一种正火态交货的180～200mm厚EH36钢板及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种正火态交货的180～200mm厚EH36钢板及其制备方法，钢板的化学成分基于国家标准GB712或船级社规范，利用Al喜欢替代元素Ti的加入，同时加入相对高含量的V。制造方法包括依次进行的电炉冶炼、LF精炼、VD精炼、模铸、钢锭加热、开坯轧制、控制缓冷、钢坯加热、轧制及正火处理等。获得的钢板在厚度方向不存在明显的梯度组织，钢板组织主要为铁素体珠光体为主、少量的贝氏体为辅的混和组织。显微组织细小均匀，平均晶粒尺寸为8?12μm；屈服强度在380～430MPa之间，抗拉强度介于550～600MPa之间，延伸率适中。钢板1/4处、1/2处的?40℃冲击韧性值≥60 J，综合力学性能优良。
【专利说明】
一种正火态交货的180~200mm厚EH36钢板及其制备方法
技术领域
[00011本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种正火态交货的特厚180~200mm EH36钢 及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 目前，涉及到海洋运行的安全性，海工企业对于180~200mm EH36这样关键部位的 特厚板仍采取以国外引进为主。主要原因是国内具备生产180~200_特厚钢板的企业极为 少数。对于高标准的正火态交货的EH36海洋工程用钢板，国内技术储备不足。
[0003] 目前，海洋工程用高强度特厚钢板的生产主要存在两大难点：一、为满足焊接和低 温韧性的要求，必须确保低碳当量的成分设计，因此必须配套高均质的超厚板坯或者钢锭 等。提高压缩比，保证钢板强度。二、150mm以上厚度的产品无现行规范和标准可遵循。全球 通用九国船级社中八国规范规定所涉及钢板的最大厚度为l〇〇mm、挪威船级社(DNV)最厚为 150mm，国家标准GB712~2011对应的最大厚度为150mm。在九国船级社规范以及国家标准 GB712中，对于EH36钢级的生产主要以控乳、TMCP、热乳、正火乳制、正火等交货状态。当前， 海工船舶企业仍立足于适用于6~100mm或6~150mm产品规范的成分设计和要求来生产180 ~200mm的H136钢板，即在不改变合金成分(保证低碳当量）以及交货状态的前提下，采购特 厚系列的尚强均质钢板。
[0004] 本发明的目的是在不额外增加贵重合金、仍采用低碳当量化学成分保证钢材焊接 性能的前提下，仍采取正火生产，针对更大厚度的EH36钢板，重新设计钢板生产工艺，保证 所生产的特厚板的组织均匀性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对上述现有技术提供一种正火态交货的180~200mm特厚H136 钢板的制备方法。选用2 900mm厚的钢锭，钢锭经开坯乳成中间坯，中间坯的厚度与成品钢 的压缩比为2.0~2.5，中间坯再经控乳乳至成品厚度，采用钢锭开坯+控乳的生产方式，相 当于对坯料进行了两次奥氏体再结晶，保证了最终大厚度钢板成品的性能在厚度方向上的 均一性，尤其确保了 1/2厚度处的性能。本发明从坯料到成品钢材，压缩比2 4.5,该方法实 现了适用于常规厚度EH36的标准成分仍然适用本发明。
[0006] 本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种正火态交货的180~200mm厚H136 钢板，该钢板的化学成分是基于国家标准GB712或船级社规范，利用A1替代微元素 Ti以防止 Ti与其它元素如Nb、0、N复合析出；加入元素 V以利于特厚板扩氢控制，按重量百分比计化学 成分为<:0.11~0.18%，51:0.15~0.50%，]\111:1.30~1.60%，？ ：< 0.0070%，5:<0.0030%， Nb:0.010~0.050%，V:0.030~0.080%，Al:0.050~0.070%，Ni :0.10~0.40%，Cr:0.10~ 0.20%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
[0007] 优选地，钢板的化学成分按重量百分比为C:0.17%，Si:0.25%，Mn :1.55%，P: < 0.0060%，S: < 0.0020%，Nb:0.035%，V:0.065%，A1:0.060%，Ni :0.30%，Cr :0.15%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。
[0008] 钢板在厚度方向不存在明显的梯度组织，钢板组织为铁素体珠光体为主少量的贝 氏体为辅的混和组织，平均晶粒尺寸为8~12μπι。屈服强度横向拉伸性能为380~430MPa，抗 拉强度550~600MPa，延伸率2 21%，钢板在1/4厚度处、1/2厚度处的-40°C冲击韧性值2 60 J〇
[0009] 本发明钢成分的设计原理是： C的加入可以增加钢的淬透性，特别是中厚板生产，可以显著提高正火钢的强度，但是C 含量过多不利于钢的超低温冲击性能、低温应变时效性能、焊接性能以及耐蚀性能，所以本 发明中碳含量控制为低碳控制，介于〇. 11~〇. 18%。
[0010] Si主要用于脱氧，虽要依据不同的冶炼方式来确定其加入量，但要获得良好的钢 板性能，必须在0.15%以上，但若超过0.50%以上又会造成心部偏析以及破坏焊接性能，所以 规定其上限为0.50%。
[0011] Μη在所述钢中具有推迟奥氏体向铁素体转变的作用，对细化铁素体，提高强度和 韧性有利。当锰的含量较低，上述作用不显著，钢板强度和韧性偏低等。过高则又会引起连 铸坯偏析、韧性差和可焊性降低，同时船级社规范要求锰含量上限为1.60%等，故本发明中 考虑到合金的综合加入，规定猛含量加入量介于1.30~1.60%的范围内。
[0012] Nb的溶质拖曳作用和Nb(C，N)对奥氏体晶界的钉扎作用，均抑制形变奥氏体的再 结晶，扩大奥氏体非再结晶区间，减少特厚板生产待温时间。并在冷却或回火时形成析出 物，从而使强度和韧性均得到提高，还可以提高钢的耐蚀性能。添加量小于0.020%时效果不 明显，大于0.050%时韧性降低，导致连铸坯产生表面裂纹。因此，本发明规定铌含量应介于 0.020~0.050%的范围内。
[0013] V是钢的优良脱氧剂，是有效的细化晶粒兀素，提尚钢的强度和初性。在正火钢中， V属于析出强化元素，同时有益于厚板在缓冷过程中扩氢。添加量大于0.080%时韧性降低， 厚板的中心偏析显著。因此，本发明规定铌含量应介于0.030~0.080%的范围内。
[0014] A1是用来固定钢中的氮元素，是利用A1细化替代微元素的Ti的加入，以防止Ti与 其它元素如Nb、0、N复合析出，形成棱形的坚硬大型夹杂物等，导致冲击性能不稳定。同时， A1含量过高，容易导致结晶器冒口堵塞，大型含A1氧化物的形成。本发明中，规定铝含量介 于0.050~0.070%。
[0015] Ni是提高钢淬透性的元素，也是有效提高钢的低温韧性的最常用元素。此外，与钢 中残余Cr、P复合作用，将有助于提高钢的耐腐蚀性，但是船级社规范规定上限0.40%，为了 不超出船级社规范规定。故在本发明中，规定镍含量介于0.15~0.40%。
[0016] Cr是提高钢淬透性的元素，能够抑制多边形铁素体和珠光体的形成，促进低温组 织贝氏体或马氏体的转变，提高钢的强度。但Cr含量过高将影响钢的韧性，并引起回火脆 性，船级社规范要求不超过0.20%。故本发明中铬含量控制在0.10~0.20%。
[0017] P虽能提高耐蚀性，但会降低低温韧性和妨碍可焊性，对结构钢是不适当的，本发 明因为是钢锭冶炼，规定其控制在〇. 0070%以下。
[0018] S形成MnS夹杂物，也会导致中心偏析，对耐蚀性也有不良影响，本发明规定在其控 制在0.0030%以下。
[0019] 上述正火态交货的180~200mm厚EH36钢板的制备方法，包括如下工序， (1) 冶炼工艺： 选用优质生铁和废钢作为冶炼原料，选择优质炼钢原辅料，原料依次经电炉冶炼、LF精 炼、VD精炼、模铸，五大有害残余元素控制：S < 0 · 0030%，P < 0 · 0070%，Η < 0 · 00015%，0 < 0.0015%，Ν < 0.0050%;确保钢板成品中的夹杂物A、Β、C、D类总级别在3.0级以下； 为了抑制钢锭内部疏松、偏析，钢水饶铸过热度为25~40°C，饶铸过程采用全程氩气保 护，浇铸成2 900mm厚的扁钢锭； 钢锭脱帽后，带模入缓冷坑进行48~72小时的缓冷扩氢； 缓冷后进行表面清理，清理后切除钢锭冒口； (2) 钢锭开坯工艺： 将钢锭在均热炉中加热至1230~1260°C，钢锭保温时间为10~15min/cm，出炉后经高 压水除鳞，然后开坯乳制成中间坯，中间坯的厚度满足在其与成品厚度的压缩比介于2.0~ 2.5;开坯后的中间坯下线加罩缓冷48小时以上； (3) 乳制工艺： 将中间坯加热至1180~1250°C，中间坯加热时间为11~14min/cm，使钢中的合金元素 充分固溶以保证最终产品的成份及性能的均匀性。钢坯出炉后经高压水除鳞，而后进行粗 车L+精乳两阶段控制乳制:粗乳的开乳温度为1050~1100°C，采用大压下量乳制，乳制时不 进行转钢乳制，保持全纵乳，以保证各道次尽可能按乳制最大能力进行设定压下率。粗乳后 三道单道次压下率为10~15%;精乳的开乳温度为850~920°C，乳至成品厚度，精乳完成后 进行ACC加速冷却，冷却返红温度为630~700°C ; (4) 正火热处理工艺： 乳制后钢板作正火热处理，正火温度为880~920 °C，保温时间为1.5~2.2min/mm。具体 地，采用连续炉对钢板正火热处理，连续炉的正火温度为880~920°C，进炉至出炉时间为 1.6~2.2min/mm;或者采用均热炉对钢板正火热处理，均热炉正火温度为880-920°C，保温 时间为 1.5~2. lmin/mm。
[0020] 本发明具有如下特点： 本发明是基于碳猛钢成分设计原理，不额外增加 Ni、Cu等贵重合金，节省合金成本。碳 当量低，焊接时仍可匹配普通EH36的焊接材料、焊接工艺。
[0021] 本申请的钢水冶炼方法具有残余元素低、钢水洁净度高的优点，可适用于其它高 标准特厚钢种的生产。
[0022] 本发明方法，通过钢锭开坯+控乳生产，乳制过程中涉及两次奥氏体再结晶热处 理，使得材料中的原始奥氏体晶粒更加均匀细小。开坯加热温度达到了 1230-1260 °C，有效 改善了钢锭心部偏析，这是保障最终特厚板成品组织、性能均匀性的重要前提。中间坯加热 温度为1180-1250°C，有利于奥氏体再结晶，同时，中间坯的再加热温度不像钢锭开坯时的 加热温度那样高，目的是确保奥氏体再结晶后不至于粗化。
[0023] 乳制后的钢坯通过正火工艺处理，不改变船级社规范规定要求的工艺方案，使用 户更易接受。也克服了现有技术的调质、NAC等工艺处理特厚板时沿厚度方向上组织梯度较 大、性能差等的缺点。
[0024]本发明条件下生产的特厚EH36船板钢具有良好强韧性，钢板在厚度方向不存在明 显的梯度组织，钢板组织主要以铁素体珠光体为主，少量的贝氏体为辅的混和组织。显微组 织细小均匀，用截径法测量钢板平均晶粒尺寸为8-12μηι。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明实施例1中钢板1/4厚度处的金相组织，为铁素体珠光体为主少量贝 氏体组织为辅的混合组织； 图2为本发明实施例1中钢板1/2厚度处的金相组织，为铁素体珠光体为主少量贝氏体 组织为辅的混合组织。
【具体实施方式】
[0026] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0027]特厚Η136钢的制备方法： (1) 选用优质废钢作为冶炼原料，利用优质炼钢原辅料，冶炼两炉，每炉50吨。钢水依次 经电炉冶炼、LF精炼、VD精炼，稳态浇铸成4支钢锭，每支钢锭25吨，本发明使用其中的3支 钢锭分别作为实施例1至3。钢锭断面大于900mm，以保证与最终产品的压缩比大于4.5。控制 钢水五大有害残余元素 ：S < 0 · 0030%，P为0 · 0070%，H为0 · 00012%，0为0 · 0010%，N为0 · 004%。 考虑到要让夹杂物充分上浮与控制钢锭内部疏松、偏析对过热度的要求，于25-40Γ过热度 的情况下浇铸，浇铸采用全程氩气保护，浇铸成2 900mm厚的扁钢锭。钢锭脱帽后，带模入缓 冷坑进行48-72小时缓冷扩氢。缓冷后清理钢锭表面，本实施例中钢锭无需带温清理，清理 后切除钢锭冒口。各实施例对应钢锭的熔炼成分如表1所示。
[0028] 表1实施例海洋工程用H136钢板的化学成分(wt%)
(2) 将清理后的2 900mm钢锭在均热炉中加热至1230-1260°C，钢锭加热时间为13min/ cm，出炉后经高压水除鳞，然后开坯乳制成中间坯，保证中间坯厚度与成品厚度的压缩比在 2.0-2.5。开坯后所得中间坯下线，加罩缓冷48小时左右，与其它钢种的中间坯进行上铺下 盖。
[0029] 将中间坯送入步进式加热炉，加热至1180-1250°C，中间坯加热时间为ll-14min/ cm，使钢中的合金元素充分固溶，保证最终产品的成份及性能的均匀性。钢坯出炉后经高压 水除鳞然后进行粗乳+精乳两阶段控制乳制:粗乳的开乳温度介于1050-1100°C，采用大压 下量乳制，乳制时不进行转钢乳制，保持全纵乳，保证各道次尽可能地按乳制最大能力进行 设定压下率。粗乳的后三道的单道次压下率为10-15%;精乳开乳温度介于850 -920°C，精乳 至成品厚度后，送ACC机组进行加速冷却，冷却返红温度为630-700°C。
[0030] (3)正火处理:选用均热炉进行正火处理，正火温度控制为890-910°C，保温时间为 2.0min/mm±5min〇
[0031] 实施例1至3为180-200mm的特厚H136板，夹杂物A、B、C、D类总级别控制在2.0。就特 厚板而言，钢板在厚度方向上的均匀性直接关系钢材的性能，均匀的组织是钢板正常使用 及服役的安全保证。
[0032] 本发明对特厚H136板1/2处性能进行了检测，表2,从钢板拉伸性能来看，钢板屈服 强度横向拉伸性能介于380~430MPa之间，抗拉强度介于550~600MPa之间，延伸率适中，均 在GB712要求以上。钢板1/2厚度处拉伸性能略低于1/4厚度处，但差别不大。各实施例钢板 的低温冲击韧性如表3所示，钢板厚度1/4处、1/2处的-40°C的冲击韧性值2 60 J。
[0033]表2本发明各实施例拉伸性能
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式 形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种正火态交货的180~200mm厚EH36钢板，其特征在于：该钢板的化学成分是基于 国家标准GB712或船级社规范，利用A1替代微元素 Ti以防止Ti与其它元素如Nb、0、N复合析 出；加入元素 V以利于特厚板扩氢控制，按重量百分比计化学成分为:C:0.11~0.18%，Si: 0.15~0.50%，Mn:1.30~1.60%，P:<0.0070%，S:<0.0030%，Nb :0.010~0.050%，V:0.030~ 0 · 080%，A1:0 · 050~0 · 070%，Ni : 0 · 10~0 · 40%，Cr:0 · 10~0 · 20%，余量为Fe 及不可避免的杂 质兀素。2. 根据权利要求1所述的正火态交货的180~200mm厚EH36钢板，其特征在于:该钢板的 化学成分按重量百分比为 C:0.17%，Si:0.25%，Mn:1.55%，P: <0.0060%，S: <0.0020%，Nb: 0 · 035%，V: 0 · 065%，A1:0 · 060%，Ni : 0 · 30%，Cr: 0 · 15%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。3. -种权利要求1或2所述正火态交货的180~200mm厚EH36钢板的制备方法，其特征 在于:包括如下工序， (1) 冶炼工艺： 选用优质生铁和废钢作为冶炼原料，选择优质炼钢原辅料，原料依次经电炉冶炼、LF精 炼、VD精炼、模铸，五大有害残余元素控制：S < 0 · 0030%，P < 0 · 0060%，H < 0 · 00015%，0 < 0.0015%，N < 0.0050%;确保钢板成品中的夹杂物A、B、C、D类总级别在3.0级以下； 为了抑制钢锭内部疏松、偏析，钢水饶铸过热度为25~40°C，饶铸过程采用全程氩气保 护，浇铸成2 900mm厚的扁钢锭； 钢锭脱帽后，带模入缓冷坑进行48~72小时的缓冷扩氢； 缓冷后进行表面清理，清理后切除钢锭冒口； (2) 钢锭开坯工艺： 将钢锭在均热炉中加热至1230~1260°C，钢锭保温时间为10~15min/cm，出炉后经高 压水除鳞，然后开坯乳制成中间坯，中间坯的厚度满足在其与成品厚度的压缩比介于2.0~ 2.5;开坯后的中间坯下线加罩缓冷48小时以上； (3) 乳制工艺： 将中间还加热至1180~1250°C，中间还加热时间为11~14min/cm，钢还出炉后经高压 水除鳞，而后进行粗乳+精乳两阶段控制乳制:粗乳的开乳温度为1050~1100°C，采用大压 下量乳制，乳制时不进行转钢乳制，保持全纵乳，粗乳后三道单道次压下率为10~15%;精乳 的开乳温度为850~920°C，乳至成品厚度，精乳完成后进行ACC加速冷却，冷却返红温度为 630~700。。； (4) 正火热处理工艺： 乳制后钢板作正火热处理，正火温度为880~920 °C，保温时间为1.5~2.2min/mm。4. 根据权利要求1或2所述的正火态交货的180~200mm厚EH36钢板，其特征在于：钢板 在厚度方向不存在明显的梯度组织，钢板组织为铁素体珠光体为主少量的贝氏体为辅的混 和组织，平均晶粒尺寸为8~12μπι。5. 根据权利要求1或2所述的正火态交货的180~200mm厚ΕΗ36钢板，其特征在于：屈服 强度横向拉伸性能为380~430MPa，抗拉强度550~600MPa，延伸率2 21%，钢板在1/4厚度 处、1/2厚度处的-40°C冲击韧性值2 60 J。6. 根据权利要求3所述的正火态交货的180~200mm厚EH36钢板的制备方法，其特征在 于：采用连续炉对钢板正火热处理，连续炉的正火温度为880~920°C，进炉至出炉时间为 1.6~2.2min/mm;或者采用均热炉对钢板正火热处理，均热炉正火温度为880-920°C，保温 时间为1.5~2. lmin/mmD
【文档编号】C22C38/18GK105839003SQ201610374131
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】刘朝霞, 阮小江, 苗丕峰, 赵孚, 白云, 刘俊
【申请人】江阴兴澄特种钢铁有限公司