一种超高强度止裂厚钢板的生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金技术领域，涉及一种超高强度止裂厚钢板的生产方法。 技术背景
[0002] 随着经济的发展，贸易量的加大，集装箱船逐渐向着大型化的方向发展，集装箱船 甲板上部结构承载负荷也越来越大，其一些关键部位，如主甲板、舷顶列板、舱口围板等部 位，由于要求高强度、高韧性及高止裂性能，一般的高强度船板已满足不了使用要求。以目 前世界最大的16000TEU超大型集装箱船为例，舱口围板厚度达到80mm，仅止裂钢EH47用 钢量约为2000吨/船以上。日本早在20世纪90年代已经开始研发止裂钢板，2008年，日 本钢铁与三菱重工联手合作，成功开发出一种新型高拉力强化钢一一"HTS47"，并首次在日 本造船厂使用这种钢板。2013年，国际船舶联合会（IACS)及一些船级社借鉴日本的开发经 验，专门针对大型集装箱船板关键部位制定了 47公斤级的集装箱船用钢板标准，并将ESSO 试验和双重拉伸等脆性断裂试验列为检验钢板止裂性能的方法。
[0003] 中国专利CN101341269A"止裂性优良的高强度厚钢板"主要通过控制钢板在厚 度方向的组织、晶界密度和织构的差异，使钢板在开裂时不同厚度位置裂纹扩展方向产生 差异，从而使裂纹的扩展阻力增加来提高钢板的止裂性能。但实质是其生产的厚板冷却能 力不够，板厚1/2位置为脆性组织，对钢板的止裂性产生影响。这种方法对止裂性的提高 很少，未从根本上对1/2位置的韧性组织进行改善。中国专利CN102994874A"屈服强度 500Mpa级高止裂韧性钢板及其生产方法"公开了一种通过粗轧后再快速冷却到Ar3相变点 附近进行精轧的方法来细化晶粒，阻止裂纹扩展的方法。但该方法是采用低温冲击韧性和 NDT韧脆转变温度来衡量钢板的止裂性能，不具备科学性和严谨性，只能说明钢板的韧性较 好，不能证明钢板的止裂性能优异，而只有ESSO试验或双重拉伸试验才是国际认可的衡量 钢板止裂性能的标准试验。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在提供一种超高强度止裂厚钢板的生产方法，其代表钢种EH47最大厚 度达80mm，屈服强度在460MPa以上，抗拉强度在570~720MPa，低温-40°C心部冲击韧性达 到200J以上，无塑性转变温度在-80°C以下，经梯度温度型双重拉伸试验检验，其-10°C止 裂系数Kca多6000N/mm3/2,能够很好的满足超大型集装箱船关键部位止裂钢板的使用需 求。
[0005] 发明的技术方案： 一种超高强度止裂厚钢板的生产方法，钢的化学组成重量百分比为：C< 0. 10%，Si=0. 10% ~0. 50%，Mn=l. 40% ~1. 80%，P彡 0. 015%，S彡 0. 005%，Nb=0. 02% ~0. 05%， Ti=0. 008% ~0? 02%，A1=0. 015% ~0? 05%，Ni=0. 2%0 ~0? 50%，Cu彡 0? 35%，Gr彡 0? 25%， Mo< 0. 25%，其余为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括： 冶炼：转炉出钢P彡〇. 008%，C彡0. 005%，采用LF+VD精炼工艺，LF炉精炼全程吹氩， 造渣脱氧，白渣保持时间彡20min，精炼渣碱度Ca0/Si02彡2. 5 ;VD真空脱气处理，在真空 度0? 5tor以下，真空保持时间18~25min，出站钢水N< 45ppm，H< 2ppm，0 < 20ppm; 连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值15~25°C，铸坯厚度多260mm; 加热：铸坯加热温度1180~1220°C之间，均热时间彡30min; 车L制：采用两阶段轧制，第一阶段终轧温度多980°C，末三道次压下率多16%，第二阶段 终轧温度控制在780~840°C; 冷却：乳后钢板直接入水冷却，对于厚度彡50mm的厚钢板采用Mulpic的DQ高压水泵 强制冷却，冷却速率彡6°C/S，直至终冷温度在300~400°C。
[0006] 所述钢的化学组成中，为了使钢板的屈服强度多400Mpa，并提高厚钢板淬透性，组 成中可选择性加入Cu=0. 15%~0. 35%，Gr=0. 15%~0. 25%，Mo=0. 15%~0. 25%中一种以上 元素。
[0007] 所述轧制步骤中，第二阶段终轧温度优化为800~820°C。
[0008] 所述冷却步骤中，对于厚度彡50mm的厚钢板采用Mulpic的DQ高压水泵强制冷 却，冷却速率优化为6 ~15°C/S，直至终冷温度优化为320~380°C。
[0009] 发明原理： 本发明在成分设计上以提高钢板的淬透性为主，再通过强制冷却或超快冷技术来提高 厚钢板的冷却速率并降低终冷温度，从而增加厚度方向特别是钢板心部韧性组织细针状铁 素体的含量，来增加钢板的止裂性能。
[0010] 本发明化学成分设计对其止裂性和焊接性重点考虑，在要求高强度和良好低温韧 性的同时应具有低碳当量和低Pcm值。组织设计则是以细针状铁素体为基体的韧性组织， 添加了多种细化晶粒和提高淬透性的元素。
[0011] 采用低碳高锰的成分设计。c含量的提高虽然能够提高强度和降低Ar3温度，但 恶化钢的低温韧性、止裂性能和焊接性能，因此通过转炉出钢C< 0. 005%等手段控制最终 碳含量< 〇. 10%;锰是弱碳化物形成元素，它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，因此，在成分设计时，锰设计下限1. 40%，但当含量超过1. 80% 时，中心偏析加重，造成止裂性能严重恶化。
[0012] 为了确保止裂性能和焊接HAZ韧性，钢水必须具有较高的纯净度。P、S为有害 杂质元素，通过控制转炉出钢时P< 0.008%，并通过LF+VD复合精炼工艺，白渣保持时间 彡20min，精炼渣碱度Ca0/Si02> 2. 5,VD炉保真空时间18~25min等手段控制，使终点磷 含量P< 0. 015%，硫含量S< 0. 005%，并降低钢水中其他杂质和有害气体含量。
[0013] 为了提高止裂性能而又不影响焊接性能，在C-Mn钢固溶强化的基础上复合添加 Nb、Ti、Ni等合金元素，充分发挥细化晶粒、沉淀强化和相变强化等作用以达到高强韧性、高 止裂性和优良的焊接性能目的。
[0014]Nb作为一种重要的微合金元素，添加0.02%以上的Nb，可形成细小的碳化物和 氮化物，抑制奥氏体晶粒的长大，并且结合第一阶段终轧温度多980°C，末三道次压下率 多16%等手段，细化原始奥氏体晶粒；通过第二阶段终轧温度控制在800~820°C，抑制奥 氏体的再结晶，保持变形效果从而细化晶粒。但当Nb含量大于0. 05%时，碳氮化铌等会大 量在钢板中析出并长大，显著影响钢板止裂性能并且在焊接过程中造成热影响区晶粒的粗 化等。
[0015] 钢中进行微Ti处理，添加0. 008以上的Ti有利于加热温度在1180°C~1220°C之 间时形成TiN钉扎晶界，抑制奥氏体晶粒过分长大，并且在轧制过程中细化晶粒，改善钢板 止裂性能和焊接性能的作用；但Ti含量大于0. 02%时，会形成部分Ti复合夹杂物，反而成 为钢中的断裂源，对钢的止裂性能非常有害。
[0016]Ni对提高钢板的止裂性能也尤为关键，可有效提高钢板淬透性并改善低温韧性。 当含量大于〇. 2%时，结合Mulpic的DQ超快冷工艺，控制轧后冷却速率在6~15°C/S，终 冷温度在320~380°C之间，形成以细针状铁素体为基体的组织，可有效抑制裂纹的扩展， 提高止裂性能；但Ni价格昂贵，过多添加会增加制造成本，因此将上限设定为0. 5%。
[0017] 为了使钢板的屈服强度多400Mpa，并提高厚钢板淬透性，钢板中可选择性加入 Cu=0. 15%~0. 35%，Gr=0. 15%~0. 25%，M〇=0. 15%~0. 25%中一种以上元素，但加入量过多 时会降低钢板的止裂性能和焊接性能并增加制造成本。
[0018] 本发明的有益效果： a.本发明自创低碳高锰、Nb-Ti-Ni多元微合金化成分设计体系，LF+VD复合精炼技术， 严格控制P、S含量和钢水的纯净度，并采用高温大压下、TMCP控轧及超快速冷却等一系列 轧制新技术，成功开发了以细针状铁素体组织为机体的高强韧性、高止裂性特厚钢板，为止 裂钢板的国产化奠定了基础。
[0019] b.本发明突破TMCP工艺极限，替代传统的热处理工艺，充分发挥设备优势，生产 屈服强度在400Mpa以上的超厚钢板，最大厚度可达到80mm，在保证产品质量的同时，降低 合金含量和生产成本，推进了中国节约型、低碳环保钢材新品种的研发进程。
[0020] C.本发明利用钢厂现有设备和工艺条件，既不增加投资和生产成本，又提高了生 产效率，节能减耗。
[0021] d.本发明的产品可广泛应用于造船、桥梁、压力容器、建筑及工程机械等多个领 域，提高钢板的止裂能力。
【附图说明】
[0022] 附图1为本发明实施例1的钢板止裂韧性与止裂温度的关系图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合实施例对本发明作进一步说明： 实施例1 : 本实施例为一种高强度止裂厚钢板的生产方法，