CN102330020B

CN102330020B - 屈服强度为345～390MPa高韧性钢板的制造方法

Info

Publication number: CN102330020B
Application number: CN 201110320517
Authority: CN
Inventors: 董汉雄; 李书瑞; 熊玉彰; 董中波; 骆海贺; 王世森; 熊涛; 童明伟; 洪君; 陈勇
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Baowu Group Echeng Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102330020A

Abstract

本发明涉及一种屈服强度为345～390MPa高韧性钢板的制造方法。高炉铁水脱硫，采用氧气顶底复吹转炉冶炼成钢水，采用SiFe、MnFe合金进行脱氧，并进行合金化；采用TiFe合金终脱氧，保持氧含量为10PPm～40PPm，通氩气连铸，铸坯堆垛缓冷；铸坯1130℃～1250℃加热，采用奥氏体再结晶轧制，控制开轧、终轧温度、中间坯厚度、奥氏体未再结晶区开轧、终轧温度、轧制厚度。轧后用ACC工艺控冷，控制冷却速度、上下水比、钢板返红温度，钢板用正火+加速冷却工艺。控制正火温度、时间、冷却速度、钢板返红温度。本发明生产成本低，生产过程简单、易于控制，能适于多种焊接方式，可广泛应用于低合金高强度用钢、桥梁用钢、建筑用钢、船体用钢等。

Description

屈服强度为345～390MPa高韧性钢板的制造方法

技术领域

本发明涉及属于低合金高强度用钢板生产技术领域，主要涉及一种屈服强度为345～390MPa高韧性钢板的制造方法

背景技术

屈服强度为345～390MPa的E级钢板主要应用于低合金高强度用钢、桥梁用钢、建筑用钢、船体用钢等，属高端产品，在中厚板市场消费量较大。钢板生产工艺按交货状态分为控轧状态交货或正火状态交货，厚度规格≥50mm的钢板以正火状态交货居多，正火状态交货的钢板低温性能优于控轧状态交货的钢板。为保证钢的-40℃低温冲击性能，钢厂在钢板成分设计中一般均添加贵重金属元素Ni，以降低钢的冷脆转变温度，稳定钢在低温恶劣环境下的使用性能。国内外低温钢化学成分(％)要求见表1。

表1国内外低温钢化学成分(％)要求

牌号

标准

C

P

S

Ni

使用温度℃

16MnDR

GB 3531

≤0.20

≤0.025

≤0.012

≤0.40

-30或-40

15MnNiDR

GB 3531

≤0.18

≤0.025

≤0.012

0.20～0.60

-45

09MnNiDR

GB 3531

≤0.12

≤0.020

≤0.012

0.30～0.80

-70

E36

GB 712

≤0.18

≤0.035

≤0.40

-40

F36

GB 712

≤0.18

≤0.025

≤0.80

-60

S355N

EN 10028

≤0.20

≤0.030

≤0.025

≤0.50

-20或-30

S355NL

EN 10028

≤0.18

≤0.025

≤0.020

≤0.50

-50

从表1可以看出，在GB 3531、GB 712及EN 10028标准中对所列牌号成分的要求，随着钢板的使用温度降低Ni含量增加，说明Ni可以显著改善钢的韧性，特别是低温韧性。

问题是钢厂为降低生产成本，在成分设计中不添加元素Ni：一种方法采用有限降低钢中S、P含量，但在工艺条件相同的情况下，无论是控轧状态还是正火状态生产的钢板，-40℃低温冲击性能不稳定，合格率均较低，难以满足钢板供货技术条件要求；另一种方法在钢中添加Re或Ca(夹杂物变性球化处理)等，期望使钢材冲击韧性达到Ni在钢中的同样效果，为此，各钢厂对Re或Ca处理的加入量及加入方法进行了大量的试验研究，取得了一定的效果，但实际效果达不到Ni在钢中对低温韧性的贡献，表现在-40℃低温冲击性能不稳定(冲击值出现两高一低的现象)，钢板探伤合格率下降(增加了外来夹杂物的影响)。另外这两种方法均增加了生产成本。

发明内容

本发明旨在降低原型钢种制造成本，并针对上述背景技术的现状，提供一种生产成本低、过程简单、易于控制；适于手弧焊、埋弧焊和气体保护焊焊接制造工艺，焊接后具有优异力学性能的屈服强度为345～390MPa高韧性钢板的制造方法。

本发明目的的实现方式为，屈服强度为345～390MPa高韧性钢板的制造方法，具体步骤如下：

1)高炉铁水脱硫，采用氧气顶底复吹转炉冶炼成钢水，采用SiFe、MnFe合金进行脱氧，并进行合金化；脱氧后钢水中的氧含量≤60PPm；

2)精炼，采用TiFe合金终脱氧，保持氧含量为10PPm～40PPm，温度控制在1595℃～1565℃，然后接通氩气，氩气流量1.0m³/min～2.0m³/min，保护连铸，铸坯堆垛缓冷24h～48h，铸坯厚度150mm～300mm；

铸坯的化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：

C：0.08～0.20，Si：0.03～0.55，Mn：0.80～1.70，P≤0.015，S≤0.010，Nb：0.01～0.07，V：0.015～0.15，Ti：0.005～0.035，N：0.003～0.012，其余为Fe及不可避免的夹杂，碳当量计算公式为：CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，含量控制在0.38～0.44％；

3)轧制，铸坯加热温度为1130℃～1250℃，加热速率8min/cm～11min/cm；采用二阶段轧制，第一阶段采用奥氏体再结晶轧制，开轧温度1100℃～1180℃、终轧温度1050℃～1120℃、中间坯厚度50mm～160mm；第二阶段奥氏体未再结晶轧制，开轧温度850℃～940℃，终轧温度780℃～860℃；轧制厚度10～100mm的钢板；

4)轧后采用ACC工艺控冷，冷却速度为3℃/S～10℃/S，Mulpic加速冷却上下水比控制在1∶1.1～1∶1.80范围；钢板返红温度为650℃～750℃；正火状态交货的钢板需采用正火+加速冷却工艺：正火温度为880℃～930℃，正火时间为1.2min/mm～2.0min/mm，冷却速度为2℃/S～6℃/S，钢板返红温度为680℃～800℃，得到屈服强度为345～390MPa高韧性E级钢板。

本发明的优点如下：

1、钢的化学成分设计基于C、Si、Mn、P、S元素，辅以添加Nb、V、Ti中的一种或多种微合金元素，不添加贵重金属元素Ni，从而降低原形钢的生产成本；不添加Ca、Re等元素，不新增生产成本，同时减少了外来夹杂物、净化钢质，以保证钢板探伤合格率；

2、钢中形成以氧化钛为核心、纳米级小尺寸弥散分布的球状复合夹杂物，促使晶内针状铁素体形核与长大，通过分割原奥氏体晶粒提高钢板冲击韧性，降低钢的韧脆转变温度；

3、满足厚度规格为10～100mm，屈服强度为345～390MPa、低温冲击性能-40℃≥100J的E级钢板技术要求，能适应于手弧焊、埋弧焊和气体保护焊焊接制造工艺，钢板焊接后具有优异的力学性能；

4、生产过程简单、易于控制，适用于制造低合金高强度结构钢以及桥梁钢、建筑钢和船用钢等专用结构钢。

本发明已在武钢桥梁钢生产中进行了实践，效果明显，降低了生产成本，并能产生长远的经济效益。

具体实施方式

本发明是：高炉铁水脱硫，采用氧气顶底复吹转炉冶炼成钢水，采用SiFe、MnFe合金进行脱氧，并进行合金化，脱氧后钢水中的氧含量≤60PPm；然后采用TiFe合金终脱氧，保持氧含量为10PPm～40PPm，通氩气连铸，铸坯堆垛缓冷。

坯铸的化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：

C：0.08～0.20，Si：0.03～0.55，Mn：0.80～1.70，P≤0.015，S≤0.010，Nb：0.01～0.07，V：0.015～0.15，Ti：0.005～0.035，N：0.003～0.012，其余为Fe及不可避免的夹杂，碳当量计算公式为：CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，含量控制在0.38～0.44％。

铸坯1130℃～1250℃加热，加热速率8min/cm～11min/cm。采用二段轧制，第一阶段奥氏体再结晶轧制，开轧1100℃～1180℃，终轧温度为1050℃-1120℃，中间坯厚度50mm～160mm；第二阶段奥氏体未再结晶轧制，开轧温度850℃-940℃、终轧温度780℃-860℃、轧制厚度10mm-100mm。轧后采用ACC工艺控冷，冷却速度为3℃/S～10℃/S、加速冷却上下水比控制在1∶1.1～1∶1.80范围、钢板返红温度650℃～750℃。正火状态交货的钢板需采用正火+加速冷却工艺，控制正火温度880℃-930℃、正火时间1.2min/mm-2.0min/mm、冷却速度2℃/S-6℃/S、钢板返红温度680℃-800℃。

采用本发明生产的钢板，能适应于手弧焊、埋弧焊和气体保护焊焊接制造工艺。焊接条件为：线能量≤45kJ/cm、焊接电流为48～680A、焊接电压为24～35V、焊接速度为150～34cm/min。钢板焊接后具有优异的力学性能。

下面通过具体实例详述本发明。

为证实本发明的优点，本申请人作了三个实施例，具体化学成分见表2。

表2钢的化学成分(％，wt，熔炼分析)

编号	C	Si	Mn	P	S	Nb	V	Ti	O	N	CEV
												实施例1	0.08	0.30	1.65	0.015	0.008	0.020	-	0.025	0.0012	0.012	0.367
实施例2	0.13	0.26	1.50	0.013	0.005	0.018	-	0.015	0.0038	0.050	0.392
												实施例3	0.17	0.30	1.50	0.016	0.006	0.022	0.030	0.020	0.0025	0.003	0.426

实施例1：

1)高炉铁水脱硫，采用氧气顶底复吹转炉冶炼成钢水，采用SiFe、MnFe合金进行脱氧，并进行合金化；脱氧后钢水中的氧含量≤60PPm。

2)精炼，采用TiFe合金终脱氧，保持氧含量为10PPm，温度控制在1595℃～1565℃，然后接通氩气(流量1.0m³/min～2.0m³/min)保护连铸，铸坯堆垛缓冷24h，铸坯厚度150mm。铸坯的化学成分满足上述要求。

3)轧制，铸坯加热温度为1130℃，加热速率8min/cm；采用二阶段轧制，第一阶段奥氏体再结晶轧制，开轧温度1100℃、终轧温度1050℃、中间坯厚度50mm，第二阶段奥氏体未再结晶，开轧温度940℃，终轧温度780℃；轧制厚度为10mm的钢板。

4)轧后采用ACC工艺控冷，冷却速度为3℃/S，Mulpic加速冷却上下水比控制在1∶1.8范围；钢板返红温度为750℃；正火状态交货的钢板需采用正火+加速冷却工艺：正火温度为880℃，正火时间为1.2min/mm，冷却速度为2℃/S，钢板返红温度为800℃。得到了成品厚度为10mm，屈服强度为345～390MPa高韧性E级钢板。

实施例2：

2)精炼，采用TiFe合金终脱氧，保持氧含量为40PPm，温度控制在1595℃～1565℃，然后接通氩气(流量1.0m³/min～2.0m³/min)保护连铸，铸坯堆垛缓冷24h，铸坯厚度200mm。铸坯的化学成分满足上述要求。

3)轧制，铸坯加热温度为1180℃，加热速率9min/cm；采用二阶段轧制，第一阶段奥氏体再结晶轧制，开轧温度1150℃、终轧温度1080℃、中间坯厚度90mm，第二阶段奥氏体未再结晶，开轧温度890℃，终轧温度860℃；轧制厚度为40mm的钢板。

4)轧后采用ACC工艺控冷，冷却速度为3℃/S，Mulpic加速冷却上下水比控制在1∶1.6范围；钢板返红温度为720℃；正火状态交货的钢板需采用正火+加速冷却工艺：正火温度为900℃，正火时间为1.4min/mm，冷却速度为3℃/S，钢板返红温度为740℃。得到了厚度为40mm，屈服强度为345～390MPa高韧性E级钢板。

实施例3：

2)精炼，采用TiFe合金终脱氧，保持氧含量为20PPm，温度控制在1595℃～1565℃，然后接通氩气(流量1.0m³/min～2.0m³/min)保护连铸，铸坯堆垛缓冷48h，铸坯厚度300mm。铸坯的化学成分满足上述要求。

3)轧制，铸坯加热温度为1250℃，加热速率11min/cm；采用二阶段轧制，第一阶段奥氏体再结晶轧制，开轧温度1180℃、终轧温度1120℃、中间坯厚度160mm，第二阶段奥氏体未再结晶，开轧温度850℃，终轧温度830℃；轧制厚度为100mm的钢板。

4)轧后采用ACC工艺控冷，冷却速度为10℃/S，Mulpic加速冷却上下水比控制在1∶1.1范围；钢板返红温度为650℃；正火状态交货的钢板需采用正火+加速冷却工艺：正火温度为930℃，正火时间为2.0min/mm，冷却速度为6℃/S，钢板返红温度为680℃。得到了厚度为100mm，屈服强度为345～390MPa高韧性E级钢板。

对实施例1～实施例3生产的钢板进行了探伤及力学性能检验，结果见表3。对实施例1～实施例3生产的钢板还进行了埋弧焊焊接实际施焊，焊接工艺及接头性能见表4。

表3钢板力学性能及探伤检验结果

表4钢板埋弧焊接工艺及接头冲击韧性

从表3和表4结果表明，采用本发明生产的屈服强度为345～390MPa高韧性E级钢板具有优异的力学性能，钢板的焊接工艺完全满足使用和制造单位生产条件，可广泛应用于低合金高强度用钢、桥梁用钢、建筑用钢、船体用钢等。

Claims

1.一种屈服强度为345～390 MPa高韧性钢板的制造方法，其特征在于具体步骤如下：

1）高炉铁水脱硫，采用氧气顶底复吹转炉冶炼成钢水，采用SiFe、MnFe合金进行脱氧，并进行合金化；脱氧后钢水中的氧含量≤60ppm；

2）精炼，采用TiFe合金终脱氧，保持氧含量为10ppm～40ppm，温度控制在1595℃～1565℃，然后接通氩气，氩气流量1.0 m³/min～2.0m³/min，保护连铸，铸坯堆垛缓冷24h～48h，铸坯厚度150mm～300mm；

铸坯的化学成分wt%，熔炼分析如下：

C：0.08～0.20，Si：0.03～0.55，Mn：0.80～1.70，P≤0.015,S≤0.010，Nb：0.01～0.07, V: 0.015～0.15，Ti：0.005～0.035，N:0.003～0.012,其余为Fe及不可避免的夹杂，碳当量计算公式为：CEV=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15，含量控制在0.38～0.44%；

3）轧制，铸坯加热温度为 1130℃～1250℃，加热速率8min/cm ～11min/cm；采用二阶段轧制，第一阶段采用奥氏体再结晶轧制，开轧温度1100℃～1180℃、终轧温度1050℃～1120 ℃、中间坯厚度50mm～160mm；第二阶段奥氏体未再结晶轧制，开轧温度850℃～940℃，终轧温度780℃～860℃；轧制厚度10～100mm的钢板；

4）轧后采用ACC工艺控冷，冷却速度为3℃/s～10℃/s，Mulpic加速冷却上下水比控制在1：1.1～1：1.80范围；钢板返红温度为650℃～750℃；正火状态交货的钢板需采用正火+加速冷却工艺：正火温度为880℃～930℃，正火时间为1.2min/mm～2.0min/mm，冷却速度为2℃/s～6℃/s，钢板返红温度为680℃～800℃，得到屈服强度为345～390 MPa高韧性E级钢板。