一种大厚度海洋工程用390MPa级钢板及其制造方法与流程

本发明属于钢铁材料制备领域，尤其涉及具有低温高冲击韧性、大厚度尺寸和高强度的海洋工程用钢及其制造方法。。
背景技术：
：随着海洋装备制造技术的不断发展，对所用的钢板需求日益提高，特别是具有高强度、高低温韧性及大厚度尺寸的钢板需求旺盛。按照常规生产方法制造高强韧性及大厚度钢板，必然需要大厚度断面的板坯为轧制条件，另外还需要对轧制后的钢板进行调质热处理等手段，但这必然增加生产成本和降低生产效率。《一种F36级别80mm厚海洋工程用钢轧制方法》(CN201210348446.4)公开的方法中，轧制前需要两次加热，且采用正火热处理，生产工艺复杂。《一种具有优异韧性390MPa级低温船用钢及其制造方法》(CN201210560340.0)公开的低温船用钢其最大成品厚度为40mm，无法满足现代海洋工程用钢的需求。《一种超高强度和优异低温韧性船用钢及其制造方法》(JP2006283187A)公开的钢板，产品的最大厚度为60mm，并需要进行热处理。制造成本高，且无法满足海洋工程用钢对大厚度尺寸的需求。本发明提出了具有优异低温韧性、高屈服强度和大厚度尺寸海洋工程用钢及其制造方法，其生产成本较低，生产效率较高，在化学成分和生产工艺上与上述专利均有很大差别，在冲击和拉伸性能方面表现优异，金相组织为铁素体+贝氏体。技术实现要素：本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种具有优异低温韧性、高屈服强度和大厚度尺寸的海洋工程用钢及其制造方法，该海洋工程用钢板具有高屈服强度(≥390MPa)，优异的低温韧性(-40℃冲击功≥200J)和大厚度尺寸(成品厚度范围为80～100mm)的特点。本发明的目的是这样实现的：本发明者们从合金元素筛选与配比、钢质洁净度控制、工艺优化与参数选择、组织优化等几个方面进行了大量而系统的试验研究，最终确定了可满足本发明目的合金元素配比及制造工艺。本发明目的是这样实现的：一种大厚度海洋工程用390MPa级钢板，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.06％～0.16％，Si：0.2％～0.5％，Mn：0.9％～1.6％，Cu：0.1％～0.3％，Ni：0.2％～0.5％，P：≤0.02％，S：≤0.02％，Als：0.03％～0.05％，N：0.002％～0.005％，Nb：0.02％～0.05％，Ti：0.01％～0.02％，V：0.03％～0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质。该钢板中Nb、Ti和V的重量百分比之和≤0.12％。该钢板成品厚度范围为80mm～100mm，在厚度方向上1/4和1/2 处的屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥510MPa，-40℃夏氏冲击功≥200J。以下阐述本发明的优异低温韧性船板钢中各合金成分作用机理，其中百分符号％代表重量百分比：C：是保证钢强度的必要元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显作用，但是过高的C含量对钢的延性、韧性和焊接性有负面影响。从经济性和产品性能角度考虑，优选C含量控制在0.06％～0.16％。Si：是炼钢过程中主要的脱氧成分，为了得到充分的脱氧效果必须含0.10％以上，但若超过上限则会降低母材及焊接部位的韧性，以固溶形式存在的Si在提高强度的同时也能提高韧脆转变温度，因此优选Si含量为0.2％～0.5％。Mn：是保证钢的强度和韧性的必要元素，Mn与S结合形成MnS，避免晶界处形成FeS而导致的热裂纹，同时Mn也是良好的脱氧剂。为了提高本发明材料的强韧性，因此优选Mn含量范围为0.9％～1.6％。Cu：在钢中加入Cu，可以提高钢的耐蚀性、强度，改善焊接性、成型性与机加工性等。与镍同时使用，还可以避免热脆性。Cu含量范围为0.1％～0.3％Ni：Ni具有固溶强化作用，能促使合金钢形成稳定奥氏体组织，具备使Ar3点最低和碳当量或冷裂纹敏感系数Pcm的增加最小的特性，能提高钢的强度和韧性，并改善Cu在钢中引起的热脆性，因此本发明Ni含量控制在0.2％～0.5％。P：是对冲击值带来不利影响的元素，可以在板坯中心部位偏析以及在晶界聚集等损害低温韧性，本发明材料控制在不高于0.02％。S：是对冲击值带来不利影响的元素，可以形成硫化物夹杂，成为裂纹源，本发明材料控制在不高于0.02％。Al：作为本发明必须添加的脱氧和细化晶粒元素，添加含量在0.01％以上，但超过0.08％时容易产生铸坯热裂纹，同时钢的韧性降低。更优选含量范围为0.03％～0.05％。N：N与Al、Ti、Nb等元素结合，形成氮化物，是使母材组织微细化的元素。为了发挥这样的效果，需要使N含有0.002％以上，然而过多的固溶N是使HAZ的韧性恶化的原因，因此N含量范围在0.002％～0.005％。Nb：有效细化钢的晶粒尺寸，作为提高钢的强度和韧性而添加的元素。当Nb含量小于0.01％时对钢的性能作用效果小，而超过0.05％时，钢的焊接性能和韧性均降低，因此Nb含量0.02％～0.05％为本发明的优选范围。Ti：作为提高钢的韧性和焊接部位韧性而添加的成分，以TiN形式存在而发挥作用，但超过0.04％时易形成大颗粒TiN而失去效果，因此添加Ti含量优选范围为0.01％～0.02％。V：在钢中加入V可以细化组织晶粒，提高强度和韧性。添加量小于0.02％时效果不明显；大于0.06％时，钢的韧性与可焊接性降低。V的含量控制在0.03％～0.06％。钢板中Nb、Ti和V的重量百分比之和≤0.12％，是按照微合金 元素在钢中的作用规律以最佳作用效果进行添加，含量过多则会形成粗大的C、N化物，阻止再结晶效果会减弱。一种权利要求1所述的大厚度海洋工程用390MPa级钢板的制造方法，包括冶炼、加热、轧制、冷却，(1)冶炼：按照权利要求1所述的组分进行冶炼、连铸后得到连铸坯，LF和RH精炼炉处理大于10min，中包钢水过热度≤25℃，全程保护浇铸；(2)加热：钢坯加热温度1200～1250℃，均热温度控制在1140～1180℃，到温保温时间30～50min；(3)轧制工艺：对280-350mm厚断面钢坯进行两阶段控制轧制，第一阶段为再结晶区轧制，开轧温度1050～1100℃，得到中间坯；第二阶段为未再结晶区轧制，开轧温度780～800℃，终轧温度760～780℃，其中，第一阶段轧制后，对钢板表面进行间断式高压水冷至780～800℃为止，然后进行第二阶段轧制；并且在第一阶段轧制时采用单道次压下率大于15％，累计压下率为50～60％，二阶段轧制时采用单道次压下率大于10％；；(4)冷却工艺：采用冷却速率大于10℃/s的冷却系统，返红温度控制在400℃～450℃，后空冷至室温，以TMCP状态直接完成生产。本发明的有益效果在于：(1)本发明通过添加适当Cu、Ni和微合金元素，控制硫磷含 量，采用控轧控冷方法，提高钢板低温韧性和屈服强度，增加成品厚度，可满足390MPa级别的海洋工程用钢的力学性能要求。(2)本发明晶粒组织细小且均匀，低温冲击韧性良好。(3)本发明产品的制造工艺易于实现，产品性能的均匀性。附图说明图1为是本发明例1厚度方向1/4显微组织图。图2为是本发明例1厚度方向1/2显微组织图。图3为是本发明例2厚度方向1/4显微组织图。图4为是本发明例2厚度方向1/2显微组织图。图5为是本发明例3厚度方向1/4显微组织图。图6为是本发明例3厚度方向1/2显微组织图。具体实施方式下面通过实施例对本发明作进一步的说明。本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼、加热、轧制、冷却。本发明实施例和对比例钢的成分见表1。本发明实施例和对比例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢及对比钢拉伸性能和冲击功值见表3。表1本发明实施例钢和对比例的成分(wt％)实施例CSiMnPSNiCuNbTiAlsVN10.080.331.500.0140.0020.340.240.040.0130.0310.030.00320.070.281.320.0120.0020.290.150.030.0110.0270.040.00430.090.421.120.0110.0020.410.270.030.0120.0250.040.00340.130.311.220.0120.0020.300.160.040.0110.0250.030.00350.150.221.240.0120.0020.440.160.040.0110.0210.030.003对比例0.100.321.450.0110.0020.450.180.040.110.0230.030.003表2本发明实施例和对比例钢的主要工艺参数表3本发明实施例钢及对比例钢拉伸性能和冲击功值当前第1页1 2 3