一种低压缩比690MPa级特厚钢板及其生产方法与流程

本发明属于结构用钢制造技术领域，涉及一种利用低压缩比(≤3：1)技术获得厚度80～115mm、屈服强度690MPa级超高强度调质钢板。

背景技术：

690MPa级超高强特厚钢板广泛用于工程机械、海洋平台、锅炉容器、舰船等重要国民经济和装备建设的各个领域。近年来，工程装备的大型化及构件安全化的发展趋势，使得超高强度特厚钢板的需求日益增大。同时，对超高强特厚钢板的综合性能也提出了更高的要求，如良好的强度、低温韧性、可焊性、抗层状撕裂性等等。而超高强特厚钢板的生产技术也成为衡量一个国家或钢铁生产企业工艺技术及装备水平的重要标志。

在现有690MPa级超高强钢板的生产技术，大多局限于板厚60mm以下规格，或质量等级为D级(-20℃)，无法满足特厚、耐低温使用要求。如公开号为CN101538681A的发明专利，提出一种屈服强度为700MPa中的高强钢板制造方法，其钢板脆转温度为-60℃，最大厚度仅为9mm。公开号为CN101418418A的发明专利，最大厚度为60mm，但只保证-20℃冲击功。公开号为CN101984119A的发明专利，其厚度范围仅为20～5CN201110151612.70mm。公开号为CN201110341100.7、CN200710094178.7、CN201110151612.7和CN201210531442.X等四项专利中，其发明钢采用连铸板坯生产，钢板最大厚度均≤100mm，且压缩比≥3:1。在专利CN20121001176.2中，公开了一种低屈强比易焊接高强钢板及其制备工艺，该发明钢的屈服强度仅为460～560MPa级别。

文献《压缩比小于3厚板的研制与开发》，介绍了一种采用150mm连铸板坯，生产厚度70mm，经正火处理后屈服强度为315～360MPa的低合金钢板。强度690MPa级特厚调质钢板主要集中于实验室研究或薄规格钢板，如文献《690MPa级特厚调质钢板工艺与性能试验研究》、《690MPa级海洋平台用钢的组织和性能》及《屈服强度690MPa级低碳贝氏体型钢板的工艺研究》制备钢板厚度均≤50mm。

从检索结果看，目前对于100mm以上规格、质量等级为E(-40℃)/F(-60℃)级的690MPa级超高强特厚钢板介绍的生产方式主要有采用大单重的钢锭轧制、电渣重溶钢锭轧制或300mm以上的大断面连铸板坯轧制等。但300mm以上超大断面连铸板坯在国内为数甚少，而采用大钢锭或电渣重溶技术生产特厚超高强钢板的成本过高，严重制约了特厚超高强钢板的推广应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用连铸板坯在压缩比不足3:1的条件下，制备690MPa级大厚度超高强钢板的工艺技术。通过采用多阶段控制轧制、中间坯冷却、并合理分配各阶段轧制道次及道次压下率，结合轧后控制冷却及正火、调质等热处理，实现特厚钢板全厚度截面上的温度均匀化及相变后显微组织的均匀化。发明钢具有优良的综合力学性能，心部同样具有优良的强度和低温韧性，可以满足重要结构件的使用技术要求。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种低压缩比690MPa级特厚钢板，其特征在于，按重量百分比包含如下组分：C：0.05％～0.14％，Si：0.12％～0.45％，Mn：0.70％～1.40％，P：≤0.010％，S≤0.005％，Als：0.025％～0.065％，N≤0.005％，Cu：0.10％～0.50％，Ni：0.50％～1.00％，Cr：0.10％～0.40％，Mo：0.10％～0.45％；作为化学成分还有V：0.03％～0.08％，Nb：0.005％～0.04％，Ti：0.005％～0.03％，B：0.0008～0.0025％，Ca：0.002％～0.006％中的1种或2种以上，且贵重强化元素Cr+Mo+Ni+Cu≤1.8％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明所采用的组分作用如下：

C：是有效提高钢板强度的廉价元素，但随着碳含量的提高，则显著降低钢板的塑性、低温韧性、抗应变时效性和焊接性。

Si：在炼钢过程中可以作为脱氧剂和还原剂，适当提高Si含量以弥补因C含量降低引起的钢板强度下降，但当含量超过0.5％时将促进MA岛的形成，降低钢的焊接性和低温韧性。

Mn：适量的锰可以改善钢的强度和韧性，但过高则在铸坯中产生偏析，进而造成轧制后难以消除的组织带状，降低钢板横向性能和抗层状撕裂性。

Al：作为钢中常用的脱氧剂，适量的铝可以细化晶粒、提高冲击韧性，当铝与N结合时，防止N在钢中固溶而产生应变时效；铝过高则使夹杂物含量增多，降低焊接性。

Cu：为奥氏体稳定化元素，适量的铜可以提高钢板的强度和耐蚀性，改善低温韧性，加入过多则易造成热脆而破坏钢板表面质量。

Ni：是有效改善低温韧性的元素，在含铜钢中加入适量的镍，可以抑制热轧过程中产生的热脆。

Cr：在一定含量下可以同时提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性。对于调质处理钢来说，可以显著提高钢的淬透性，但含量过高会降低钢的韧性，增加碳当量，损害焊接性。

Mo：在钢种处于固溶态或存在于碳化物中，有固溶强化和析出强化的作用，提高钢的淬透性，过多的钼会损害焊接热影响区的韧性，降低钢的可焊性。

V：与自由N结合，有效降低钢中自由N含量，提高钢的抗应变时效性。同时，V在较高温度下的部分析出，提高了钢的奥氏体未再结晶区温度，细化晶粒，而固溶和析出的V不仅可以提高钢的强度，对塑性的提高也有益。

Ti：微量钛与钢中C、N结合，形成细小稳定的C、N化物颗粒，在板坯加热过程中可以有效阻止奥氏体晶粒粗化，焊接时可以抑制焊接热影响晶粒粗化，改善基体组织和焊缝热影响区的低温韧性。

Nb：产生细晶强化的关键元素之一，细化作用表现在两方面，其一对奥氏体再结晶具有显著地延迟作用，提高再结晶温度，防止再结晶奥氏体长大；其二是随着轧制温度的降低，Nb的C、N化物在奥氏体向铁素体转变前弥散析出，成为铁素体形核质点，使铁素体在小过冷度下形成，不易长大，细化铁素体晶粒尺寸。作为非再结晶温度区间扩大的Nb元素，可通过晶粒细化增加高角晶界，进而改善断裂韧性。

B：当B以原子态存在于钢中时，可以提高钢的淬透性。

Ca：通过钙处理实现对Al₂O₃夹杂物变性，CaO与Al₂O₃夹杂物结合形成铝酸钙上浮进入渣中，同时Ca与S结合形成的球状夹杂物，可以提高钢板横向性能。

一种低压缩比690MPa级特厚钢板的生产方法，铸坯冶炼→加热→多阶段轧制→控冷→离线淬火+回火，其特征在于：具体包括以下步骤：

1)冶炼工序：

包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、板坯连铸等工序，其中铁水预处理后S含量应小于0.005％，Ti/N比不小于4，保证调质钢中Bs的收得率，发挥B在钢中提高淬透性的作用。转炉冶炼控制渣碱度，挡渣出钢，钢渣厚度≤100mm，精炼喂硅钙线不少于500m，中包钢水过热度25～30℃，全程保护浇铸。铸坯下线堆冷≥48h后方可进行轧制。

2)轧制：

本发明所采用的连铸板坯厚度为230～300mm，板坯加热温度1150～1250℃，均热时间30～200min，板坯出炉后采用高压水除鳞。实施控制轧制，开轧温度1150～1100℃，粗轧阶段实行少道次、大的单道次压下率，以实现连铸板坯柱状晶的破碎及变形程度的渗透，达到组织细化的目的，其中，粗轧阶段的轧制道次为2～4道次，并保证至少一道次的单道次压下率大于18％，且粗轧阶段的累积压下率大于50％。按照成品钢板厚度，在粗轧阶段将钢板轧制到(1.1～1.3)t(t-成品钢板厚度)，即为中间坯厚度。将中间坯迅速移至层流冷却装置内，以10～50℃/s的速率进行快速冷却，表面温度下降到Ar3以下30～50℃，之后进行1～3min的返温，当钢板表面温度达到760～860℃时，进行二阶段精轧，经1～5道次轧制获得成品钢板；经2.55～2.875的压缩比，轧制成80mm～115mm等不同厚度规格的成品钢板。

轧制后钢板表层显微组织为针状铁素体+粒状贝氏体(少量)，心部组织为准多边形铁素体+贝氏体。

3)正火处理：

对于100mm以上钢板，为保证钢板表层和心部组织的均匀化与细化，进行一次正火处理，正火温度860～900℃，保温时间1.2～1.5min/mm。对于100mm及以下规格，则采用直接进行离线淬火+回火处理(下步骤)。

4)调质处理：

本发明钢的淬火加热温度860～920℃，保温时间1.2～2.0min/mm，回火温度580～660℃，保温时间2.0～5.0min/mm。

本发明有益效果：通过降低粗轧道次，同时提高道次压下率，使连铸板坯组织细化、变形渗透，有利于获得厚度截面上组织的均匀化。采用中间坯快冷及返温，可将钢板心部热量迅速导出，降低钢板厚度截面上温度差异，防止钢板相变 后组织结构的差异化，其目的是抑制高温相变组织的形成，使钢板心部获得中温转变的组织类型和优良的强韧性。采用中间坯快冷可以缩短中间坯冷却时间，提高轧制节奏。该产品应用于低温环境条件下的船舶、海洋平台及工程机械等大厚度焊接构件。

附图说明

图1实施例1板厚1/4处显微组织；

图2实施例1心部显微组织。

具体实施方式

下面通过一些实施例对本发明进一步说明。

本发明钢各实施例的化学组成如表1所示。成品钢板厚度80mm～115mm，制备工艺参数如表2所示。发明钢综合力学性能如表3所示，发明钢实施例1成品钢板的显微组织如图1、2所示。

表1发明钢化学成分(wt％)

表2发明钢制备工艺参数

表3发明钢力学性能