专利名称:一种改善钢板的低温韧性和应变时效低温韧性的方法
技术领域：
本发明涉及一种钢铁冶炼工艺，尤其是涉及一种改善含有残余元素钢板的低温韧性和应变时效低温韧性的方法。
背景技术：
在炼钢过程中，铁水、废钢及铁合金等炼钢原料会将大量的杂质元素带入炼钢炉中，在钢铁冶炼过程中，一部分杂质如磷和硫可去除，但仍有一部分杂质如Cu、As、Sn、Sb等将最终残留在钢中，习惯上，将这部分残留在钢中的杂质元素统称为残余元素，钢中上述残余元素的存在对钢材性能尤其是低温韧性和应变时效低温韧性产生有害影响，导致钢的抗低温韧性和应变时效低温韧性不合格。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种采用低碳和微合金成分设计与控轧控冷工艺相结合、使热轧钢板的低温韧性性能满足-40℃以下温度要求、应变时效低温韧性能达到-20℃以下温度要求、且钢板的强度满足相应品种标准要求，以改善含有残余元素钢板的低温韧性和应变时效低温韧性的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种改善钢板的低温韧性和应变时效低温韧性的方法，包括炼钢和精炼、连铸、轧制和冷却工艺，所述炼钢和精炼是选用常规的炼钢用电炉或转炉炼制，控制出钢中碳的重量百分比含量不大于0.10％，并在钢的合金化过程，在炼钢炉出来的钢水中加入低碳铁合金进行精炼，精炼结束后的钢水中的杂质成分的重量百分比含量控制在C≤0.10％，P≤0.025％，S≤0.010％，残余元素As+Sn+Sb≤0.30％，同时，通过添加铁合金或其它金属，添加微合金化元素；所述连铸是将精炼后的钢水通过钢包底部的水口注入中间包，通过中间包底部的水口注入结晶器，通过结晶器连铸成板坯，出结晶器的铸坯厚度为150-300mm；所述轧制是采用一轧程或两轧程工艺，对于一轧程控轧工艺，控制其轧程结束温度为950℃-1100℃；对于两轧程控轧工艺，控制第1轧程结束温度为950℃-1100℃，第2轧程开轧温度850℃-950℃，开轧厚度为1.5-3倍成品钢板厚度，终轧温度750℃-930℃，第2轧程累计压下率33％-67％；所述冷却工艺是将轧制后的钢板进行控冷，冷却速度为5-30℃/S，终冷温度控制在450℃-740℃范围。
所述低碳铁合金包括低碳锰铁、低碳硅铁、低碳硅锰铁。
所述铁合金包括铌铁、钒铁和钛铁，所述其它金属包括铝。
所述微合金化元素包括钒、铌、钛和铝中之一种或数种，其重量百分比控制在V≤0.20％、Nb≤0.10％、Ti≤0.05％、Al≤0.05％。
本发明的有益效果是由于残余元素主要是增加钢的脆性，C与残余元素叠加，大幅增加了钢的低温脆性，通过工艺过程降低钢中的C含量，从而有效地降低钢的低温脆性；通过炼钢、精炼工艺，有效控制和降低P、S含量，可以减少钢的低温脆性；出钢过程中加入适量的钒、铌、钛、铝，这些微量元素与钢中的C、N结合成稳定的化合物，降低甚至消除钢中自由氮，降低钢的应变时效敏感性，析出的化合物提高强度和细化晶粒；轧后加速冷却，对于低碳钢，降低奥氏体转变为铁素体和珠光体的转变温度；对于超低碳微合金化钢，轧后加速冷却，可促使奥氏体转变为低碳贝氏体钢/针状铁素体钢，从而达到最佳的强度韧性匹配。热轧钢板的低温韧性性能满足-40℃以下温度要求，应变时效低温韧性能达到-20℃以下温度要求，且钢板的强度满足相应品种标准要求，从而实现了采用含残余元素的炼钢原料生产具备低温韧性和应变时效低温韧性钢板的目的。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
一种改善钢板的低温韧性和应变时效低温韧性的方法，包括炼钢和精炼、连铸、轧制和冷却工艺，在炼钢和精炼工艺中，选用常规的炼钢用电炉或转炉，出钢中碳的重量百分比含量控制在0.10％及以下(低碳和超低碳)，在钢的合金化过程，加入低碳铁合金，如低碳锰铁，低碳硅铁，低碳硅锰铁，将炼钢炉出来的钢水通过精炼炉进行精炼，精炼过程中采取防止增碳的工艺措施，使精炼结束后的钢水中杂质成分控制为P≤0.025％，S≤0.010％，残余元素As+Sn+Sb≤0.30％，同时，通过添加铁合金，如铌铁、钒铁和钛铁或添加其它金属如铝粒或铝丝的形式，增加微合金化元素并控制其重量百分比含量，如V≤0.20％、Nb≤0.10％、Ti≤0.05％、Al≤0.05％其中之一种或数种。
本发明中的精炼后的成分应予以很好地控制，各成分控制如下C≤0.10％C为常用的固溶强化元素，在提高强度的同时，增加钢的脆性；由于残余元素主要是增加钢的脆性，C与残余元素叠加，大幅增加了钢的低温脆性，因此，通过工艺过程有效控制和降低钢中的C含量，从而有效地降低钢的低温脆性。
P≤0.025％P是固溶强化元素，同时也增加钢的低温脆性。
S≤0.010％S含量过高，会形成硫化物夹杂，增加钢的低温脆性。
因此，通过炼钢、精炼工艺，有效控制和降低P、S含量，可以减少钢的低温脆性。
微合金化元素V≤0.20％、Nb≤0.10％、Ti≤0.05％、Als≤0.05％钢中添加微合金化元素的主要目的，是通过微合金化元素的析出强化和细晶强化，弥补降碳带来的钢的强度的损失，从而保持和提高钢的强度；同时，当钢中N含量较高时，微合金元素能够与N结合，形成氮化物，降低甚至消除钢中自由氮，防止自由氮增加钢的低温应变时效脆性。
在连铸工艺中，将钢水通过钢包底部的水口注入中间包，通过中间包底部的水口注入结晶器，通过结晶器连铸成板坯，出结晶器的铸坯厚度为150-300mm。
控制轧制与控制冷却工艺，控制轧制工艺采用一轧程(奥氏体再结晶区轧制)或两轧程(奥氏体再结晶区与未再结晶区两阶段轧制)控制轧制，以及轧后控制冷却工艺(轧后加速冷却，对于低碳钢，降低奥氏体转变为铁素体和珠光体的转变温度；对于超低碳微合金化钢，轧后加速冷却，可促使奥氏体转变为低碳贝氏体钢/针状铁素体钢)，对于一轧程控轧工艺，控制其轧程结束温度950℃-1000℃；对于两轧程控轧工艺，控制第1轧程结束温度950℃-1100℃，第2轧程开轧温度850℃-950℃，开轧厚度1.5-3倍成品钢板厚度，终轧温度750℃-930℃，第2轧程累计压下率33％-67％。
控制冷却工艺钢板轧后控冷，冷却速度一般为5-30℃/S，终冷温度一般控制在450℃-740℃范围。终冷温度的确定，对于铁素体+珠光体组织的钢板，保证终冷温度在贝氏体组织转变的起始温度以上；对于低碳贝氏体/针状铁素体钢板，保证终冷温度在贝氏体组织转变的起始温度以下。
本发明中出钢或精炼过程中加入适量的钒、铌、钛、铝，是为了利用这些微量元素的作用，与钢中的C、N结合成稳定的化合物，一是降低钢的应变时效敏感性，二是析出的化合物提高强度和细化晶粒；配合微合金析出物对钢的相变温度、再结晶温度的改变作用，以及控轧控冷工艺对析出物的析出过程的作用，通过控扎控冷工艺，细化晶粒，得到最佳的析出相，实现最佳的强度韧性匹配。
实施例1本发明采用低碳加钒微合金化成分设计与控轧控冷工艺相结合生产普通强度船板，依次包括以下步骤(1)炼钢船板选用容量为120吨的氧气顶底复吹转炉进行冶炼，出钢碳的重量百分数为0.03-0.06％，转炉出钢过程加入钒铁(含钒50％)60Kg/炉，使钒在钢中的重量百分数为0.020-0.030％，出钢过程加入低碳的硅锰合金，在几乎不增碳的前提下，实现钢中硅、锰含量的控制；炼钢炉出来的钢水在精炼炉中进行精炼，使用铝粒快速造白渣、出站喂铝线和硅钙线、软吹氩8min以上的工艺，使钢中酸溶铝达到要求的含量、同时净化钢水。钢水成分如表1所示。
(2)连铸钢水通过钢包底部的水口注入中间罐，中间罐钢水温度为1530-1550℃，通过浸入式水口，钢水进入结晶器，铸坯拉速为1.10-1.40m/min，出结晶器的铸坯厚度为150mm。
(3)铸坯加热上述铸坯经过二次冷却、弯曲矫直、火焰切割后进入加热炉，铸坯出炉温度为1150℃。
(4)热轧出加热炉的铸坯经过除鳞去除表面氧化铁皮后进入四辊可逆式板材轧机，轧制36mm规格，采用两轧程控轧工艺，轧制9道，精轧待温厚度68mm，精轧开轧温度880℃，精轧累计压下率47％，终轧温度860℃。
(5)冷却轧后的钢板经层流冷却系统冷却，冷却前温度为830℃，冷速为5-10℃/S，冷却后温度为730℃。
本实施例生产的热轧钢板的力学性能如表2所示，由表2可知，该钢板的力学性能完全满足各国船级社对船板的工厂认可要求。
表1实施例1生产的热轧钢板的化学成分
表2实施例1生产的热轧钢板的力学性能
实施例2本发明采用低碳和铌微合金化成分设计与控轧控冷工艺相结合生产D36级船板，经轧制后的钢板厚度为36mm，其化学成分如表3所示，其力学性能如表4所示，由表4可见，该钢板的力学性能完全满足各国船级社对D36级船板的工厂认可要求。
表3实施例2生产的热轧钢板的化学成分
表4实施例2生产的热轧钢板的力学性能
实施例3本发明采用采用低碳加铌、钛微合金化成分设计与控轧控冷工艺相结合生产Q370qE桥梁钢板，经轧制后的钢板厚度为12mm，其化学成分如表5所示，其力学性能如表6所示，由表6可见，该钢板的力学性能完全满足国家标准Q345qE的要求。
表5实施例3生产的热轧钢板的化学成分
表6实施例3生产的热轧钢板的力学性能
实施例4本发明采用采用低碳加铌、钛微合金化成分设计与控轧控冷工艺相结合生产X52钢板，经轧制后的钢板厚度为20mm，其化学成分如表7所示，其力学性能如表8所示，由表8可见，该钢板的力学性能完全满足用户的要求。
表7实施例4生产的热轧钢板的化学成分
表8实施例4生产的热轧钢板的力学性能
权利要求
1.一种改善钢板的低温韧性和应变时效低温韧性的方法，包括炼钢和精炼、连铸、轧制和冷却工艺，其特征是所述炼钢和精炼是选用常规的炼钢用电炉或转炉炼制，控制出钢中碳的重量百分比含量不大于0.10％；在钢的合金化过程中，在炼钢炉出来的钢水中加入低碳铁合金进行精炼，精炼结束后的钢水中的杂质成分的重量百分比含量控制在C≤0.10％，P≤0.025％，S≤0.010％，残余元素As+Sn+Sb≤0.30％，同时，通过添加铁合金或其它金属，添加微合金化元素；所述连铸是将精炼后的钢水通过钢包底部的水口注入中间包，通过中间包底部的水口注入结晶器，通过结晶器连铸成板坯，出结晶器的铸坯厚度为150-300mm；所述轧制是采用一轧程或两轧程工艺，对于一轧程控轧工艺，控制其轧程结束温度为950℃-1100℃；对于两轧程控轧工艺，控制第1轧程结束温度为950℃-1100℃，第2轧程开轧温度850℃-950℃，开轧厚度为1.5-3倍成品钢板厚度，终轧温度750℃-930℃，第2轧程累计压下率33％-67％；所述冷却工艺是将轧制后的钢板进行控冷，冷却速度为5-30℃/S，终冷温度控制在450℃-740℃范围。
2.如权利要求
1所述的改善钢板的低温韧性和应变时效低温韧性的方法，其特征是所述低碳铁合金包括低碳锰铁、低碳硅铁、低碳硅锰铁。
3.如权利要求
1所述的改善钢板的低温韧性和应变时效低温韧性的方法，其特征是所述铁合金包括铌铁、钒铁和钛铁，所述其它金属包括铝。
4.如权利要求
1所述的改善钢板的低温韧性和应变时效低温韧性的方法，其特征是所述微合金化元素包括钒、铌、钛和铝中之一种或数种，其重量百分比控制在V≤0.20％、Nb≤0.10％、Ti≤0.05％、Al≤0.05％。
专利摘要
本发明涉及改善钢板的低温韧性和应变时效低温韧性的方法，包括炼钢和精炼、连铸、轧制和冷却工艺，所述炼钢和精炼中控制出钢中碳的重量百分比含量不大于0.10％，加入低碳铁合金进行精炼；将精炼后的钢水通过钢包底部的水口注入中间包，通过中间包底部的水口注入结晶器，通过结晶器连铸成板坯；所述轧制是采用一轧程或两轧程工艺；将轧制后的钢板进行控冷，冷却速度为5－30℃/S，终冷温度控制在450℃－740℃范围。将含残余元素的炼钢原料采用低碳和微合金成分设计与控轧控冷工艺相结合，使热轧钢板的低温韧性性能满足－40℃以下温度要求，应变时效低温韧性能达到－20℃以下温度要求，且钢板的强度满足相应品种标准要求。
文档编号C22C33/00GK1995430SQ200610124380
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月25日
发明者何矿年, 肖寄光, 廖卫团, 温志红, 杨太阳 申请人:广东韶钢松山股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan