡 0. 43。上述化学元素的作用分析如下C 是钢中最基础的强化元素，提高强度，但C影响钢的焊接性能和影响韧性。综合 考虑，碳的含量尽量控制的低一些。Si 是固溶强化元素，对提高钢板的强度有利。Mn 是固溶强化元素，对提高钢板的强度和韧性均有利。P:对焊接不利，且具有一定的冷脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量 低。S:易形成MnS类夹杂物，具有一定的热脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的 尽量低。V、Nb、Ti 在钢中能够与C、N结合，形成微细碳化物或碳氮化物，能起细化晶粒和 弥散强化作用，从而达到有效提高钢材的强韧性的综合效果。Ni 适量的加入可以有效提高钢板的低温冲击韧性。A1 可以起到细化晶粒强化作用。Cr 能在钢表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力；同时可以提高钢的淬透性。所述保性能、保探伤低合金高强度Q345系列钢板的厚度在200mm以上。为达到上述目的，本发明采取的生产方法包括转炉冶炼、LF精炼、真空精 炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理，在所述转炉冶炼中，出钢碳> 0. 06%,出钢 P^0.012%, S^O. 012% ；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣；在所述LF精 炼中，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间控制在15min以上；在所述真空精炼中， 在< 67Pa下的保压时间按> 20min进行控制；在所述加热中，均热坑的保温温度控制在 1200°C 1300°C ；在所述轧制中，开轧温度1050°C 1150°C ； —阶段终轧温度在950°C 1000°C，二阶段开轧温度在830 850°C，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温 度< 820°C ；在所述控冷中，返红温度< 760°C，冷速控制在5 15°C /s ；在所述缓冷中，入 缓冷坑温度彡300°C ；堆冷时间彡24小时。通过合理的采取较低碳、低锰、多元复合微合金元素的化学成分设计，LF+VD工艺 来保证钢质的洁净度，达到各类夹杂物级别总和不超过3. 0，通过控轧控冷+正火处理使钢 的晶粒度达到8. 0 9. 0级，通过上述等措施的有效实施，成功地生产出了 > 200mm特厚保 探伤、保力学性能的Q345D(E)低合金高强度钢板。对铁水预处理到整个热处理全过程，制订了严格的工艺点控制标准，并严格执行， 产品的实物质量达到了 Q345E级水平，性能富余量较大，其中屈服富余量在65 115Mpa，抗 拉富余量在45 75Mpa，伸长率富余量为5 10%，冲击性能达到了 E级水平。直接以轧 代锻，应用于出口的油压机牌坊等主要设备，大大降低了生产成本。
下面结合附图，对本发明做进一步阐述。图1是本发明工艺流程图。图2是本发明TMCP轧制后的金相组织图(100X)。图3是本发明热处理后的金相组织图(100X)。
具体实施例方式本发明所述特厚厚度在200mm以上的保性能、保探伤低合金高强度Q345D(E)钢板 包含如下重量百分比的化学成分(单位，)C 0. 08 0. 16、Si 0. 20 0. 50、Mn 1. 15 1. 60、P 彡 0. 020、S 彡 0. 010、微
合金化元素(Nb+Ti+Ni+Cr)彡0.20、Als:彡0. 050，其它为Fe和残留元素。碳当量[Ceq= C+Mn/5+ (Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu) /15]彡 0. 43。本发明采取的生产方法包括转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控 冷、缓冷、热处理，在所述转炉冶炼中，出钢碳彡0. 06%，出钢P彡0. 012%, S ^ 0. 012% ； 点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣；在所述LF精炼中，采取大渣量进行造渣，确保 白渣保持时间控制在15min以上；在所述真空精炼中，在彡67Pa下的保压时间按彡20min 进行控制；在所述加热中，均热坑的保温温度控制在1200°C 1300°C ；在所述轧制中，开 轧温度1050°C 1150°C ； —阶段终轧温度在950°C 1000°C，二阶段开轧温度在830 850°C，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度< 820°C ；在所述控冷中，返红温度< 760°C，冷速控制在5 15°C /s ；在所述缓冷中，入缓冷坑温度彡300°C;堆冷时间彡24 小时。实施例1通过转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理工艺，获得 如下表1所述化学成分的Q345D成品钢，其中各工艺参数及力学性能见如下表4、5、6。表1实施例1钢的化学成分 本发明的工艺路线铁水KR深脱硫一转炉冶炼一LF精炼一VD真空处理一模铸锭 浇注一钢锭缓冷一加热一除磷一控制轧制一控制冷却一控制矫直一下线缓冷一表面检查 —热处理一精整一探伤一检测一判定一合格品入库。1. 1炼钢部分1. 1. 1成分设计由于该钢板厚度较厚，保探伤和保机械性能是难点和重点，在成分设计上必须综
合考虑，才能有效达到两者的统一。考虑钢锭较厚，凝固时间长，内部偏析和疏松严重的特 点，故为保探伤，结合实际经验，碳锰偏析对探伤影响较大，因此采取低碳、低锰路线，但是 碳锰过低对机械性能影响较大，尤其是对正火热处理的钢板。综合考虑以上因素，采取多元 微合金化成份设计的路线，结合后续的热处理工艺共同来弥补，从而有效解决两者兼顾统 一问题。为确保探伤和性能，同时采取洁净钢冶炼技术，严控钢种[P]、[S]、[N]、[H]、
五大有害元素含量。
1. 1.2锭型选择由于保三级探伤，同时对性能指标要求严格，结合以往实践经验，压缩比至少> 3。 常规模铸锭有24T、26T、32T、33T、43T和48Τ，水冷模锭有50Τ和60Τ，优选33Τ钢锭，该钢锭 平均厚度890mm，平均压缩比3. 28，可以达到设计要求。1. 1. 3转炉冶炼工艺点要求按洁净钢冶炼工艺标准进行控制，出钢碳彡0.06%，出钢P<0.012%， S彡0. 012% ；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣。1. 1. 4LF精炼工艺点要求采取大渣量进行造渣，确何白渣保持时间控制在15min以上；杜绝渣稀现象；严格 按照吹氩标准执行吹氩操作，禁止暴吹。1. 1. 5真空精炼工艺点要求在彡67Pa下的保压时间按彡20min进行控制；破真空后立即进行Ca处理，对夹杂 物进行改性，软吹大于5min后吊钢。1. 1. 6浇注工艺点要求严格按设定的Q345D厚板钢锭浇注工艺控制，坚持“高温慢注，低温快注”原则。具 体浇注工艺要求见表4。表4模铸浇铸工艺 注A11代表液相线温度，动车、脱帽和脱锭时间从注完开始计算。1. 1.7坯锭管理按正常工艺脱锭后入模铸专用缓冷坑缓冷48h以上，对表面清理检查后送轧。1. 2轧钢工艺点控制要求1. 2. 1加热工艺点钢锭加热按33T低合金系列加热曲线再增加保温时间2h的工艺进行，以确保钢充 分烧透、烧均勻；均热坑的保温温度按照1260°C 1290°C执行。1. 2. 2轧制工艺严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，开轧温度1050°C 1150°C;采用CR轧 制，凉钢厚度为300mm，为确保变形渗透，在板厚彡500mm时，道次压下量按60士 IOmm控制， 工作辊轧制线速度按< 1. 5m/s控制，一阶段终轧温度在950°C IOOiTC，二阶段开轧温度 在830 850°C，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度< 820°C。1. 2. 3控冷工艺
轧制后进入ACC反复冷却，尽量减少表面和内部的温差，确保返红温度< 760°C， 冷速控制在5 15°C /s，然后送往强力矫直机进行热矫直。1. 2. 4缓冷工艺
钢板下线后进行缓冷，入缓冷坑温度彡3000C ；堆冷时间不小于24小时；1. 2. 5 热处理执行工艺为保温温度930士30°C ；加热时间1. 5-2. 5min/mm ；冷却方式先风冷 后空冷，以确保性能合格。2. 1化学成份为保证良好的焊接性能，应控制碳当量Ceq在0.43以内，碳作为强化元素之一， 在成分设计内控范围内采用中下限控制，避免碳偏析影响探伤的同时，对焊接性能不会造 成恶化；Mn是细化晶粒元素之一，用以提高强度，降低钢材脆性转变温度，改善低温冲击韧 性，但Mn含量过高时，对韧性和焊接性能不利，且容易造成Mn偏析，对探伤有一定的影响。 所以Mn含量控制在1.40%左右。Nb元素具有显著的细化晶粒作用，改善钢的综合性能比 较明显，但Nb含量高时，成本较大，但单一加入时，综合强化效果并不明显。考虑到该钢板 较厚，添加适量的Ni等合金元素用于确保低温冲击功，所以Nb、Ni、Ti的复合加入是最佳选 择。P、S含量控制在一个较低的范围内，总之，整体成分控制比较稳定，满足Q345D超厚板 的成分设计要求。2. 1. 1表面质量要求按GB/T714-2008严格执行。2. 1. 2探伤执行JB/T2970-2004III级探伤标准执行。2. 1. 3成份及机械力学性能按GB/T1591-2008执行，具体见表5。表5 Q345D钢板机械力学性能 本次共试生产250mm厚Q345D 10批，其中屈服强度控制在330 380MPa，平均达 到了 350MPa，比标准富裕85MPa ；抗拉强度控制在515 545MPa，平均达到了 530MPa，比标 准富裕60MPa ；伸长率控制在25% -30%，平均达到27%，比标准富裕 % ；_20°C V型冲击 功控制在82 121J，平均达到了 106J，性能指标完全满足了 Q345D开发要求。同时为了进 一步了解该次实验的实物真正性能水平，对该次实验的钢板进行-40°C V型冲击功指标进 行了检测，其值控制在39 48J，平均达到了 43J。结果表明，本次开发的250mm超厚Q345D 低合金高强度板已达到了 100mm Q345E的性能级别。2. 3外检及探伤所研制的钢板外检，正品率100%，按JB/T 2970-2004进行探伤，合一级率为60%，合三级率为100%，达到了预期效果。2. 4金相检验对控轧和正火后的产品厚度1/4处分别作了金相组织检验，结果见图2、图3。表6产品的控扎和正火后金相组织 结合表6和图2、图3分析，控轧后的钢板组织为铁素体和珠光体，晶粒度达到6 7级。正火处理后，钢板中的铁素体和珠光体组织更加均勻，晶粒细化，达到8 9级。
权利要求
一种超厚低合金高强度Q345系列钢板，其特征在于所述钢板包含如下质量百分比的化学成分C0.08～0.16、Si0.20～0.50、Mn1.15～1.60、P≤0.020、S≤0.010、微合金化元素(Nb+Ti+Ni+Cr)≤0.20、Als≤0.050，其它为Fe和残留元素；其中碳当量≤0.43。
2.如权利要求1所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板，其特征在于所述的超厚低合 金高强度Q345系列钢板的厚度在200mm以上。
3.如权利要求1或2所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，包括转炉 冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理，其特征在于在所述转炉冶炼 中，出钢碳≥0. 06%，出钢P≤0. 012%，S≤0. 012%;点吹次数不得大于2次，避免出钢过 程下渣。
4.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于在所 述LF精炼中，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间控制在15min以上。
5.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于在所 述真空精炼中，在≤67Pa下的保压时间按≥lOmin进行控制。
6.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于在所 述加热中，均热坑的保温温度控制在1200°C 1300°C。
7.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于在所 述轧制中，开轧温度1050°C 1150°C;—阶段终轧温度在950°C 1000°C，二阶段开轧温度 在830 850°C，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度≤ 820°C。
8.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于在所 述控冷中，返红温度< 760°C，冷速控制在5 15°C /s。
9.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于在所 述缓冷中，入缓冷坑温度≥ 300°C ；堆冷时间≥ 24小时。
10.如权利要求3所述的超厚低合金高强度Q345系列钢板的生产方法，其特征在于执 行工艺为保温温度930士30°C ；加热时间1. 5-2. 5min/mm。
全文摘要
本发明公开了一种超厚低合金高强度Q345D(E)钢板，包含如下质量量百分比的化学成分C0.08～0.16、Si0.20～0.50、Mn1.15～1.60、P≤0.020、S≤0.010、微合金化元素(Nb+Ti+Ni+Cr)≤0.20、Als≤0.050，其它为Fe和残留元素；碳当量≤0.43。本发明还公开了该钢板的生产方法，包括转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、控冷、缓冷、热处理，通过合理的采取较低碳、低锰、多元复合微合金元素化学成分设计，钢质洁净，各类夹杂物级别总和不超过3.0，晶粒比较细小，控轧态达到6.0～7.0级，正火处理后达到8.0～9.0级，为确保各项性能创造了前提。该钢板应用于出口的油压机牌坊等主要设备，实现了以轧代锻，提高了钢板成材率，大大降低了生产制造成本。
文档编号C21C7/00GK101871083SQ20101020831
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月14日 优先权日2010年6月14日
发明者丁健, 乔华伟, 付全虎, 刘庆波, 崔冠军, 张强, 张涛, 朱书成, 李忠波, 杨东, 王嘎, 王新, 袁少威, 许少普, 许春, 赵迪, 郭艳芳, 高照海 申请人:南阳汉冶特钢有限公司