一种低合金高强度高韧性特厚钢板的生产方法与流程

1.本发明属于冶金技术领域，涉及一种低合金高强度高韧性特厚钢板的生产方法。


背景技术：

2.低合金高强度高韧性特厚板在船舶、海洋工程、建筑、桥梁、工程机械方面的用途也越来越广。这些使用领域对钢的强度要求越来越高，目前大型建筑已经普遍使用420mpa，460mpa级别高强钢板，大型建筑、海洋工程等往往有120mm以上规格钢板的需求。
3.在海洋工程用钢板和船用钢板选材上，考虑到最大海况以及涉及海面的最低温度，往往对韧性的要求极高。不仅对韧性的需求提升到f级别，对表面冲击以及心部冲击均有严格的要求。比如中海油的特厚海工板，均要求检验表面与心部，1/4厚度的冲击，欧标10225涉及的大厚度海工板也需要检验心部冲击。这对于特厚钢板的均匀性提出了极高的要求。为了满足海工、船板的需求，同时满足q420gje、q460gje对于高韧性低屈强比的要求，特开发低成本不加mo的f420、f460海工船板用钢和q420gje、q460gje建筑用钢板，既满足钢板性能需求，又通过工艺创新降低生产成本，极大的有利于f420、f460特厚船板以及海工用钢和特厚高韧性建筑用钢版q420gje、q460gje的推广。
4.中国专利cn110791711“一种特厚vl e460级别调质型高强船板生产方法”公开了一种特厚vl e460级别调质型高强船板生产方法，其化学成分按重量百分比为：c：0.12
‑
0.14%，si：0.2
‑
0.4%，mn：0.95
‑
1.05%，p≤0.01%，s≤0.005%，cr：0.3
‑
0.38%，ni：0.6
‑
0.7%，mo：0.2
‑
0.28%，nb：0.02
‑
0.03%，ti≤0.05%，v：0.03
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0.04%，alt：0.02
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0.05%，n≤0.007%，其余为fe及难以避免的杂质；ceq=c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(cu+ni)/15: 0.42
‑
0.48。其所处的钢板最大厚度为180mm，由于较高的合金含量以及两次淬火来保证钢板的性能，具有生产成本较高，且生产流程较长，不能使用连续式淬火的特点，不适合批量生产。
5.中国专利cn107805758
ꢀ“
一种高强度优良低温韧性船用钢及其一钢多级热处理工艺”，钢板化学成分的重量百分比为：c：0.12
‑
0.15%，si：0.20
‑
0.30%，mn：1.40
‑
1.70%，ni：0.12
‑
0.15%，cr：0.16
‑
0.25%，mo：0.08
‑
0.12%，nb：0.020
‑
0.030%，ti：0.012
‑
0.018%，v≤0.02%，p≤0.015%，s≤0.002%，b：0.0020
‑
0.0030%，以及余量的fe和不可避免的杂质；涉及一种成分通过不同的热处理工艺实现e460
‑
e550的轧制，但是其主要是通过改变淬火工艺来实现。亚温淬火为不完全奥氏体化的淬火，会增大钢板厚内位置同板差，并不适用于厚板的生产。因此该专利仅限于50mm以下薄板的生产。
6.中国专利cn101705439“低温高韧性f460级超高强度造船用钢板及其制造方法”，钢板成分重量百分比为：c 0.05～0.15％、si 0.15～0.35％、mn 1.20～1.70％、p≤0.020％、s≤0.010％、nb 0.02～0.04％、v 0.04～0.06％、ti 0.0.10～0.020％、cu 0.15～0.40％、cr 0.10～0.30％、ni 0.15～0.40％、al 0.02～0.05％以及余量的fe及和杂质。轧制工艺：tmcp工艺生产60mm以下的f460。其具有成本低，流程短的优点。但是其实际生产的c含量均在0.06%左右。如此低的c含量在生产100mm以上厚板时会出现抗拉强度低的问题，调质处理后由于组织转变，抗拉强度进一步下降，因此并不适用于厚板的生产，因此只
能生产18
‑
60mm的f460。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种低合金高强度高韧性特厚钢板的生产方法，利用钢厂先进的轧制与热处理设备，通过成分优化设计，精确控制过程工艺参数，通过模铸生产线生产。
8.本发明通过以下技术方案来实现：一种低合金高强度高韧性特厚钢板的生产方法，钢的生产工艺路线为冶炼—模铸—轧制—精整—淬火—回火；钢的化学成分质量百分比为c=0.09
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0.015，si=0.15~0.40，mn=1.2
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1.7，p≤0.012，s≤0.002，cr=0.15~0.3，nb=0.3~0.5，v=0.2~0.5，ti=0.01~0.03，cu=0.1~0.25，ni=0.2~0.4，余量为fe和不可避免的杂质；包括以下工艺步骤：（1）冶炼：采用bof
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lf
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rh生产工艺路径，转炉冶炼控制o≤800ppm，精炼lf炉采用高碱度渣，搅拌脱硫； rh炉生产采用轻脱气工艺，真空处理总时间≤10min；（2）模铸：采用梯形锭模，过热度控制在42~45℃之间，浇铸后冒口位置投放发热剂延缓凝固，锭身锭尾自然冷却；（3）轧制：钢锭开完坯后重新加热轧制，轧制时一阶段轧制采用温差轧制，通过中带高温计与温度模型的中间辊道水冷装置，控制铸坯表面温度与心部温度的温差在200℃左右，采用慢速轧制，道次压下量控制在10%~15%；二阶段采用常规轧制；（4）淬火：淬火采用间断式冷却淬火机，钢板表面进行间断式冷却，控制钢板回温在100℃以内并降低钢板表面和心部的冷速差；淬火温度890℃~930℃，淬火冷速1~2℃/s；（5）回火：回火温度580℃~680℃，回火采用快速加热，保温时间115~125min。
9.采用上述方法生产的低合金高强度高韧性钢板，屈服强度在430
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530mpa之间可控，抗拉强度在580
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650mpa之间可控，延伸率超过23%，屈强比≤0.8，z向拉伸面缩率≥40%，表面、心部、1/4厚度处
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60℃冲击在120j以上。
10.本发明适用于200mm以下f420,f460等船板生产，又能满足q420gje、q460gje特厚板的性能需求，拥有较低的屈强比，优异的焊接性能，良好的抗层状撕裂性能，通过热处理工艺的调整，实现一钢多用，降低钢厂的生产库存。
11.本发明的突出特点体现在42kg级及46kg级特厚板生产不添加昂贵的mo元素，不仅节约生产成本，并且热处理过程中不产生贝式体，因此热处理工艺可以灵活调整，以适应不同钢级、不同钢种的生产需要。
附图说明
12.图1 为钢板生产工艺的流程图。
13.图2 为200mmf460钢板的组织金相图。
具体实施方式
14.下面结合实施例对本发明之成分控制范围、最佳实施方式等主要内容作进一步说明：冶炼实例1：
转炉冶炼一次命中，终点控制c=0.06%，终点氧含量o=470ppm，lf采用高碱度渣脱硫，rh炉真空处理时间9min，测得残余h=1.5ppm。模铸采用29吨锭，钢水浇铸过热度42℃，浇铸前投放发热剂，浇铸后投放保温剂，24小时候脱模。轧制采用二火轧制，开坯轧到450mm后重新加热，均热坑炉保温段心部温度1208℃。保温50分钟后开轧，粗轧展完宽之后，进入专门的快冷装置冷却至表面温度900℃左右，摆动3分钟至目标温度。粗轧采用慢速大压下，道次压下率12%~19%，中间坯厚度190mm，精轧开轧温度775℃，轧成160mm厚。轧后直接进入mulpic层流冷却，返红温度660℃，冷速约1℃/s。热矫后入垛缓冷。热处理采用调质，900℃保温约120分钟，出炉后入间隙式冷却辊底式炉，控制冷速约1.5℃/s，冷却至室温后采用650℃回火，保温180分钟，出炉后堆冷48小时。
15.冶炼实例2：转炉冶炼一次命中，控制c=0.07%，终点o含量320ppm，lf采用高碱度渣脱硫，rh炉真空处理时间12min，测得残余h=1.3ppm。模铸采用50吨锭，钢水浇铸过热度45℃，浇铸前投放发热剂，浇铸后投放保温剂，36小时候脱模。轧制采用二火轧制，开坯轧到565mm后重新加热，加热炉保温段心部温度1205℃。保温60分钟后开轧，粗轧展完宽之后，进入专门的快冷装置冷却至表面温度920℃左右，摆动5分钟至目标温度。粗轧采用慢速大压下，道次压下率10%
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14%，中间坯厚度240mm，精轧开轧温度780℃，轧成200mm厚。轧后直接进入mulpic层流冷却，返红温度679℃，冷速约1℃/s。热矫后入垛缓冷。热处理采用调质，900℃保温约150分钟，出炉后入间隙式冷却辊底式炉，控制冷速约1.5℃/s，冷却至室温后采用650℃回火，保温230分钟，出炉后堆冷72小时。
16.冶炼实例3：转炉冶炼一次命中，控制c=0.09%，终点氧含量o=305ppm，，lf采用高碱度渣脱硫，rh炉真空处理时间10min，测得残余h=1.4ppm。模铸采用35吨锭，钢水浇铸过热度43℃，浇铸前投放发热剂，浇铸后投放保温剂，24小时候脱模。轧制采用二火轧制，开坯轧到453mm后重新加热，加热炉保温段心部温度1203℃。保温60分钟后开轧，粗轧展完宽之后，进入专门的快冷装置冷却至表面温度900℃左右，摆动3分钟至目标温度。粗轧采用慢速大压下，道次压下率13%
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19%，中间坯厚度185mm，精轧开轧温度772℃，轧成150mm厚。轧后直接进入mulpic层流冷却，返红温度665℃，冷速约1℃/s。热矫后入垛缓冷。热处理采用调质，900℃保温约120分钟，出炉后入间隙式冷却辊底式炉，控制冷速约1.5℃/s，冷却至室温后采用580℃回火，保温200分钟，出炉后堆冷48小时。
17.冶炼实例4：转炉冶炼一次命中，控制c=0.07%，终点氧含量o=395ppm，，lf采用高碱度渣脱硫，rh炉真空处理时间12min，测得残余h=1.3ppm。模铸采用40吨锭，钢水浇铸过热度44℃，浇铸前投放发热剂，浇铸后投放保温剂，36小时候脱模。轧制采用二火轧制，开坯轧到540mm后重新加热，加热炉保温段心部温度1210℃。保温60分钟后开轧，粗轧展完宽之后，进入专门的快冷装置冷却至表面温度910℃左右，摆动4分钟至目标温度。粗轧采用慢速大压下，道次压下率11%
‑
15%，中间坯厚度220mm，精轧开轧温度782℃，轧成180mm厚。轧后直接进入mulpic层流冷却，返红温度665℃，冷速约1℃/s。热矫后入垛缓冷。热处理采用调质，930℃保温约150分钟，出炉后入间隙式冷却辊底式炉，控制冷速约1.2℃/s，冷却至室温后采用580℃回火，保温280分钟，出炉后堆冷72小时。
18.各冶炼实例成分控制如表1：表1实例控制成分（wt%） 表2实例各项性能（冲击温度
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60℃）从表2可看出，本发明钢板可以生产强度级别从42kg级到46kg级的特厚板，厚内各位置的冲击韧性良好，可以满足海工项目对于f420与f460钢板强度与低温韧性的特殊需求。此外钢板强度稳定，拥有较低的屈强比，又可以满足q420gje、q460gje的各项性能需求。特厚板的一钢多级、一钢多用对于钢厂的生产组织具有极大的优势。
19.从图2可以看出，钢板调质以后，组织为铁素体和退化珠光体组织，组织自小，退化珠光体为残余奥氏体回火过程中形成，具有较高的强度，是42kg
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46kg级高韧性钢的理想组织。为实现这样的组织，对钢板相变控制极其严格。