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CN109487046A - 一种高强度高韧性船板钢eh550厚板及其生产方法 - Google Patents

一种高强度高韧性船板钢eh550厚板及其生产方法 Download PDF

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李忠波
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刘庆波
唐郑磊
张占杰
袁书欣
李亮
杨阳
蒋鹏
王英杰
薛艳生
袁继恒
庞百鸣
袁永旗
郑海明
康文举
杨春
朱先兴
袁高俭
王勇
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吕玉良
屈晓彬
全微波
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Abstract

本发明公开了一种高强度高韧性船板钢EH550厚板及其生产方法，通过吹氩处理、LF精炼、VD精炼、浇铸、加热、轧制、热处理工艺等步骤制得，本发明采用适当碳当量增加钢的强度，优化合金元素（Nb、V、Cr、Mo、B）保证钢的淬透性，在不降低韧性的前提下，确保其的各项性能指标达到技术条件的要求；结合化学成分中C、Si、Mn、Al等基础元素对于改善钢种强度和影响钢种塑韧性的综合作用，以及P、S对于合金高强度类钢种的危害作用，为充分发挥固溶强化与细晶强化的双重效果，在不降低塑韧性的前提下，确保钢板的各项性能指标均达到并高于标准的要求，同时确保生产成本最为经济。

Description

一种高强度高韧性船板钢EH550厚板及其生产方法
技术领域
本发明涉及宽厚板生产领域，具体涉及一种高强度高韧性船板钢EH550厚板及其生产方法。
背景技术
随着船舶吨位的大型化方向发展，国内高强度特厚板船板用钢生产技术明显不足。主要是由于高强韧性的船板钢在生产过程中难度大、质量要求高。为满足国内造船业需求，高技术含量、高附加值船板钢各企业都希望通过技术改进，大力研发促进产品升级。
发明内容
针对上述问题，本发明人经过反复理论计算、并不断试验摸索，获得了-一种高强度高韧性船板钢EH550厚板及其生产方法，从而完成了本发明。
因此，本发明的目的在于提供一种高强度高韧性船板钢EH550厚板，该钢种具有很优越的强韧性能，主要特色是超细晶粒，抗层状撕裂、较低的韧脆转变、耐腐蚀性能优越。
本发明的另一目的是提供一种高强度高韧性船板钢EH550厚板的生产方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高强度高韧性船板钢EH550厚板，该厚板厚度为100mm以上，包含以下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C 0.03～0.08、Si≤0.30、Mn 1.0～1.4、P≤0.014、S≤0.004、Cr≤0.70、Ni≤0.14～1.4、Mo≤0.40、B≤0.002，其它为Fe和残留元素，碳当量Ceq≤0.49，
焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.22，其中
Ceq＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/1
Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。
本发明采用适当碳当量增加钢的强度，优化合金元素(Nb、V、Cr、Mo、B)保证钢的淬透性，在不降低韧性的前提下，确保其的各项性能指标达到技术条件的要求；炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱除至所炼钢钟的要求；从钢的性质可看出碳也是重要的合金元素，它可以增加钢的强度和硬度，但对韧性产生不利影响；钢中的碳决定了冶炼、轧制和热处理的温度制度；碳能显著改变钢的液态和凝固性质，在1600℃，[C]≤0.8％时，每增0.1％的碳，钢的熔点降低6.50℃，密度减少4kg/m3，黏度降低0.7％；
锰是一种非常弱的脱氧剂，在碳含量非常低、氧含量很高时，可以显示出脱氧作用，协助脱氧，提高他们的脱氧能力；锰可以略微提高钢的强度，并可提高钢的淬透性能，稳定并扩大奥氏体区；Mn能增加奥氏体的稳定性，扩大γ相区得奥氏体；降低淬火时的临界冷却速度。降低钢的临界点(A1和A3)较同碳量碳素钢低25～30℃，所以可提高钢的淬透性，淬火时的变形也比较小，适用于宽厚板的要求；
当镍＜0.3％时，其变脆温度即达-100℃以下，所以能同时提高淬火结构钢的强度和塑性。Ni的晶格常数与γ-铁相近，所以可成连续固溶体，这就有利于提高钢的淬硬性，Ni可降低临界点并增加奥氏体的稳定性，所以其淬火温度可降低，淬透性好；当它同Cr、Mo结合的时候，淬透性尤可增高。镍钼钢还具有很高的疲劳极限；Ni本身不是有效的抗氧化学元素，所以很少单独用作不锈钢的合金元素，但对浓苛性碱有好的作用；Ni可提高奥氏体钢的蠕变抗力，须加入别的合金元素，通过固溶强化或沉淀硬化的途径来解决。在所有各种碳化物中，铬碳化物是最细小的一种，它可均匀地分布在钢体积中，所以具有高的强度、硬度、屈服点和高的耐磨性；由于它能使组织细化而又均匀分布，所以塑性、韧性也好，这对工具钢尤有价值；
成分设计是保证性能的基础，结合化学成分中C、Si、Mn、Al等基础元素对于改善钢种强度和影响钢种塑韧性的综合作用，以及P、S对于合金高强度类钢种的危害作用，为充分发挥固溶强化与细晶强化的双重效果，在不降低塑韧性的前提下，确保钢板的各项性能指标均达到并高于标准的要求，同时确保生产成本最为经济。
一种高强度高韧性船板钢EH550厚板的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
1)吹氩处理：经过KR铁水预处理和转炉冶炼后，开始进行吹氩处理，铝线一次性加入，加入量按照2.1m/t钢；
2)LF精炼：LF精炼环节铝线加入量按照≤5.1m/t钢进行；
3)VD精炼：VD保压时间按照≥17.5min控制，要求在68Pa的真空度下，保压过程钢水翻腾效果良好，VD破空后要求必须定氢，氢值H＜1.1ppm；
4)浇铸：浇铸温度按照1561-1564℃进行控制；
5)加热：根据钢板化学成分及奥氏体加热长大特点，钢坯加热温度为1221-1241℃，加热时间10min/cm，适当延长钢坯均热时间，保证钢坯均热时间大于31min；
6)轧制：采用TMCP轧制工艺，开轧温度控制在1051～1101℃，第一阶段采用″高温、低速、大压下″工艺，充分破碎奥氏体晶粒，使得轧制力渗透到铸坯中心，通过奥氏体再结晶区的反复再结晶细化奥氏体晶粒，总压下率大于61％，中间坯厚度控制在成品厚度的2.6～3.6倍，在900℃以下奥氏体未再结晶区进行精轧，精轧道次压下率≥13％，终轧温度控制在841℃以下；
7)热处理：热处理先采用辊底式热处理炉加热，加热时
炉底辊速度＝炉子有效长度m/钢板在炉时间min＝(CMD07-CMD01-钢板长度)/钢板在炉时间(m/min)＝(CMD07-CMD01-钢板长度)/(加热速率x板厚+保温时间)
按钢板在炉温度920℃，在炉时间2.2min/mm进行一次加热，然后再采用在炉温度860℃，在炉时间2.2min/mm进行二次加热；
后采用辊压式淬火机进行热处理，工作时， 制得本发明，其中
v辊速：工艺设计辊速，m/min；
L：淬火线高压段长度，m；
冷却温度差(即T出-T终)，℃；
T出：出钢温度，℃；
T终：终冷温度，℃；
V设计：淬火机冷却速度，℃/s。
本发明在v辊速≤11.47m/min的最大冷却能力情况下，能够保证钢板淬透，为确保钢板充分淬透及考虑到理论与实践的安全系数，实际执行设计辊速v辊速≤10m/min，经过600-6500℃回火最终使钢板力学性能完全满足标准及使用要求。
通过两相区的亚温淬火，该钢种通过2次淬火，保留部分未溶的铁素体阻止已转变的奥氏体长大，把奥氏体一定量的晶粒分割成多个区域，并在后期冷到贝氏体转变温度后，被分割的各区内不同取向亚晶界上的析出物促使贝氏体在各亚晶界形核，亚晶的取向差引起各亚晶贝氏体束方向不同，并且各束贝氏体的长大过程受亚晶界的限制。在双相区淬火后得到软、硬相结合的组织，即游离铁素体+马氏体+(板条贝氏体)+残余奥氏体的混合组织，提高特厚钢板的韧性。
附图说明
下面结合附图及实施例，对本发明的特征作进一步描述。
图1是本发明实施例中EH550厚板的显微组织。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的技术特征作进一步描述。
本发明的实施例是生产一种高强度高韧性船板钢EH550厚板，该厚板厚度为100mm以上，包含以下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C 0.03～0.08、Si≤0.30、Mn 1.0～1.4、P≤0.014、S≤0.004、Cr≤0.70、Ni≤0.14～1.4、Mo≤0.40、B≤0.002，其它为Fe和残留元素，碳当量Ceq≤0.49，
焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.22，其中
Ceq＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/1
Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。
本发明采用适当碳当量增加钢的强度，优化合金元素(Nb、V、Cr、Mo、B)保证钢的淬透性，在不降低韧性的前提下，确保其的各项性能指标达到技术条件的要求；炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱除至所炼钢钟的要求；成分设计是保证性能的基础，结合化学成分中C、Si、Mn、Al等基础元素对于改善钢种强度和影响钢种塑韧性的综合作用，以及P、S对于合金高强度类钢种的危害作用，为充分发挥固溶强化与细晶强化的双重效果，在不降低塑韧性的前提下，确保钢板的各项性能指标均达到并高于标准的要求，同时确保生产成本最为经济。
上述实施例通过以下步骤来实现：
1)吹氩处理：经过KR铁水预处理和转炉冶炼后，开始进行吹氩处理，铝线一次性加入，加入量按照2.1m/t钢；
2)LF精炼：LF精炼环节铝线加入量按照≤5.1m/t钢进行；
3)VD精炼：VD保压时间按照≥17.5min控制，要求在68Pa的真空度下，保压过程钢水翻腾效果良好，VD破空后要求必须定氢，氢值H＜1.1ppm；
4)浇铸：浇铸温度按照1561-1564℃进行控制；
5)加热：根据钢板化学成分及奥氏体加热长大特点，钢坯加热温度为1221-1241℃，加热时间10min/cm，适当延长钢坯均热时间，保证钢坯均热时间大于31min；
6)轧制：采用TMCP轧制工艺，开轧温度控制在1051～1101℃，第一阶段采用″高温、低速、大压下″工艺，充分破碎奥氏体晶粒，使得轧制力渗透到铸坯中心，通过奥氏体再结晶区的反复再结晶细化奥氏体晶粒，总压下率大于61％，中间坯厚度控制在成品厚度的2.6～3.6倍，在900℃以下奥氏体未再结晶区进行精轧，精轧道次压下率≥13％，终轧温度控制在841℃以下；
7)热处理：热处理先采用辊底式热处理炉加热，加热时
炉底辊速度＝炉子有效长度m/钢板在炉时间min＝(CMD07-CMD01-钢板长度)/钢板在炉时间(m/min)＝(CMD07-CMD01-钢板长度)/(加热速率x板厚+保温时间)
按钢板在炉温度920℃，在炉时间2.2min/mm进行一次加热，然后再采用在炉温度860℃，在炉时间2.2min/mm进行二次加热；
后采用辊压式淬火机进行热处理，工作时， 制得本发明，其中
v辊速：工艺设计辊速，m/min；
L：淬火线高压段长度，m；
冷却温度差(即T出-T终)，℃；
T出：出钢温度，℃；
T终：终冷温度，℃；
V设计：淬火机冷却速度，℃/s。
本发明在v辊速≤11.47m/min的最大冷却能力情况下，能够保证钢板淬透，为确保钢板充分淬透及考虑到理论与实践的安全系数，实际执行设计辊速v辊速≤10m/min，经过600-6200℃回火最终使钢板力学性能完全满足标准及使用要求。
对上述生产方法制成的100mm厚板进行机械力学性能分析
附图1是本发明实施例中EH550厚板的显微组织。在双相区淬火后得到软、硬相结合的组织，即游离铁素体+马氏体+(板条贝氏体)+残余奥氏体的混合组织，提高特厚钢板的韧性。
对上述生产出的各批次的厚板进行性能分析：本次批量生产100mm厚板共计5批，其中：屈服强度、抗拉强度、伸长率、V型冲击功均控制在规定范围内；完全满足客户要求调质42CrMo4的性能；
外检及探伤：研制的钢板外检正品率100％，按JB/T 47030标准进行探伤合三级率100％，达到了预期效果。
以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种高强度高韧性船板钢EH550厚板，其特征在于：该厚板厚度为100mm以上，包含以下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C 0.03～0.08、Si≤0.30、Mn 1.0～1.4、P≤0.014、S≤0.004、Cr≤0.70、Ni≤0.14～1.4、Mo≤0.40、B≤0.002，其它为Fe和残留元素，碳当量Ceq≤0.49，
焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.22，其中
Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/1
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。
2.一种高强度高韧性船板钢EH550厚板的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
1）吹氩处理：经过KR铁水预处理和转炉冶炼后，开始进行吹氩处理，铝线一次性加入，加入量按照2.1m/t钢；
2）LF精炼：LF精炼环节铝线加入量按照≤5.1m/t钢进行；
3）VD精炼：VD保压时间按照≥17.5min控制，要求在68Pa的真空度下，保压过程钢水翻腾效果良好，VD破空后要求必须定氢，氢值H＜1.1ppm；
4）浇铸：浇铸温度按照1561-1564℃进行控制；
5）加热：根据钢板化学成分及奥氏体加热长大特点，钢坯加热温度为1221-1241℃，加热时间10min/cm，适当延长钢坯均热时间，保证钢坯均热时间大于31min；
6）轧制：采用TMCP轧制工艺，开轧温度控制在1051～1101℃，第一阶段采用“高温、低速、大压下”工艺，充分破碎奥氏体晶粒，使得轧制力渗透到铸坯中心，通过奥氏体再结晶区的反复再结晶细化奥氏体晶粒，总压下率大于61%，中间坯厚度控制在成品厚度的2.6～3.6倍，在900℃以下奥氏体未再结晶区进行精轧，精轧道次压下率≥13%，终轧温度控制在841℃以下；
7）热处理：热处理先采用辊底式热处理炉加热，加热时
炉底辊速度=炉子有效长度m/ 钢板在炉时间min
=（CMD07-CMD01-钢板长度）/ 钢板在炉时间（m/min）
=（CMD07-CMD01-钢板长度）/（加热速率x板厚+保温时间）
按钢板在炉温度920℃，在炉时间2.2min/mm进行一次加热，然后再采用在炉温度860℃，在炉时间2.2min/mm进行二次加热；
后采用辊压式淬火机进行热处理，工作时，ν辊速 = L/t = L/(▽T/V设计) = L/[(T出-T终)/V设计]≤10m/min，制得本发明，其中
ν辊速：工艺设计辊速，m/min；
L：淬火线高压段长度，m；
▽T：冷却温度差（即T出-T终），℃；
T出：出钢温度，℃；
T终：终冷温度，℃；
V设计：淬火机冷却速度，℃/s。
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