一种集装箱船用特厚钢板及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种集装箱船用特厚钢板，按重量百分比包括以下组分：C：0.04～0.12%，Si：0.25～0.50%，Mn：1.00～1.65%，P：≤0.010%，S：≤0.0020%，Ni:0.20～1.0，Nb：0.020～0.040%，V：0.020～0.060%，Ti：0.015～0.025%，Alt：0.020～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质。其生产流程为：铁水预处理—BOF炼钢—LF精炼—RH真空处理—连铸—TMCP，所获得的集装箱船用特厚钢板组织为针状铁素体+粒状贝氏体+少量珠光体，组织均匀细小。本发明生产工艺简单、成本低，具有良好的抗层状撕裂性能、抗脆性裂纹止裂性能以及高强高韧性能。
【专利说明】一种集装箱船用特厚钢板及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金【技术领域】，涉及一种高性能船用结构钢及其制备方法，尤其是一 种集装箱船用特厚钢板及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着船舶的大型化，造船用钢板也向厚板化的方向发展。特别是集装箱 船，由于其船体结构的要求，在舱口围板、上甲板等部位已经使用厚度达到60?80mm的厚 板作为高强度部件。舱口部件的组合已经采用大线能量焊接技术，但是，伴随着钢板的厚板 化，要求钢板进一步适应更大的线能量焊接。
[0003] 另一方面，从保证船舶安全性，防止脆性断裂的角度，要求船舶用钢具有某种级别 以上的断裂韧性值。在预计会产生裂纹的部位和有可能发生大规模断裂的重要部位，都采 用E级钢这类韧性优良的钢材，并且在造船时，严格管理加工和焊接作业。因此，可以说产 生脆性裂纹的可能性是非常小的。但是一旦发生脆性裂纹，也要有能力使裂纹的传播停止。
[0004] 专利号为CN101341269A所公开的"止裂性优良的高强度厚钢板"，以贝氏体为母 相的铁素体或/和珠光体组织，其中所述的高强度厚钢板需通过回火热处理来实现。贝氏 体组织的低温韧性较差，脆性裂纹发生特性显著劣化。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种集装箱船用特厚钢板及其制备方法，该钢板以针状铁素 体为母相组织，由于针状铁素体的交错互锁结构特征，能有效阻碍裂纹传播，具有高强、高 韧及良好的止裂性能。满足了大型集装箱船用钢向大厚度、高强度、低温韧性、抗层状撕裂 性能以及抗脆性裂纹止裂性能、全焊节点、高安全性的方向发展。
[0006] 本发明的目的通过以下技术方案实现：
[0007] -种集装箱船用特厚钢板，按重量百分比包括以下组分：C :0.04?0. 12%，Si : 0· 25 ?0· 50%，Mn :1. 00 ?1. 65%，P :彡 0· 010%，S :彡 0· 0020%，Ni:0. 20 ?1. 0, Nb : 0· 020 ?0· 040%，V :0· 020 ?0· 060%，Ti :0· 015 ?0· 025%，Alt :0· 020 ?0· 050%，其余 为Fe及不可避免的杂质。
[0008] 本发明中，所述杂质元素的重量百分比为0彡0.0015 %，N彡0.0050 %， H 彡 0· 0003%，As 彡 0· 010%，Pb 彡 0· 010%，Sn 彡 0· 010%，Sb 彡 0· 010%。
[0009] 本发明中，钢板厚度为50mm?IOOmm之间。钢板屈服强度为460MPa级别。
[0010] 由于钢的化学成分是影响集装箱船用特厚钢性能的关键因素之一，本发明为了使 所述钢获得优异的综合性能，对所述钢的化学成分进行了限制，原因在于：
[0011] C :碳是影响高强度钢力学性能的主要元素之一，通过间隙固溶提高钢的强度， 当碳含量小于0.04时强度低；含量过高时，韧性和可焊性将变差，本发明碳含量控制在 0· 04 ?0· 12%。
[0012] Si :硅是炼钢必要的脱氧元素，具有一定的固溶强化作用；硅含量过高，不利于钢 板表面质量及低温韧性，本发明硅含量控制在0. 25?0. 50%。
[0013] Mn:锰具有细化组织、提高强度及低温韧性的作用，而且成本低廉。锰含量过高时， 易造成连铸坯偏析。本发明锰含量控制在1. 00?1. 65%。
[0014] Ni :镍能提高钢的强度、韧性及耐腐蚀性能，抑制碳从奥氏体中脱溶，降低晶界碳 化物析出倾向，显著减少晶间碳化物数量。但随着镍含量增多，生产成本会显著增加，本发 明镍含量控制在〇. 20?1. 00%。
[0015] Nb:微量铌对奥氏体晶界具有钉扎作用，抑制形变奥氏体的再结晶，并在冷却或回 火时形成析出物，提高强度和韧性。铌添加量小于〇. 020%时效果不明显，大于0. 040%时 韧性降低，并引起连铸坯表面裂纹产生，此外对焊接性能也有恶化作用。本发明铌含量控制 在 0· 020 ?0· 040%。
[0016] V :钒是钢的优良脱氧剂。钢中加入钒可细化组织晶粒，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。因此，钒含量应控制 在0.02?0.06%的范围内。
[0017] Ti:钛能产生强烈的沉淀强化作用，使钢的强度提高，还能阻止奥氏体再结晶。它 能产生晶粒细化作用，提高钢材屈服强度。Ti对焊接热影响区处的硬度也有好的影响作用。 作为一种重要的微合金元素，钛可形成细小的钛的碳、氮化物颗粒，在板坯再加热过程中可 通过阻止奥氏体晶粒的粗化从而得到较为细小的奥氏体显微组织。另外，钛的氮化物颗粒 的存在可抑制焊接热影响区的晶粒粗化。
[0018] Al :铝是一种重要的脱氧元素，钢水中加入微量的铝，可以有效减少钢中的夹杂物 含量，并细化晶粒。但过多的铝，会促进连铸坯产生表面裂纹降低板坯质量，全铝含量应控 制在 0· 020 ?0· 050%。
[0019] 一种集装箱船用特厚钢板的制备方法，包括以下工序：
[0020] 铁水脱硫预处理一转炉冶炼一LF精炼一RH真空处理一连铸一铸坯检验、判定一 铸坯验收一钢坯加热一除鳞一轧制一冷却一切割、取样一探伤一喷印标识一入库。
[0021] 其中，铁水脱硫预处理一转炉冶炼一LF精炼一RH真空处理一连铸为冶炼连铸工 序，采用转炉冶炼，通过顶底复吹，充分脱碳、脱磷；采用LF精炼以及RH精炼，降低有害元素 0、N、H、S、P含量，并进行合金化，然后上板坯连铸，铸坯的化学成分按重量百分比计符合， C :0· 04 ?0· 12%，Si :0· 25 ?0· 50%，Mn :1. 00 ?I. 65%，P :彡 0· 010%，S :彡 0· 0020%， Ni:0. 20 ?1. 0, Nb :0. 020 ?0. 040%，V :0. 020 ?0. 060%，Ti :0. 015 ?0. 025%，Alt : 0. 020?0. 050%，其余为Fe及不可避免的杂质。
[0022] 轧制工序中，采用控轧控冷技术，连铸坯加热温度为1200°C?1240°C，奥氏体再 结晶区和未再结晶区轧制，粗轧道次大压下量（压下率大于15%)破碎奥氏体晶粒，粗轧终 轧温度控制在1050?IKKTC，精轧开轧温度为< 860°C;乳后控制冷却，返红温度为450? 650°C，随后空冷。
[0023] 本发明通过优化成分设计，转炉冶炼，LF及RH精炼，钢水浇注，对控轧控冷工艺进 行合理设定及优化。本发明钢板性能良好，抗拉强度为570-720MPa，屈服强度为> 460MPa， 延伸率为彡17%，-40°C低温纵向冲击彡75J，-KTC的断裂韧性CTOD值彡0· 15mm，Kca(脆 性裂纹传播止裂韧性）指标为> 6000N/mm15,具有高强度、高韧性、优良的抗撕裂性能和抗 止裂性能，装备生产工艺稳定，可操作性强。
[0024] 本发明的有益效果是：
[0025] 1、本发明通过合理的成分设计，低磷硫冶炼工艺，配合其他微量合金元素，增强了 大厚度钢板的止裂性能和强韧性能。采用控轧控冷技术，保证钢板组织及性能均匀，获得止 裂性能优异的大厚度集装箱船用钢。
[0026] 2、本发明采用转炉冶炼、连铸等生产集装箱船用钢，适应众多钢企实施。本发明采 用TMCP工艺生产大厚度集装箱船用钢，降低了生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1为70mm大厚度集装箱船用钢TMCP态试样组织形貌图。
【具体实施方式】
[0028] 实施例1
[0029] 本实施例的70mm大厚度集装箱船用钢的各组分比例如下：
[0030] C:0. 080% , Si ：0. 35%, Mn ：1. 55%, P ：0. 0080%, S ：0. 0011%, Ni ：0. 45%, Nb ： 0· 025%，V :0· 045%，Ti :0· 020%，Alt :0· 035%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
[0031] 其中，杂质的含量控制在0彡0· 0015 %，N彡0· 0050 %，H彡0· 0003 %， As 彡 0· 010%，Pb 彡 0· 010%，Sn 彡 0· 010%，Sb 彡 0· 010%。
[0032] 制备时，采用低磷硫冶炼工艺，配合其他微量合金元素，有效地增强钢的抗层状撕 裂性能、脆性裂纹止裂性能。利用控轧控冷技术，保证钢板组织及性能均匀，获得撕裂性能 和止裂性能优异的大厚度集装箱船用钢。主要的工艺路线为：铁水脱硫预处理一转炉冶炼 -LF精炼一RH真空处理一连铸一铸坯检验、判定一铸坯验收一钢坯加热一除鳞一轧制一 冷却一切割、取样一探伤一喷印标识一入库。
[0033] 采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两阶段控制轧制技术，粗轧单道次压下 率大于15%破碎奥氏体晶粒，粗轧终轧温度控制在1063°C ;精轧控制开轧温度为< 860°C ; 轧后控制冷却，返红温度为503°C，随后空冷。轧制冷却工艺参数详见表2。
[0034] 按照本发明轧态钢板拉伸性能如表3所示，低温韧性如表4所示，抗止裂性能、断 裂韧性、Z向性能如表5所示。本发明实施例的钢板性能结果良好，抗拉强度在680MPa， 屈服强度为496MPa，延伸率为21%，-40°C低温纵向冲击功彡221J，Z向断面收缩率为 69 %，-KTC的断裂韧性CTOD值为I. 20mm，止裂性能Kca指标6289^1111^5,具有高强度高韧 性、并具有良好的抗层状撕裂性能和抗脆性裂纹止裂性能，生产工艺稳定，可操作性强。
[0035] 实施例2
[0036] 本实施例的大厚度集装箱船用钢的各组分比例如下：
[0037] C:0. 056% , Si ：0. 45%, Mn ：1. 64%, P ：0. 0078%, S ：0. 0013%, Ni ：0. 55%, Nb ： 0. 045%，V :0. 038%，Ti :0. 019%，Alt :0. 033%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
[0038] 其中，杂质的含量控制在0彡0· 0015 %，N彡0· 0050 %，H彡0· 0003 %， As 彡 0· 010%，Pb 彡 0· 010%，Sn 彡 0· 010%，Sb 彡 0· 010%。
[0039] 制备时，采用低磷硫冶炼工艺，配合其他微量合金元素，有效地增强钢的抗层状撕 裂性能、脆性裂纹止裂性能。利用控轧控冷技术，保证钢板组织及性能均匀，获得撕裂性能 和止裂性能优异的大厚度集装箱船用钢。主要的工艺路线为：铁水脱硫预处理一转炉冶炼 -LF精炼一RH精炼一连铸一铸坯检验、判定一铸坯验收一钢坯加热一除鳞一轧制一冷却 -切割、取样一探伤一喷印标识一入库。
[0040] 采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两阶段控制轧制技术，粗轧单道次压下 率大于15%破碎奥氏体晶粒，粗轧终轧温度控制在1072°C ;精轧控制开轧温度为< 860°C ; 轧后控制冷却，返红温度为463°C，随后空冷。轧制冷却工艺参数详见表2。
[0041] 按照本发明轧态钢板拉伸性能如表3所示，低温韧性如表4所示，抗止裂性能、断 裂韧性、Z向性能如表5所示。本发明实施例的钢板性能结果良好，抗拉强度在676MPa，屈服 强度为486MPa，延伸率为22%，-40°C低温纵向冲击功237J，Z向断面收缩率为66%，-10°C 的断裂韧性CTOD值为I. 15mm，止裂性能Kca指标e^lN/mm1·5,具有高强度高韧性、并具有良 好的抗层状撕裂性能和抗脆性裂纹止裂性能，生产工艺稳定，可操作性强。图1为70_大 厚度集装箱船用钢TMCP态试样组织形貌图。图中组织为针状铁素体+粒状贝氏体+少量 珠光体。
[0042] 实施例3
[0043] 本实施例的大厚度集装箱船用钢的各组分比例如下：
[0044] C:0. 096% , Si ：0. 34%, Mn ：1. 48%, P ：0. 0068%, S ：0. 0012%, Ni ：0. 48%, Nb ： 0· 034%，V :0· 040%，Ti :0· 022%，Alt :0· 035%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
[0045] 其中，杂质的含量控制在0彡0· 0015 %，N彡0· 0050 %，H彡0· 0003 %， As 彡 0· 010%，Pb 彡 0· 010%，Sn 彡 0· 010%，Sb 彡 0· 010%。
[0046] 制备时，采用低磷硫冶炼工艺，配合其他微量合金元素，有效地增强钢的抗层状撕 裂性能、脆性裂纹止裂性能。利用控轧控冷技术，保证钢板组织及性能均匀，获得撕裂性能 和止裂性能优异的大厚度集装箱船用钢。主要的工艺路线为：铁水脱硫预处理一转炉冶炼 -LF精炼一RH精炼一连铸一铸坯检验、判定一铸坯验收一钢坯加热一除鳞一轧制一冷却 -切割、取样一探伤一喷印标识一入库。
[0047] 采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两阶段控制轧制技术，粗轧单道次压下 率大于15%破碎奥氏体晶粒，粗轧终轧温度控制在1085°C ;精轧控制开轧温度为< 860°C ; 轧后控制冷却，返红温度为609°C，随后空冷。轧制冷却工艺参数详见表2。
[0048] 按照本发明轧态钢板拉伸性能如表3所示，低温韧性如表4所示，抗止裂性能、断 裂韧性、Z向性能如表5所示。本发明实施例的钢板性能结果良好，抗拉强度在688MPa，屈 服强度为501MPa，延伸率为22%，-40°C低温纵向冲击240J，Z向断面收缩率为66%，-10°C 的断裂韧性CTOD值为I. 10mm，止裂性能Kca指标6325^1111^5,具有高强度、高韧性、并具有 良好的抗层状撕裂性能和抗脆性裂纹止裂性能，生产工艺稳定，可操作性强。
[0049] 表1本发明实施例的主要化学成分（wt % )
【权利要求】
1. 一种集装箱船用特厚钢板，其特征在于：该钢板按重量百分比包括以下组分：c : 0· 04 ?0· 12%，Si :0· 25 ?0· 50%，Μη :1· 00 ?1. 65%，P :彡 0· 010%，S :彡 0· 0020%， Ni:0. 20 ?1. 0, Nb :0. 020 ?0. 040%，V :0. 020 ?0. 060%，Ti :0. 015 ?0. 025%，Alt : 0. 020?0. 050%，其余为Fe及不可避免的杂质。
2. 根据权利要求1所述的集装箱船用特厚钢板，其特征在于：所述杂质元素的重量 百分比为 0 彡 〇· 0015%，N 彡 0· 0050%，Η 彡 0· 0003%，As 彡 0· 010%，Pb 彡 0· 010%， Sn 彡 0· 010%，Sb 彡 0· 010%。
3. 根据权利要求1所述的集装箱船用特厚钢板，其特征在于：钢板厚度为50mm? 100mm之间。
4. 根据权利要求1所述的集装箱船用特厚钢板，其特征在于：钢板屈服强度为460MPa 级别。
5. -种权利要求1所述集装箱船用特厚钢板的制备方法，包括以下工序： 1) 铁水脱硫预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸，得到连铸坯；其中，铁水脱 硫处理后硫含量控制在S < 0. 002%，转炉控制P含量< 0. 010%，LF进行脱硫脱氧及合金 成分调整，RH抽真空处理控制气体Η含量< 0. 0003%，连铸控制中包温度在液相线+10? 20 °C ； 2) 连铸坯加热、除鳞、乳制、冷却、探伤，合格产品入库；其中，乳制采用控轧控冷技术， 连铸坯加热温度为1200°C?1240°C，奥氏体再结晶区和未再结晶区轧制，粗轧道次大压下 量破碎奥氏体晶粒，粗轧终轧温度控制在1050?1KKTC，精轧开轧温度为< 860°C;乳后控 制冷却，返红温度为450?650°C，随后空冷。
【文档编号】C22C33/04GK104264047SQ201410469546
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】邱永清, 于生, 尹雨群, 赵晋斌, 邓伟 申请人:南京钢铁股份有限公司