420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板及其生产方法，其成分的重量百分含量为：C0.07%～0.11%，Si0.25%～0.50%，Mn1.40%～1.60%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni0.10%～0.20%，Nb0.02%～0.04%，Al0.020%～0.040%，Ti0.010%～0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。本热轧钢板采用价格低廉的碳、锰固溶强化，通过调整优化钢板中其它合金元素的配比，能在低贵重合金使用量条件下确保钢板力学性能良好，用两阶段控轧控冷工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均，具有良好的组织、综合性能和焊接性能，较强的市场竞争力。本方法生产的钢板拥有优良的综合性能，低温韧性有相当大的富裕量，可广泛用于海洋工程；采用控轧控冷工艺，得到贝氏体、铁素体的复合组织，钢板具有良好的力学性能。
【专利说明】420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热轧钢板及其生产方法，尤其是一种420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002]随着海洋工程被纳入十二五规划，海洋工程装备已被列为新兴产业。未来海洋工程装备和设施将支撑起我国海洋石油工业和海洋能源工业走到世界前列，与此同时将带动国内造船、装备制造、材料、冶金等行业实现长足发展。海洋工程装备由于服役环境比较恶劣，其对用钢的各项技术指标要求极高，不仅要有高的耐大气腐蚀和耐海水腐蚀性能，还要求高强度、高韧性、易焊接等。从目前情况看，屈服强度355MPa以下的海洋工程用钢基本实现了国产化，并且占据了海洋工程用钢量的90%，而420MPa及以上钢板的推广是将来发展趋势，该厚度、强度级别钢板的成功研制，对于该级别钢板的国产化及进一步推广应用都具有重要意义。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好综合性能的420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板；本发明还提供了一种420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板的生产方法
为解决上述技术问题，本发明成分的重量百分含量为=C 0.07%?0.11%，Si 0.25%?
0.50%, Mn 1.40% ?1.60%, P 彡 0.012%, S 彡 0.005%, Ni 0.10% ?0.20%, Nb 0.02% ?0.04%,Al 0.020%?0.040%, Ti 0.010%?0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0004]本发明所述热轧钢板的最大厚度为70mm。
[0005]本发明采用上述化学成分设计后，其中的碳、锰固溶强化；少量加入的Nb、N1、Ti细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；使钢板具有良好的力学性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是:
C:碳对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响；碳通过间隙固溶能显著提高钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性。
[0006]S1:在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但超过
0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。
[0007]Mn:锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，对于大厚度钢板易出现中心偏析。
[0008]P、S:在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；硫降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。
[0009]Al:铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性；铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
[0010]Nb:铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，有效的细化显微组织，并通过析出强化基体。焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。
[0011]T1:钛是良好的脱氧剂。钢种加Ti可与C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物，这些化合物具有好的晶粒细化效果。
[0012]N1:镍溶于奥氏体，抑制奥氏体再结晶，细化细化奥氏体晶粒，提高钢板低温韧性。
[0013]本发明方法采用冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序，所述冶炼工序所得钢水的重量百分含量成分如上所述。
[0014]本发明方法所述轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制；采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制；第一阶段轧制温度为930°C?1100°C，此阶段单道次压下量为10%?20%，累计压下率为30%?50% ;第二阶段轧制温度为840?910°C，累计压下率为30%?50%。
[0015]本发明方法所述冷却工序:采用ACC水冷，入水温度750°C?780°C，返红温度550。。?600。。。
[0016]本发明所述冶炼工序:钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，钢水温度彡1540土 10°C后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100?120kg/120吨钢或Fe-Ca线400?450m/120吨钢以改变夹杂物形态。所述精炼时喂入Al线，VD前加入CaSi块。所述VD炉真空脱气处理的真空度彡66.6Pa，真空保持时间15min?25min。
[0017]本发明所述连铸工序:采用300mm厚度连铸还,钢还按照lmin/mm厚度进行加热。
[0018]本发明所述加热工序:钢坯加热温度最高1230°C?1250°C，均热温度1210°C?1230°C，总加热时间5h?6h，均热段在炉时间Ih?1.5h。
[0019]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明的化学成分设计采用价格低廉的碳、锰固溶强化，通过调整优化钢板中其它合金元素的配比，能在低贵重合金使用量条件下确保钢板力学性能良好，使钢板具有良好的组织、综合性能和焊接性能，增强市场竞争力。本发明方法采用两阶段控轧控冷工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均，具有优良的综合性能；低温韧性有相当大的富裕量，可广泛用于海洋工程，应用前景广阔；采用控轧控冷工艺，得到贝氏体、铁素体的复合组织，钢板具有良好的力学性能。
[0020]本发明方法所得钢板中贵重合金含量较低，成本低廉；屈服强度在460MPa?51010^，抗拉强度在56510^?61010^之间；板厚中心_40°C冲击功彡80J ;钢板最大厚度可达到70mm;具有贝氏体、铁素体的复合组织。试验结果表明:采用本发明方法所生产的钢板具有纯净度较高、_40°C冲击功及Z向断面收缩率较高、焊接性能好的特点；具有低的碳当量和裂纹敏感型指数、成本低、屈强比低、低温冲击韧性优良、厚度方向性能及焊接性良好的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0022]图1是本发明实施例1热轧钢板的组织照片；
图2是本发明实施例2热轧钢板的组织照片；
图3是本发明实施例3热轧钢板的组织照片；
图4是本发明实施例4热轧钢板的组织照片。
【具体实施方式】
[0023]实施例1:本420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板采用下述工艺方法制备而成。
[0024](I)冶炼工序:钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线；钢水温度达到1530°C后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100kg/120吨钢(按120吨钢加入10kg的CaSi块计算)，以改变夹杂物形态；所述VD炉真空脱气处理的真空度65Pa，真空保持20分钟。
[0025](2)连铸工序:采用300mm厚度连铸坯成材，钢坯按照lmin/mm厚度(按每毫米铸坯厚度加热一分钟计算)进行加热。所得铸坯成分的重量百分比为:C 0.07%, Si 0.38%,Mn1.52%, P 0.010%, S 0.005%, Ni 0.16%, Nb 0.030%, Al 0.031%, Ti 0.017%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
[0026](3)加热工序:钢坯加热温度最高1230°C，均热温度1222°C，总加热时间5.0h，均热段在炉时间1.5h。
[0027](4)轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制；第一阶段轧制温度为100(TC，此阶段单道次压下量为16%，累计压下率为45% ;第二阶段轧制温度为882°C，累计压下率为40%。
[0028](5)冷却工序:上述轧制工序后进行ACC水冷，入水温度780°C，返红温度570°C ；冷却后即可得到厚度为70mm的热轧钢板。
[0029]本实施例所得热轧钢板的力学性能为:屈服强度489MPa，抗拉强度605MPa，屈强比0.81，板厚中心-401:冲击功平均8訂。组织照片见图1，由图1可见，本实施例所得热轧钢板具有贝氏体、铁素体的复合组织。
[0030]实施例2:本大厚度热轧钢板采用下述工艺方法制备而成。
[0031](I)冶炼工序:钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线；钢水温度达到1550°C后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块105kg/120吨钢，以改变夹杂物形态；所述VD炉真空脱气处理的真空度< 65Pa，真空保持15分钟。
[0032](2)连铸工序:采用300mm厚度连铸还成材,钢还按照lmin/mm厚度进行加热。所得铸坯成分的重量百分比为:C 0.09%, Si 0.32%, Mn 1.6%，P 0.006%, S 0.003%, Ni 0.19%,Nb 0.025%, Al 0.029%, Ti 0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0033](3)加热工序:钢坯加热温度最高1238°C，均热温度1210°C，总加热时间6.0h，均热段在炉时间1.0h。
[0034](4)轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制；第一阶段轧制温度为1050°C，此阶段单道次压下量为10%，累计压下率为35% ;第二阶段轧制温度为840°C，累计压下率为45%。
[0035](5)冷却工序:上述轧制工序后进行ACC水冷，入水温度780°C，返红温度600°C ；冷却后即可得到厚度为70mm的热轧钢板。
[0036]本实施例所得热轧钢板的力学性能为:屈服强度491MPa，抗拉强度:605MPa，屈强比0.81，板厚中心_40°C冲击功平均89J。组织照片见图2，由图2可见，本实施例所得热轧钢板具有贝氏体、铁素体的复合组织。
[0037]实施例3:本大厚度热轧钢板采用下述工艺方法制备而成。
[0038]( I)冶炼工序:钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线；钢水温度达到1530°C后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块113kg/120吨钢，以改变夹杂物形态；所述VD炉真空脱气处理的真空度66.6Pa，真空保持25分钟。
[0039](2)连铸工序:采用300mm厚度连铸还成材,钢还按照lmin/mm厚度进行加热。所得铸坯成分的重量百分比为:C 0.10%, Si 0.50%, Mn 1.4 %，P 0.008%, S 0.001%, Ni 0.20%,Nb 0.033%, Al 0.035%, Ti 0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0040](3)加热工序:钢坯加热温度最高1239°C，均热温度1226°C，总加热时间5.5h，均热段在炉时间1.5h。
[0041](4)轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制；第一阶段轧制温度为1100°C，此阶段单道次压下量为16%，累计压下率为50% ;第二阶段轧制温度为880°C，累计压下率为30%。
[0042](5)冷却工序:上述轧制工序后进行ACC水冷，入水温度750°C，返红温度550°C ；冷却后即可得到厚度为70mm的热轧钢板。
[0043]本实施例所得热轧钢板的力学性能为:屈服强度505MPa，抗拉强度585MPa，屈强比0.86，板厚中心_40°C冲击功平均115J。组织照片见图3，由图3可见，本实施例所得热轧钢板具有贝氏体、铁素体的复合组织。
[0044]实施例4:本大厚度热轧钢板采用下述工艺方法制备而成。
[0045](I)冶炼工序:钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线；钢水温度达到1540°C后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块120kg/120吨钢，以改变夹杂物形态；所述VD炉真空脱气处理的真空度< 63Pa，真空保持22分钟。
[0046](2)连铸工序:采用300mm厚度连铸还成材,钢还按照lmin/mm厚度进行加热。所得铸坯成分的重量百分比为:C 0.11%, Si 0.38%, Mn 1.52%, P 0.012%, S 0.003%, Ni 0.16%,Nb 0.040%, Al 0.040%, Ti 0.016%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0047](3)加热工序:钢坯加热温度最高1250°C，均热温度1230°C，总加热时间5.2h，均热段在炉时间1.2h。
[0048](4)轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制；第一阶段轧制温度为930°C，此阶段单道次压下量为20%，累计压下率为30%;第二阶段轧制温度为910°C，累计压下率为50%。
[0049](5)冷却工序:上述轧制工序后进行ACC水冷，入水温度768°C，返红温度550°C ；冷却后即可得到厚度为70mm的热轧钢板。
[0050]本实施例所得热轧钢板的力学性能为:屈服强度511MPa，抗拉强度590MPa，屈强比0.87，板厚中心_40°C冲击功平均98J。组织照片见图4，由图4可见，本实施例所得热轧钢板具有贝氏体、铁素体的复合组织。
[0051]实施例5:本大厚度热轧钢板采用下述工艺方法制备而成。
[0052](I)冶炼工序:钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线；钢水温度达到1540°C后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入Fe-Ca线400m/120吨钢，以改变夹杂物形态；所述VD炉真空脱气处理的真空度60Pa，真空保持18分钟。
[0053](2)连铸工序:所得铸坯成分的重量百分比为:C 0.08%, Si 0.25%，Mn 1.46%，P0.005%, S 0.002%, Ni 0.13%, Nb 0.020%, Al 0.026%, Ti 0.020%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。其余同实施例1。
[0054](3)、(4)和(5)同实施例1。
[0055]本实施例所得热轧钢板的力学性能为:屈服强度501MPa，抗拉强度588MPa，强比0.85，板厚中心_40°C冲击功平均112J。
[0056]实施例6:本大厚度热轧钢板采用下述工艺方法制备而成。
[0057](I)冶炼工序:钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线；钢水温度达到1540°C后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入Fe-Ca线450m/120吨钢，以改变夹杂物形态；所述VD炉真空脱气处理的真空度60Pa，真空保持18分钟。
[0058](2)连铸工序:所得铸坯成分的重量百分比为:C 0.08%, Si 0.25%，Mn 1.46%，P
0.005%, S 0.002%, Ni 0.10%, Nb 0.031%, Al 0.020%, Ti 0.014%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。其余同实施例1。
[0059](3)、(4)和(5)同实施例1。
[0060]本实施例所得热轧钢板的力学性能为:屈服强度489MPa，抗拉强度592MPa，屈强比0.83，板厚中心_40°C冲击功平均88J。
【权利要求】
1.一种420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板，其特征在于，其成分的重量百分含量为:C 0.07% ?0.11%，Si 0.25% ?0.50%，Mn 1.40% ?1.60%，P 彡 0.012%，S 彡 0.005%，Ni0.10% ?0.20%, Nb 0.02% ?0.04%, Al 0.020% ?0.040%, Ti 0.010% ?0.020%，余量为 Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板，其特征在于:所述热轧钢板的最大厚度为70mm。
3.—种420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板的生产方法，其采用冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序，其特征在于，所述冶炼工序所得钢水的重量百分含量成分为:C 0.07%?0.11%, Si 0.25% ?0.50%，Mn 1.40% ?1.60%，P 彡 0.012%，S 彡 0.005%，Ni 0.10% ?0.20%，Nb 0.02% ?0.04%, Al 0.020% ?0.040%, Ti 0.010% ?0.020%,余量为 Fe 和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序:采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制；第一阶段轧制温度为930°C?1100°C，此阶段单道次压下量为10%?20%，累计压下率为30%?50% ;第二阶段轧制温度为840?910°C，累计压下率为30%?50%。
5.根据权利要求3所述的420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板的生产方法，其特征在于，所述冷却工序:采用ACC水冷，入水温度750°C?780°C，返红温度550°C?600°C。
6.根据权利要求3所述的420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板的生产方法，其特征在于，所述冶炼工序:钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，钢水温度彡1540±10°C后转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100?120kg/120吨钢或Fe-Ca线400?450m/120吨钢。
7.根据权利要求6所述的420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板的生产方法，其特征在于:所述精炼时喂入Al线，VD前加入CaSi块。
8.根据权利要求6所述的420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板的生产方法，其特征在于:所述VD炉真空脱气处理的真空度< 66.6Pa,真空保持时间15min?25min。
9.根据权利要求3所述的420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸工序:采用300_厚度连铸还,钢还按照lmin/_厚度进行加热。
10.根据权利要求3- 9任意一项所述的420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序:钢坯加热温度最高1230°C?1250°C，均热温度1210°C?1230°C，总加热时间5h?6h，均热段在炉时间Ih?1.5h。
【文档编号】C22C38/14GK104357742SQ201410626991
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月10日 优先权日:2014年11月10日
【发明者】张志军 申请人:舞阳钢铁有限责任公司