一种低压缩比特厚EH36船板钢及其制备方法与流程

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种低压缩比厚度为100～150mm的EH36船板钢及其生产方法。

背景技术：
船板钢是国民经济发展所依赖的重要钢铁材料，目前，船板钢出现如下发展趋势，钢板规格尺寸向特厚方向发展，强度向高强度、高韧性发展，尺寸精度要求提高，品种向多样化发展。目前，通用的九国船级社规范中仅有挪威船级社（DNV）规范与GB712-2011《船舶及海洋工程用钢》对150mm厚的船板做了规定，其余仅对100mm及以下的船板作了相应的规定。GB712-2011或规范中EH36钢级的成分范围适用钢板厚度范围为0-150mm，成分跨度太大，即使将成分全部调制标准上限，随着厚度的增加，强度也不可避免会下降。另外，强度越高，韧性越难以控制。钢板越厚，强韧性特别是厚度1/2处的冲击韧性值波动的几率就越高。就目前生产技术能力，生产100-150mm的船板采用TMCP轧制是没有办法获得厚度方向上性能均匀的钢板，即使勉强制得，产品的性能也难以稳定保障。目前，少数几个钢厂是利用370-400mm的连铸坯或钢锭通过正火生产100-150mmEH36钢板。而采用钢锭的生产方式又存在成材率低，生产效率低，成本高的缺陷，一般不作为100-150mm这种特厚板EH36钢板的首选生产方式。GB712-2011或船规要求厚度在50mm以上的EH36钢其-40℃纵向冲击韧性值（Akv）≥50J。Akv值对材料内部结构缺陷、显微组织的变化很敏感。如夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹、钢的回火脆性、晶粒粗化等都会使冲击韧性值明显降低。连铸坯与钢板的厚度比例（压缩比）越大，钢板内部结构缺陷、显微组织越易改善，越有利于提高Akv值。反之，对于生产的越厚的钢板，由于压缩比较低，其Akv值越不稳定。另外，因特厚EH36使用环境的特殊性，更多的用户在船检时对特厚EH36钢的检测要求更加严苛，尤其要求生产厂家保证钢板1/2处冲击、拉伸性能。这对于正火生产的特厚EH36钢更加形成了严峻挑战。发明专利申请CN103725959A公开了“一种130mm低合金低温韧性厚板及其生产方法”，选用400mm连铸坯，保证钢板压缩比＞3的前提下，经过TMCP两阶段控轧，随后进行正火+加速冷却（NAC）到650～720℃区间。最终钢板性能满足船级社规范中EH36力学性能。发明专利申请CN103205640A公开了“一种E40高强度船板钢及制备方法”，通过控轧控冷工艺，轧后进行NAC热处理，获得了E40钢板。以上两项方法虽然经济，但是产品难以控制，不能大范围推广应用。因为，国内大部分厂家在正火炉后往往是配套淬火机，淬火机很难如ACC装置进行终冷或返红温度的精确控制。其次，仅通NAC处理，对于特厚（≥100mm）海洋工程用钢，钢板在厚度方向上的性能仍然不均匀，钢板1/2处的铁素体晶粒粗大、强度低，而钢板表面多为贝氏体、马氏体组织，强度高。这对钢板焊接材料的匹配、焊接、钢板成型、耐蚀性能都会带来一系列难度和影响。进一步地，NAC还存在随着天气变化、钢板厚度的宽度的变化，终冷温度范围宽，对特厚板最终的稳定性也存在不利影响。综上，现有技术还不能完全达到采用连铸坯生产低压缩比100～150mm特厚EH36船板钢时的组织在厚度方向上的均匀性，以满足高强度、高冲击韧性的要求。

技术实现要素：
本发明的目的在于，在按照现有船级社规范以及GB712规定的EH36钢标准成分的情况下，即不改变现有特厚板化学成分、冶炼、轧制的前提下，设计正火后加速冷却（NAC）方法+回火热处理的方式，获得了具有细小均匀的回火贝氏体组织的EH36钢。这种组织不同于以往EH36钢的铁素体珠光体组织形式，使EH36钢的强度不仅得到显著提高，同时可以满足高韧性，有效的阻抑裂纹扩展，大幅度提高1/2处冲击韧性Akv值。本发明的EH36钢成分体系仍按船级社规范以及GB712规定的标准成分体系，碳当量不增加，无需用户对后续焊接、整船设计作调整，包括焊材的匹配，焊接工艺的，整船的设计调整。同时，通过保证后续回火温度区间一定，可满足多批次、多规格、不论季节的批量生产，省去了组批以及要通过试水板来确定NAC过程的冷却速度，稳定了钢板质量，提高了钢板的一检合格率，节省了船级社检验费用、检验周期，缩短了产品交货周期。本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种低压缩比特厚EH36船板钢，该钢板成品组织为回火贝氏体组织。晶粒细小，组织均匀。在特厚板钢板沿厚度方向上，晶粒随着厚度稍有增大，但是增加不明显。没有异常组织如魏氏组织、上贝氏体组织出现。钢板屈服强度横向拉伸性能为355～400MPa，抗拉强度为550～560MPa，钢板-40℃纵向冲击韧性值≥96J。上述低压缩比特厚EH36船板钢的制备方法，钢板的化学成分采用船级社规范以及GB712规定的标准成分体系，采用连铸坯控轧或TMCP控轧控冷工艺，钢板轧制下线后，经正火后快速冷却处理（NAC），得到贝氏体组织，然后经回火得到回火贝氏体组织的钢板，NAC温度880～920℃，加热保温时间为2.0～2.3min/mm；水冷终冷温度为200-500℃，回火温度620～660℃，回火保温时间2.5～4.0min/mm。优选地，所述连铸坯与钢板成品厚度的轧制压缩比为2.4～3.7，钢板轧后可不进行层流冷却或加速冷却。本发明通过在生产特厚EH36钢生产线的后段添加热处理装置，通过对正火后快速水冷（NAC）处理后获得的钢板再进行回火热处理，均匀化钢板的组织结构，尤其改善钢板厚度1/2处组织，在整板厚度方向上获得了细小均一的回火贝氏体，消除了钢板厚度方向上的组织梯度，使特厚船板钢冲击韧性得到大幅度提高的同时，不牺牲钢板的强度。本发明的EH36钢无需特别改变化学成分、钢水冶炼以及轧制工艺。NAC中水冷工艺终冷温度区间大，便于现场操作。采用轧后热处理的工艺原理是：通过正火后加速冷却（NAC）工艺，温度介于880～920℃，加热保温时间为2.0～2.3min/mm尽可能充分溶解特厚板中的碳化物，V化物等，有利于改善特厚板中心偏析，促进粗大奥氏体晶粒形成，使C曲线右移，提高材料的淬透性。NAC中采用水冷的冷却方式代替以往正火工艺中的空气冷却，可以在钢板中获得部分贝氏体，显著提高钢的韧性，降低脆性变温度，减少后面高温回火脆性。随后再作回火处理，去除钢板应力，钢板基体中的贝氏体转化成回火贝氏体。且通过回火来满足EH36钢板的高强度要求。本发明所对应的特厚EH36船板钢与现有低压缩比条件生产的钢材相比具有如下优点：本发明方法，钢板成分设计仍可按照九国船级社0～150mm的成分体系，无需额外增加Ni、Cu等贵重合金，节省合金成本。进一步地，用户在后续焊接时仍可使用普通EH36的焊接材料、焊接工艺来进行焊接。本发明方法，板坯与钢板成品厚度的压缩比介于2.4～3.7，钢板轧后可不进行层流冷却或加速冷却，有益于确保短而厚坯料在轧制过程中的板形。本发明方法，对NAC正火处理后的水冷工艺窗口较大，水冷终冷温度为200～500℃，适用于一般NAC设备，易于生产控制。本发明获得的特厚EH36船板钢具有更高的冲击韧性，尤其是1/2厚度处的Akv值较高，钢材整体强度高，显微组织细小均匀。组织主要为回火贝氏体，方法简单完全满足企业批量稳定化生产。附图说明图1为本发明实施例2的钢板在1/4处的金相组织；图2为本发明实施例2的钢板在1/2处的金相组织；图3为本发明实施例1中板坯轧制道次压下率分配图。具体实施方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1、2选取用于常规生产EH36的两个炉号共四块板坯，成分满足船级社规范与GB712EH36钢级要求。连铸坯厚度为370mm，化学成分见表1。轧制成100-150mm厚的成品钢板，轧制工艺温度控制按照常规生产正火态60-100mmEH36钢板工艺，粗轧温度介于1050～1150℃，精轧开轧温度≤880℃，道次按照轧制负荷进行控制，实施例1的轧制道次压下率分配图如图3所示。轧后冷却，冷却返红温度600-660℃，备注：本实施例中，钢板轧后可不进行层流冷却或加速冷却。在热处理生产线上进行正火后快速水冷（NAC）+回火热处理，NAC正火温度介于880～920℃，加热保温时间为2.0～2.3min/mm，水冷终冷温度控制200～500℃；随后进行回火处理，回火温度620～660℃，回火保温时间2.5～4.0min/mm。表1实施例船板钢的化学成分（wt%）实施例CSiMnPSNiCrTiVNb实施例10.130.251.550.0070.00200.350.150.0170.0250.035实施例20.140.301.450.0070.00150.300.100.0150.0300.044实施例1、实施例2为120mm的特厚EH36板，实施例3、实施例4为150mm的特厚EH36板。对于特厚板使用来讲，钢板厚度方向上的性能均匀性，是用户对特厚钢板最为关心的，在签订协议时，特别增加了对钢板1/2处性能的检测，包括对特厚板1/2处性能进行拉伸、冲击以及金相检测。从钢板拉伸性能来看，钢板屈服强度横向拉伸性能介于355～400MPa之间，抗拉强度介于550～560MPa之间，延伸率适中。钢板1/2厚度处拉伸性能略低于1/4厚度处，但差别不大。钢板的低温冲击韧性如表2所示，钢板1/4厚度处的-40℃纵向冲击韧性值≥100J。钢板1/2厚度处的-40℃纵向冲击韧性值≥96J，性能稳定。表2各实施例对应钢板的力学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。