一种高强度特厚钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料技术领域，特别涉及到一种高强度特厚钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 在科学技术和现代工业高速发展的今天，机械和建筑等用特厚钢板市场需求越来 越大，对钢板的性能要求越来越高，厚度规格要求也由以前的60mm以下上升到70mm以上甚 至IOOmm以上。特厚板能广泛的应用于工程机械、桥梁、容器、车辆、船舶、电力设备及其他 结构件，但如此大的厚度规格上保证性能合格均匀，其生产难度较大。
[0003] 目前生产特厚板大部分在150_以下，如舞阳钢铁有限责任公司申请的名为"一 种大厚度调质高强度钢板及其生产方法"的专利，专利申请号为200810141457. 9,公开号 为 CN101363101A，含有 C 彡 0· 18%，SiO. 1-0. 4%，Mn 彡 1. 2%，NiO. 7-1. 7%，CrL 0-1. 5%， MoO. 4-0. 6%，V0. 03-0. 08%，能提供一种厚度为100~114mm的大厚度钢板，具有高强度、较 好的抗层状撕裂性能和良好的低温韧性，但最厚到114mm，不能满足更厚级别钢板的需求。 还有南阳汉冶特钢有限公司申请的名为"一种150mmQ245R特厚钢板及其生产方法"的专 利，专利申请号为201110176685. 1，公开号为CN102345047A，涉及一种150mmQ245R的容器 钢，厚度只有150mm，其强度也只有250Mpa级别，无论厚度和强度都不满足更厚更高强度级 别的特厚板需要。
[0004] 济南钢铁股份有限公司申请的名为"一种生产特厚钢板的工艺方法"的专利，专利 申请号为200810249817. 7,公开号为CN101439348A，提供一种生产特厚钢板的方法：将两 块板坯经过切割、平正、清洁，通过抽真空并焊合成一块新的板坯，然后进行加热、乳制，以 解决大型模铸心部偏析和疏松的问题。但其工序复杂，生产效率较低，并且容易出现分层缺 陷。
[0005] 首钢总公司申请的名为"一种IOOmm低合金高强度特厚钢板及其制造方法"的专 利，专利申请号为200810119503. 5,公开号为CN101348879A，提供一种厚度为IOOmm的低合 金特厚钢板；首钢总公司申请的另一名为"一种l〇〇mm、400MPa级高强度特厚钢板及其制造 方法"的专利，申请号为200810224732. 3,公开号为CN101476081A,提供一种100mm、400MPa 级高强度特厚钢板，都具有较高的屈服强度，且不需要热处理，且其生产厚度只有100mm，不 能满足市场对钢板厚度越来越大的需求。
[0006] 由以上对比专利可知，目前可用于机械设备等构件的特厚板存在如下不足：
[0007] 1、产品厚度规格较小、强度低，适用范围窄；
[0008] 2、生产工艺复杂，生产效率低，容易产生分层等缺陷；
【发明内容】
[0009] 基于上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种厚度规格在200~300mm、屈 服强度在460Mpa以上的特厚钢板及其生产方法。
[0010] 为了达到上述目的，本发明技术方案如下：
[0011] 一种高强度特厚钢板，其特征在于钢板化学成分按重量百分比为：CO. 11%~ 0· 15%、SiO. 15% ~0· 25%、MnL 4% ~L 6%、P 彡 0· 020%，S 彡 0· 005%、NiO. 4%-0· 6%、 CrO. 25%-0. 35%、MoO. 3% ~0. 4%、V0. 03% ~0. 05%、Ti0.0 15% ~0. 025%、CuO. 2%-0. 3%、 Als0.0 15%~0. 040%，其余为Fe以及不可避免的杂质。
[0012] 本发明选择以上合金元素种类及其含量是因为：
[0013] 碳：在特厚板钢的化学成分设计中，碳对钢的强度、韧性、焊接性能、冶炼成本影响 很大。为了使钢板具有良好的焊接性能、较好的低温冲击韧性，必须降低钢中的含碳量，使 其控制在中下限。因为碳是较强的固溶强化元素，能显著提高钢板强度，但碳含量过高，不 利于焊接和渗碳体等第二相难控制，会使韧性、塑性和钢板焊接性能明显恶化，本发明的碳 含量定为〇· 11%~〇· 15%。
[0014] 锰：锰是提高强度和韧性的有效元素，它是弱碳化物形成元素，它在冶炼中的作用 是脱氧和消除硫的影响，还可以降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒，对提高钢板强度和 韧性有益。同时还能固溶强化铁素体和增加钢的淬透性。一般用低碳高锰类型的钢作为焊 接结构钢时，锰/碳比值越大（达2. 5以上），钢的低温韧性就越好。锰含量过高时，则钢硬 化而延展性变坏，本发明的锰含量定为1. 4%~1. 6%。
[0015] 硅：硅起到脱氧剂的作用，同时有固溶强化作用，还可以极大的延缓碳化物的形 成，滞后渗碳体的长大，增加了奥氏体稳定性。但是硅含量高，钢种易出现夹杂物，钢材易生 锈，热轧生产中铁锈容易被轧入钢板表层，同时硅都显示出对多线程焊接时局部脆性区域 有危害性，本发明的硅含量定为〇. 15%-0. 25%。
[0016] 磷：磷是钢中的有害元素，虽然它是固溶强化效果最好的元素之一，但是磷偏析晶 界，恶化韧性，含量直接影响到钢板的塑性和韧性。磷对钢是非常有害的元素。应尽量减少 其含量，应该尽量控制其含量到最低。
[0017] 硫：硫是钢中的有害元素。硫化锰、氧化物夹杂或碳化物等第二相颗粒的存在都会 降低钢的塑性和强韧性，降低钢的延伸率。硫化锰有一定塑性，随轧制方向拉长延伸，加大 了钢的各向异性，这对钢的横向性能非常不利。硫形成的硫化铁使钢在热轧和焊接中产生 热脆裂纹，含硫较高时，抗硫化氢腐蚀能力大为下降，尽量控制其含量最低。
[0018] 镍：对钢的强度贡献较小，但钢中添加适当的Ni能显著改善钢的韧性，尤其是能 显著提高钢的低温韧性，但含量超过一定值后效果就不再明显，故本发明中，Ni的含量控制 在 0· 4% ~0· 6% ;
[0019] 铬：铬能扩大铁素体区，提高淬火硬化、耐蚀性的优点，但过高的Cr对韧性造成 损害，故本发明中加入Cr含量为0. 25%~0. 35% ;Mo有提高钢的强度和淬透性的作用，同 时具有不降低钢的低温冲击功的优点，但含量过高会导致钢的脆化，本发明中的Mo含量为 0. 30% ~0. 40% ;
[0020] 铝：铝是脱氧元素，可作为氮化铝形成元素，有效地细化晶粒，其含量不足0. 01% 时，效果较小；超过0.07%时，脱氧作用达到饱和；再高则对母材及焊接热影响区韧性有害。 所以，在特厚板中将铝含量限定在〇. 015%~0. 04%的范围内。
[0021] 钒：在合金元素中是钢中的强化元素，由于VC、V(CN)的沉淀强化，可使钢的强度 明显提高。但是提高韧脆转变温度，其含量一般控制在0. 10%以下，本发明将钒含量定为 0. 03% ~0. 05%。
[0022] 钛：加入微量的钛，是为了固定钢中的氮元素。另外钛有强烈的析出强化作用，可 以提高钢的强度，对焊接热影响区处的硬度也有好的影响作用在最佳状态下，钛的氮化物 颗粒的存在可抑制焊接热影响区的晶粒粗化阻止钢坯在加热、乳制、焊接过程中晶粒的长 大，改善母材和焊接热影响区的韧性。钛低于〇. 005%时，固氮效果差，超过0. 03%时，固氮 效果达到饱和，过剩的钛可以单独或与铌一起形成碳氮化物，强化钢材，但有时会形成尺寸 较大的析出相，将会使钢的韧性恶化。过多的钛含量会引起钛的氮化物的粗化，对低温韧性 不利，故将本发明中钛含量定为〇. 015%~0. 025%。
[0023] -种高强度特厚钢板的生产方法：经冶炼和真空浇铸，对铸坯进行探伤和清理，在 宽厚板轧机上采用交叉轧制的方法，生产出探伤合格、性能合格的特厚钢板，其所用的生产 工艺特征如下：
[0024] 生产工艺流程：钢水冶炼一炉外精炼（LF+VD) -钢坯浇铸一坯料清理、包装一加 热一轧制一堆垛缓冷一热处理一探伤一取样检验一检查一入库。
[0025] 冶炼工艺特征：钢水经冶炼后送到LF炉进行精炼处理、VD脱气，降低有害气体0、 H、N等以及S的有害作用，LF炉喂Al线150-300m，加钛铁60kg ;VD真空度40-70Pa，保持 15-40分钟，浇铸温度1560-1580°C，浇铸成800-1000mm厚钢坯。
[0026] 轧制工艺特征：加热温度控制在1150~1200°C以保证细小的奥氏体晶粒，起到轧 后细化晶粒的作用。轧前和轧制过程中用高压水充分除鳞，开轧温度1100-1120°C，终轧温 度大于等于950°C，总压下率大于等于60%，最终轧制成成品厚度钢板。为了进一步防止钢 坯过度氧化，对来料铸坯进行探伤和清理，加热前钢坯表面用I. 5-2. 5mm厚的冷轧板进行 全覆盖包装。
[0027] 热处理工艺特征：乳后钢板进行调质即淬火+回火处理，为保障淬火前完全奥氏 体化和合金元素充分固溶，淬火前加热温度为935-950°C，保温时间为2-2. 25min/mm，回火 温度为 645-665°C，保温时间为 2h+2-2. 2min/mm.
[0028] 按上述方案生产的特厚钢板具有以下有益效果：
[0029] 1、能生产厚度为200~300mm的特厚钢板，探伤合格；
[0030] 2、具有良好的机械性能，屈服强度Rel彡460MPa，一 20°C冲击功AKv彡27J ;
【具体实施方式】
[0031] 下面对本发明作进一步说明：
[0032] 本发明的化学成分及生产工艺，其熔炼成分如表1，本发明的实际工艺参数如表 2,本发明的实物性能检验结果如表3。
[0033] 表1熔炼成分，Wt %
[0034]
【主权项】
1. 一种高强度特厚钢板，其特征在于钢板化学成分按重量百分比为：CO. 11%~0. 15%、 SiO. 15% ~0. 25%、Mnl. 4% ~I. 6%、P彡 0. 020%，S彡 0. 005%、Ni0. 4%-0. 6%、CrO. 25%-0. 35%、 MoO. 3% ~0. 4%、V0. 03% ~0. 05%、Ti0. 015% ~0. 025%、Cu0. 2%-0. 3%、AlsO. 015% ~0. 040%， 其余为Fe以及不可避免的杂质。
2. 根据权利要求1所述的一种高强度特厚钢板，其特征在于钢板厚度为200~300mm。
3. -种根据权利要求1或2所述的高强度特厚钢板的生产方法，包括冶炼、浇铸、加 热、乳制和热处理，其特征在于：浇铸温度1560-1580°C，浇铸成800-1000mm厚钢坯；加热 温度1150~1200°C，乳前和轧制过程中用高压水充分除鳞，开轧温度1100-1120°C，终轧 温度大于等于950°C，总压下率大于等于60% ;乳后钢板进行调质即淬火+回火处理，淬火 前加热温度为935-950°C，保温时间为2-2. 25min/mm，回火温度为645-665°C，保温时间为 2h+2-2. 2min/mm〇
4. 根据权利要求3所述的高强度特厚钢板的生产方法，其特征在于：对铸坯进行探伤 和清理，加热前钢坯表面用I. 5-2. 5mm厚的冷轧板进行全覆盖包装。
【专利摘要】本发明公开一种高强度特厚钢板及其生产方法，C0.11%～0.15%、Si0.15%～0.25%、Mn1.4%～1.6%、P≤0.020%，S≤0.005%、Ni0.4%-0.6%、Cr0.25%-0.35%、Mo0.3%～0.4%、V0.03%～0.05%、Ti0.015%～0.025%、Cu0.2%-0.3%、Als0.015%～0.040%。能生产厚度为200～300mm的特厚钢板，具有良好的机械性能，屈服强度Rel≥460MPa，－20℃冲击功AKv≥27J。
【IPC分类】C21D8-02, C22C38-28, C22C38-38
【公开号】CN104726780
【申请号】CN201310723317
【发明人】李文斌, 原思宇, 赵坦, 李广龙, 王勇, 梁福鸿, 胡昕明, 孙殿东, 王储
【申请人】鞍钢股份有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年12月23日