专利名称：一种超高强度船体结构用厚板及其生产方法
技术领域：
本发明属于低合金高强度钢生产领域，具体地说是一种基于炉卷轧机的TMCP型超高强度船体结构用厚板及其生产方法。
背景技术：
随着船舶向大型化、轻型化方向的发展，以及造船技术的进步，造船工业对高品质船体结构用钢存在着潜在巨大需求，同时船体结构用钢的生产现状与这一需求趋势相比而显现出诸多差距。从船体结构用钢品种的生产情况看，目前国内船用钢板常用规格为10-32mmX140 0-3500mmX6000-12000mmo 60%以上的品种为A、B普通强度级，高强度钢从AH32到FH40都有应用，但比例最大的仍是AH级别。对于一些宽薄规格的钢板，如厚6-10mm宽3000mm以上，8 12mm的宽薄板、特厚船板(65 90mm板)主要靠进口解决。E级、F级高强度船板有些缺口。36及其以下强度级别的船板钢基本为铁素体+珠光体组织，这种组织在一定的冷却范围内强度可以得到提高，韧性得到改善，但提高和改善是有限度的。因此，开发其它组织类型的钢，是获得综合力学性能良好钢的重要途径。近年来国内外研究成果表明，高碳贝氏体尽管具有较高的强度，但其冲击韧性与焊接性能较差。随着冶炼技术的不断发展，发现生产的微碳低合金钢不但具有较高的强度，同时又具有较低的冲击转变温度、优良的焊接性能，而且这些优良的综合机械性能在控轧控冷状态下即可获得。针状铁素体独特的显微组织特征也决定了它具有不同于普通微观组织的性能。大多数的关于低碳钢的研究认为影响性能的主要因素是有效晶粒尺寸。针状铁素体的有效晶粒尺寸即其针状板条。针状铁素体组织中彼此咬合的细小针状片条束、高密度位错和弥散析出相等微观结构特征对提高材料的强韧性具有重要作用。在针状铁素体中，裂纹扩展必定强烈地受到彼此咬合、互相交错分布的细小的针状铁素体条束的阻碍，从而有效地提高了其强韧性。同时细小的M/A岛和弥散分布的碳氮化物，不足以构成裂纹临界尺寸，不易激发裂纹。研究表明，裂纹遇到M/A岛和碳氮化物析出物常常发生转折，表现出对裂纹的强烈阻滞作用，并且M/A岛中的残余奥氏体是一种有利的韧性相，可降低裂纹尖端应力，消耗部分扩展功。因而，针状铁素体组织具有优良的强韧性，是开发超高强度船体结构用钢的理想组织。
发明内容
为了解决现有的铁素体+珠光体组织的船板钢存在的生产工艺复杂、强韧性能不足的问题。本发明的目的在于提供一种超高强度船体结构用厚板及其生产方法，该厚板采用Nb、Ti微合金成分，在炉卷轧机上通过TMCP生产工艺得到，综合性能好。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
一种超高强度船体结构用厚板，其特征在于该厚板化学成分质量百分比为C:0. 05-0. 10%, Si 0. 1-0. 55%, Mn :1. 0-1. 6%, Nb :0. 02-0. 05%, Ti :0. 007—0. 02%, Als 0. 020-0. 050%,余量为Fe和不可避免杂质；其中，不可避免杂质中P<0. 015%，S<0. 005%, 0<0·0020%, Ν<0·0045%, Η<0·0002%。本发明中，该厚板化学成分还包括下元素中的一种或几种Mo :0. 10-0. 30%, Cr 0. 10-0. 30%, Ni 0. 10-0. 50%, Cu :0. 20-0. 35%。该厚板化学成分质量百分比优选为C:0. 06%，Si :0. 20%, Mn: 1.5%，P:0. 009%, S :0. 002%, Als :0. 03%, Nb 0. 027%, Ti :0. 015%, Cr+Mo+Ni+Cu=0. 95，其余为 Fe 和不可避免杂质。本发明中，钢中有害元素的含量上限控制在P<0. 015%，S<0. 005%, 0<0. 0020%, Ν<0·0045%, Η<0· 0002%。一种超高强度船体结构用厚板的生产方法，其特征在于该方法在炉卷轧机上采用板坯连铸，TMCP工艺进行生产，具体工艺步骤如下
1)将钢水浇铸成150-220mm满足化学成分要求的厚板坯；轧前进行装炉加热，加热炉出钢温度为1150-1230°C，加热时间10-13min/CmX板坯厚度cm ；其中，厚板坯的化学成分质量百分比为C :0.05-0. 10%, Si :0. 1-0. 55%, Mn 1. 0-1. 6%，Nb0. 02-0. 05%, Ti 0. 007-0. 02%, Als :0. 020-0. 050%，余量为Fe和不可避免杂质；其中，不可避免杂质中 Ρ<0· 015%, S<0. 005%, 0<0·0020%, Ν<0·0045%, Η<0·0002%。2)粗轧工序中，开轧温度为1100-1150°C，粗轧终轧温度彡1040°C ；中间坯待温厚度为成品厚度2. 0-4. 0倍；
3)采用ACC冷却装置对处于待温状态的中间坯进行冷却，使其表面温度在20-30s之内快速冷却到860-880°C，然后待温使其温度均勻化；
4)精轧开轧温度<880°C，精轧终轧温度< 830°C ；
5)精轧后快速进入ACC控冷，冷速8-15°C/s ；
6)返红温度450-600°C；得到超高强度船体结构用厚板。本发明在3500炉卷轧机条件下，通过低碳、低磷和极低硫及TMCP工艺，成功的生产了 F460级超高强度船板。本发明生产出的厚板产品具备良好的综合性能力学性能RdlMeOa, Rm>5701^，横向伸长率A>18%，_60°C夏比冲击吸收功横、纵向值>46J，Z向拉伸断面收缩率>35%，冷弯性能良好，是一种高品质的船体结构用钢。
图1是本实施中厚板的厚度方向1/4处的金相组织图。
具体实施例方式一种本发明所述的超高强度船体结构用厚板，按重量百分比设计的成分为 C:0. 06%, Si :0. 20%, Mn:1.5%，P:0. 009%, S:0. 002%, Als:0. 03%, Nb:0. 027%, Ti :0. 015%, Cr+Mo+Ni+Cu=0. 95，其余为！^和不可避免杂质。在3500炉卷轧机条件下，采用板坯连铸，TMCP工艺进行生产，生产方法具体工艺措施如下生产工序方面，包括冶炼、加热、粗轧、精轧、ACC工序。按以上成分冶炼并浇铸成220mm厚板坯；将板坯送入加热炉，加热炉出钢温度 1200°C，加热时间23anin ；粗轧开轧温度为1150°C，粗轧终轧温度1046°C；中间坯待温厚度 90mm ；精轧开轧温度860°C，精轧终轧温度830°C ；精轧后快速进入ACC控冷，冷速12°C /s ； 返红温度580°C，产品厚度40mm。本发明通过低碳、低磷和极低硫及TMCP工艺，成功的生产了 F460级超高强度船板。图1是本实施例的厚度方向1/4处的金相组织图，由图可知钢板1/4处金相组织为 B+PF+P组成。产品的Rea = 495MPa，Rm = 625MPa，横向伸长率A=21. 5%，— 60°C夏比冲击吸收功横、纵向值达200J以上，Z向拉伸断面收缩率均在35%以上，冷弯性能良好，是一种高品质的船体结构用钢。
权利要求
1.一种超高强度船体结构用厚板，其特征在于该厚板化学成分质量百分比为 C :0. 05-0. 10%, Si 0. 1-0. 55%, Mn 1. 0-1. 6%, Nb:0. 02-0. 05%, Ti :0. 007-0. 02%, Als 0. 020-0. 050%，余量为！^e和不可避免杂质；其中，不可避免杂质中P<0. 015%，S<0. 005%, 0<0·0020%, Ν<0·0045%,Η<0· 0002%。
2.根据权利要求1所述的超高强度船体结构用厚板，其特征在于该厚板化学成分还包括以下元素中的一种或几种Mo :0. 10-0. 30%, Cr :0. 10-0. 30%, Ni :0. 10-0. 50%, Cu 0. 20-0. 35%。
3.根据权利要求1所述的超高强度船体结构用厚板，其特征在于该厚板化学成分质量百分比为:C:0. 06%, Si:0. 20%, Mn: 1· 5%, Ρ:0· 009%, S:0. 002%, Als:0. 03%, Nb:0. 027%, Ti :0. 015%, Cr+Mo+Ni+Cu=0. 95，其余为Fe和不可避免杂质。
4.一种权利要求1所述的超高强度船体结构用厚板的生产方法，其特征在于该方法在炉卷轧机上采用板坯连铸，TMCP工艺进行生产，具体工艺步骤如下1)将钢水浇铸成150-220mm满足化学成分要求的厚板坯；轧前进行装炉加热，加热炉出钢温度为1150-1230°C，加热时间10-13min/cmX板坯厚度cm;2)粗轧工序中，开轧温度为1100-1150°C，粗轧终轧温度>1040°C;中间坯待温厚度为成品厚度2. 0-4. 0倍；3)采用ACC冷却装置对处于待温状态的中间坯进行冷却，使其表面温度在20-30s之内快速冷却到860-880°C，然后待温使其温度均勻化；4)精轧开轧温度<880°C，精轧终轧温度< 830°C ；5)精轧后快速进入ACC控冷，冷速8-15°C/s ；6)返红温度450-600°C；得到超高强度船体结构用厚板。
5.根据权利要求4所述的超高强度船体结构用厚板的生产方法，其特征在于步骤 1)中，厚板坯的化学成分质量百分比为:C :0. 05-0. 10%, Si :0. 1-0. 55%，Mn :1. 0-1. 6%， Nb :0. 02-0. 05%, Ti :0. 007-0. 02%, Als :0. 020-0. 050%，余量为!^e 和不可避免杂质；其中，不可避免杂质中 Ρ<0· 015%, S<0. 005%, 0<0· 0020%, Ν<0· 0045%, Η<0· 0002%。
全文摘要
本发明公开了一种超高强度船体结构用厚板，该厚板化学成分质量百分比为C :0.05-0.10%，Si0.1-0.55%，Mn :1.0-1.6%，Nb:0.02-0.05%，Ti0.007-0.02%，Als0.020-0.050%，余量为Fe和不可避免杂质；其中，不可避免杂质中P<0.015%，S<0.005%，O<0.0020%，N<0.0045%，H<0.0002%。本发明在3500炉卷轧机条件下，通过低碳、低磷和极低硫及TMCP工艺，生产超高强度船体结构用厚板，综合性能好、冷弯性能良好，是一种高品质的船体结构用钢。
文档编号B21B37/74GK102286701SQ201110121920
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月12日 优先权日2011年5月12日
发明者余伟, 朱爱玲, 武会宾, 许俊贻 申请人:北京科技大学, 南京钢铁股份有限公司