屈服强度345MPa级高韧性厚规格钢板及其生产方法与流程

本发明涉及金属加工领域，特别涉及一种屈服强度345mpa级高韧性厚规格钢板及其生产方法。

背景技术：

屈服强度345mpa级的低合金结构钢，广泛的应用于建筑、工程机械、风力发电等领域。

随着相关行业的不断发展、设备大型化，使用的钢板厚度要求越来越厚，同时使用的环境条件越来越苛刻，很多设备都在野外使用，野外温度有时很低，尤其是北方的冬天。低合金结构钢的韧性随温度的降低而下降，当温度下降到一定的时候，钢板就由韧性表现为脆性，该温度称为韧脆转变温度，由于钢板一旦变脆，在使用过程中极容易发生开裂，造成设备、生产或人身伤害事故。因此为了设备能够安全的使用和运转，要求钢板的韧脆转变温度低于当时的环境使用温度。钢板的韧脆转变温度与钢板的组织密切相关，钢板的碳含量越低，晶粒组织越细小，钢板的韧性就越好，韧脆转变温度就越低。在相同生产工艺条件下，碳含量越低，钢板的强度就越低，因此碳含量低，钢板的强度不容易满足要求。当板坯厚度一定的情况下，随着钢板厚度增加，轧制时钢板的压缩比减小，轧制变形对组织的细化和均匀性贡献减小；同时厚钢板轧后的冷却速度也较小，导致由奥氏体向铁素体的相变温度点较高，得到的铁素体晶粒较粗大，钢板的韧性差。由于上述原因，屈服强度345mpa级的低合金结构钢厚规格钢板兼顾强度和韧性的综合机械性能不好保证。

公开号cn102312156a“一种60mm以下保性能低合金q345e+b钢板及其生产方法”，介绍了用控轧+空冷工艺生产q345e+b的生产方法，该方法生产的钢板性能优良，强度合适。但该方法只能生产60mm厚以下钢板，且含有一定的贵金属ni，合金成本较高。

公开号cn102764959a“一种150～300mm厚低合金高强度钢板制造工艺方法”，该方法生产的厚钢板达150mm以上，性能较好。但该方法需要将钢板轧后进行热处理，工艺复杂，制造成本较高。

公开号cn105803329a“大厚度核电用q345d钢板及其生产方法”，该方法提供了一种最大厚度达380mm的核电用钢的生产方法，机械性能满足使用要求。但该方法要加入较多的合金，且需要进行正火+回火处理，生产成本高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种屈服强度345mpa级高韧性厚规格钢板及其生产方法。

本发明提供一种屈服强度345mpa级高韧性厚规格钢板，其按重量百分比计包括：c：0.05～0.07％；si：0.25～0.35％；mn：1.4～1.5％；p：≤0.015％；s：≤0.005％；als：0.015～0.03％；nb:0.03～0.04％；ca:0.001～0.0015％；其余为铁和不可避免杂质；所述钢板厚度为40mm～80mm。

相应的，本发明还提供一种屈服强度345mpa级高韧性厚规格钢板的生产方法，其包括如下步骤：

1)选用250mm厚的连铸坯；

2)加热工艺：采用250mm厚的连铸坯进行生产，连铸坯出炉温度1190-1210℃，加热时间270～380分钟；

3)40mm～60mm厚钢板轧制成型工艺：板坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1180～1200℃，第一阶段终轧温度大于1110℃；第一阶段分两序列轧制，第一序列轧制为展宽轧制，板坯到轧机后，先转90度，进行展宽轧制，轧制到钢板目标宽度为止；第一阶段第二序列轧制为高温延伸序列轧制，在展宽轧制完成后，将板坯再转90度，进行高温延伸序列轧制；高温延伸序列轧制时，轧制速度为1.5m/s，单道次压下率≥10％，第一阶段一直轧制到第二阶段的开轧厚度为止；第二阶段钢板的开轧厚度为2.5～3倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为880～900℃，第二阶段终轧温度为830～850℃；第二阶段轧制速度为3.5～4.0m/s,第二阶段共轧制5～6道次，每道次压下率不小于5％；后3个道次轧制时，每道次轧完后，手动摆动降温10～15秒；钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为10℃/s，终冷温度为570～590℃；

4)厚度大于60mm～80mm厚钢板轧制成型工艺：板坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1180～1200℃，第一阶段终轧温度大于1110℃；第一阶段分两序列轧制，第一序列轧制为展宽轧制，板坯到轧机后，先转90度，进行展宽轧制，轧制到钢板目标宽度为止；第一阶段第二序列轧制为高温延伸序列轧制，在展宽轧制完成后，将板坯再转90度，进行高温延伸序列轧制；高温延伸序列轧制时，轧制速度为1.5m/s，单道次压下率≥10％，第一阶段一直轧制到第二阶段的开轧厚度为止；第二阶段钢板的开轧厚度为2.0倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为880～900℃，第二阶段终轧温度为830～850℃；第二阶段轧制速度为2.5～3.0m/s,第二阶段共轧制5道次，每道次压下率不小于5％；后3个道次轧制时，每道次轧完后，手动摆动降温15～20秒；钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为8℃/s，终冷温度为560～580℃。

本发明与现有技术比较，具有下列显著的优点和效果：

1)本发明采用低碳成分设计，在普通c-mn钢基础上，添加少量微合金nb，通过合适的控轧、控冷工艺就生产出了345mpa级高韧性的40～80mm厚规格钢板。工艺路线简单，生产成本较低。

2)采用本发明方法生产的钢板晶粒细小，塑性、韧性良好，-40℃夏比冲击功都在180j以上，远远超出标准要求。

3)钢板的成分和工艺设计合理，工艺制度宽松，可在宽厚板线上稳定生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例1的钢板的金相组织图；

图2为本发明实施例2的钢板的金相组织图；

图3为本发明实施例3的钢板的金相组织图；

图4为本发明实施例4的钢板的金相组织图；

图5为本发明实施例5的钢板的金相组织图；

图6为本发明实施例6的钢板的金相组织图。

具体实施方式

本发明公开了一种屈服强度345mpa级高韧性厚规格钢板及其生产方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

采用普通工艺生产屈服强度345mpa级高韧性厚规格钢板的机械性能合格率较低，若采用热处理工艺，则生产成本较高。本发明的目的是提供一种生产工艺简单，生产成本低，机械性能优良的屈服强度345mpa级高韧性厚规格钢板生产方法。

本发明提供一种屈服强度345mpa级高韧性厚规格钢板，其按重量百分比计包括：c：0.05～0.07％；si：0.25～0.35％；mn：1.4～1.5％；p：≤0.015％；s：≤0.005％；als：0.015～0.03％；nb:0.03～0.04％；ca:0.001～0.0015％；其余为铁和不可避免杂质；所述钢板厚度为40mm～80mm。

相应的，本发明还提供过一种上述屈服强度345mpa级高韧性厚规格钢板的生产方法，其包括如下步骤：

1)选用250mm厚的连铸坯；

2)加热工艺：采用250mm厚的连铸坯进行生产，连铸坯出炉温度1190-1210℃，加热时间270～380分钟；

3)40mm～60mm厚钢板轧制成型工艺：板坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1180～1200℃，第一阶段终轧温度大于1110℃；第一阶段分两序列轧制，第一序列轧制为展宽轧制，板坯到轧机后，先转90度，进行展宽轧制，轧制到钢板目标宽度为止；第一阶段第二序列轧制为高温延伸序列轧制，在展宽轧制完成后，将板坯再转90度，进行高温延伸序列轧制；高温延伸序列轧制时，轧制速度为1.5m/s，单道次压下率≥10％，第一阶段一直轧制到第二阶段的开轧厚度为止；第二阶段钢板的开轧厚度为2.5～3倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为880～900℃，第二阶段终轧温度为830～850℃；第二阶段轧制速度为3.5～4.0m/s,第二阶段共轧制5～6道次，每道次压下率不小于5％；后3个道次轧制时，每道次轧完后，手动摆动降温10～15秒；钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为10℃/s，终冷温度为570～590℃；

4)厚度大于60mm～80mm厚钢板轧制成型工艺：板坯加热好之后进行控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1180～1200℃，第一阶段终轧温度大于1110℃；第一阶段分两序列轧制，第一序列轧制为展宽轧制，板坯到轧机后，先转90度，进行展宽轧制，轧制到钢板目标宽度为止；第一阶段第二序列轧制为高温延伸序列轧制，在展宽轧制完成后，将板坯再转90度，进行高温延伸序列轧制；高温延伸序列轧制时，轧制速度为1.5m/s，单道次压下率≥10％，第一阶段一直轧制到第二阶段的开轧厚度为止；第二阶段钢板的开轧厚度为2.0倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为880～900℃，第二阶段终轧温度为830～850℃；第二阶段轧制速度为2.5～3.0m/s,第二阶段共轧制5道次，每道次压下率不小于5％；后3个道次轧制时，每道次轧完后，手动摆动降温15～20秒；钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为8℃/s，终冷温度为560～580℃。

将上述加热好的连铸坯进行控制轧制。第一阶段控制轧制属于高温区的奥氏体再结晶控制轧制，这一阶段轧制温度较高，变形抗力较低，同时板坯较厚，温降较慢，因此这一阶段采用低速、大压下的轧制策略。大的单道次压下率能使变形充分渗透至钢板中心，充分细化奥氏体晶粒并均匀奥氏体组织，同时轧制产生的高温焊合作用很大程度上消除了铸坯内部的疏松、微裂纹等缺陷，使钢板的致密度提高；低速轧制使每一道次轧制完的温度低于上一道次轧制时的温度，由于钢板再结晶后晶粒的大小主要取决于当时的温度，这样每轧制一道次就会对晶粒进行不同程度细化，最终达到充分细化奥氏体晶粒的目的；第一阶段轧制时，轧制速度低，变形抗力小，容易实现较大的单道次压下率。第一阶段钢板的终轧温度制定主要考虑二阶段的开轧温度满足要求，以及第一阶段轧完的钢板能充分完成再结晶。

第二阶段的轧制属于非再结晶控轧，第二阶段的轧制温度较低，钢板在较低的温度下轧制变形，形变诱导nb的碳氮化物析出，钉扎位错，阻碍晶粒再结晶，这样晶粒内部在轧制变形下产生应变，通过多道次轧制，晶粒内部积累了大量的形变能和相变形核位置；相变后最终得到细小的铁素体晶粒组织。后3道次轧制时道次间隔手动摆动15～20秒，一是为了降温，保证终轧温度满足要求，二是为了nb的碳、氮化物能充分析出，形成相变时的形核核心,细化铁素体晶粒，提高冲击功。

轧后钢板以较大的冷速冷却到较低的终冷温度，主要是使奥氏体在较低温度下转变为铁素体，以得到晶粒细小的铁素体组织。

本发明与现有技术比较，具有下列显著的优点和效果：

1)本发明采用低碳成分设计，在普通c-mn钢基础上，添加少量微合金nb，通过合适的控轧、控冷工艺就生产出了345mpa级高韧性的40～80mm厚规格钢板。工艺路线简单，生产成本较低。

2)采用本发明方法生产的钢板晶粒细小，塑性、韧性良好，-40℃夏比冲击功都在180j以上，远远超出标准要求。

3)钢板的成分和工艺设计合理，工艺制度宽松，可在宽厚板线上稳定生产。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

实施例1

采用厚度为250mm，轧制成厚度为40mm，板坯出炉温度为1190℃，板坯加热时间为270分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：c0.05％，si0.25％，mn1.4％，p0.015％，s0.005％，als0.015％，nb0.04％,ca0.001％；余量为fe和不可避免的杂质。第一阶段开轧温度1180℃，终轧温度1110℃。第一阶段第一序列轧制：板坯到轧机后，先转90度，进行展宽轧制，轧制到钢板目标宽度为止。第一阶段第二序列轧制为高温延伸序列轧制，在展宽轧制完成后，将板坯再转90度，进行高温延伸序列轧制；第一阶段第二序列轧制时，轧制速度为1.5m/s；高温延伸序列轧制时，单道次压下率分别为：17.5％、19.2％、10％。第二阶段开轧厚度为120mm，开轧温度为900℃，终轧温度为850℃，共轧制6个道次，单道次压下率分别为16.7％、22％、20.5％、17.7％、17.5％、5.0％，轧制速度为4.0m/s。第二阶段后三个道次轧制时，每道次轧完后手动摆动降温10秒，再进行下一道次的轧制。钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为10℃/s,终冷温度为590℃。本实施例制得的钢板力学性能请参见表1，钢板的金相组织图请参见图1。

表1钢板力学性能

实施例2

采用厚度为250mm，轧制成厚度为60mm，板坯出炉温度为1210℃，板坯加热时间为380分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：c0.07％，si0.35％，mn1.5％，p0.012％，s0.003％，als0.03％，nb0.03％,ca0.0015％；余量为fe和不可避免的杂质。第一阶段开轧温度1200℃，终轧温度1130℃。第一阶段第一序列轧制：板坯到轧机后，先转90度，进行展宽轧制，轧制到钢板目标宽度为止。第一阶段第二序列轧制为高温延伸序列轧制，在展宽轧制完成后，将板坯再转90度，进行高温延伸序列轧制；第一阶段第二序列轧制时，轧制速度为1.5m/s；高温延伸序列轧制时，单道次压下率分别为：14.7％、16.7％。第二阶段开轧厚度为150mm，开轧温度为880℃，终轧温度为830℃，共轧制5个道次，单道次压下率分别为13.3％、15.4％、21.8％、17.4％、15.5％，轧制速度为3.5m/s。第二阶段后三个道次轧制时，每道次轧完后手动摆动降温15秒，再进行下一道次的轧制。钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为10℃/s,终冷温度为570℃。

本实施例制得的钢板力学性能请参见表2，钢板的金相组织图请参见图2。

表2钢板力学性能

实施例3

采用厚度为250mm，轧制成厚度为50mm，板坯出炉温度为1205℃，板坯加热时间为321分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：c0.06％，si0.31％，mn1.45％，p0.011％，s0.002％，als0.025％，nb0.035％,ca0.0012％；余量为fe和不可避免的杂质。第一阶段开轧温度1195℃，终轧温度1135℃。第一阶段第一序列轧制：板坯到轧机后，先转90度，进行展宽轧制，轧制到钢板目标宽度为止。第一阶段第二序列轧制为高温延伸序列轧制，在展宽轧制完成后，将板坯再转90度，进行高温延伸序列轧制；第一阶段第二序列轧制时，轧制速度为1.5m/s；高温延伸序列轧制时，单道次压下率分别为：17.1％、20％。第二阶段开轧厚度为140mm，开轧温度为890℃，终轧温度为840℃，共轧制5个道次，单道次压下率分别为15.7％、18.6％、22.9％、18.9％、16.7％，轧制速度为3.8m/s。第二阶段后三个道次轧制时，每道次轧完后手动摆动降温13秒，再进行下一道次的轧制。钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为10℃/s,终冷温度为582℃。

本实施例制得的钢板力学性能请参见表3，钢板的金相组织图请参见图3。

表3钢板力学性能

实施例4

采用厚度为250mm，轧制成厚度为70mm，板坯出炉温度为1204℃，板坯加热时间为318分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：c0.06％，si0.32％，mn1.43％，p0.012％，s0.003％，als0.023％，nb0.034％,ca0.0013％；余量为fe和不可避免的杂质。第一阶段开轧温度1194℃，终轧温度1135℃。第一阶段第一序列轧制：板坯到轧机后，先转90度，进行展宽轧制，轧制到钢板目标宽度为止。第一阶段第二序列轧制为高温延伸序列轧制，在展宽轧制完成后，将板坯再转90度，进行高温延伸序列轧制；第一阶段第二序列轧制时，轧制速度为1.5m/s；高温延伸序列轧制时，单道次压下率分别为：20％、20.5％。第二阶段开轧厚度为140mm，开轧温度为900℃，终轧温度为830℃，共轧制5个道次，单道次压下率分别为16.4％、17.1％、22.7％、18.7％、14.8％，轧制速度为2.5m/s。第二阶段后三个道次轧制时，每道次轧完后手动摆动降温15秒，再进行下一道次的轧制。钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为8℃/s,终冷温度为580℃。

本实施例制得的钢板力学性能请参见表4，钢板的金相组织图请参见图4。

表4钢板力学性能

实施例5

采用厚度为250mm，轧制成厚度为80mm，板坯出炉温度为1208℃，板坯加热时间为311分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：c0.065％，si0.28％，mn1.46％，p0.012％，s0.003％，als0.025％，nb0.035％,ca0.0012％；余量为fe和不可避免的杂质。第一阶段开轧温度1198℃，终轧温度1158℃。第一阶段第一序列轧制：板坯到轧机后，先转90度，进行展宽轧制，轧制到钢板目标宽度为止。第一阶段第二序列轧制为高温延伸序列轧制，在展宽轧制完成后，将板坯再转90度，进行高温延伸序列轧制；第一阶段第二序列轧制时，轧制速度为1.5m/s；高温延伸序列轧制时，单道次压下率分别为：15.5％、14％。第二阶段开轧厚度为160mm，开轧温度为880℃，终轧温度为850℃，共轧制5个道次，单道次压下率分别为12.5％、15.7％、15.3％、12％、9.1％，轧制速度为3.0m/s。第二阶段后三个道次轧制时，每道次轧完后手动摆动降温20秒，再进行下一道次的轧制。钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为8℃/s,终冷温度为560℃。

本实施例制得的钢板力学性能请参见表5，钢板的金相组织图请参见图5。

表5钢板力学性能

实施例6

采用厚度为250mm，轧制成厚度为65mm，板坯出炉温度为1203℃，板坯加热时间为307分钟，板坯的(重量百分比)化学成分为：c0.065％，si0.29％，mn1.45％，p0.014％，s0.003％，als0.021％，nb0.033％,ca0.0012％；余量为fe和不可避免的杂质。第一阶段开轧温度1193℃，终轧温度1158℃。第一阶段第一序列轧制：板坯到轧机后，先转90度，进行展宽轧制，轧制到钢板目标宽度为止。第一阶段第二序列轧制为高温延伸序列轧制，在展宽轧制完成后，将板坯再转90度，进行高温延伸序列轧制；第一阶段第二序列轧制时，轧制速度为1.5m/s；高温延伸序列轧制时，单道次压下率分别为：13.6％、15.8％、18.8％。第二阶段开轧厚度为130mm，开轧温度为892℃，终轧温度为845℃，共轧制5个道次，单道次压下率分别为11.5％、14.8％、15.3％、13.3％、9.7％，轧制速度为2.7m/s。第二阶段后三个道次轧制时，每道次轧完后手动摆动降温17秒，再进行下一道次的轧制。钢板轧完后进行层流冷却，冷却速度为8℃/s,终冷温度为564℃。

本实施例制得的钢板力学性能请参见表6，钢板的金相组织图请参见图6。

表6钢板力学性能

由上述内容可知，采用该方法生产的钢板晶粒细小，塑性、韧性良好，-40℃夏比冲击功都在180j以上，远远超出标准要求。该方法的工艺制度宽松，可在宽厚板线上稳定生产。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。