CN109957731A

CN109957731A - 一种海洋工程用高锰中厚钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN109957731A
Application number: CN201711333480.3A
Authority: CN
Inventors: 朱隆浩; 严玲; 周成; 张鹏; 安晓光; 黄松; 朱晓雷; 海天; 陈华
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-07-02
Anticipated expiration: 2037-12-14
Also published as: CN109957731B

Abstract

本发明公开一种海洋工程用高锰中厚钢板及其生产方法。钢中含有C：0.05％～0.25％、Mn：5.0％～9.0％、Si：0.20％～0.50％、Cu：0.10％～0.50％、Ni：0.25％～0.40％、Cr：0.30％～0.90％、Mo：0.25％～0.80％、N：0.001％～0.007、P≤0.01％、S≤0.01％、Al：0.01％～0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。加热温度1140～1220℃；一阶段开轧温度≥1000℃，单道次压下率＞13％，累计压下率为40％～50％，二阶段终轧温度850～900℃，单道次压下率5％～12％，累计压下率50％～60％；冷速3～7℃/s，返红温度300～450℃，最后进行调质处理。钢板厚30～65mm，低温韧性优良，轧后表面无冷裂纹。

Description

一种海洋工程用高锰中厚钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于中厚钢板制备技术领域，特别涉及到一种适用于海洋工程用高锰中厚钢板的成分设计及其轧制方法。

背景技术

中高锰钢在现代的社会被广泛的应用于耐磨件、汽车、矿山机械以及海洋平台等。因为中高锰钢具有良好的拉伸和低温韧性，所以特别适用于海洋工程领域中对钢板的减量化需求。而钢中普遍含有较高的Mn，所以无论是冶炼，还是轧制过程，都是生产难度较高的钢种。高锰钢虽然具有良好的拉伸和低温韧性，被认为是可以弥补Ni系低温钢昂贵成本的钢种，但是高锰含量钢的加工性能差，轧制过程中极易产生冷裂纹。锰钢加工性能差的缺点严重制约了锰钢的发展。为解决这一问题，各钢铁企业均开展了相关试验，目前尚未得到彻底的解决。

CN104630641A公开了800MPa级高强度高塑性低碳中锰钢及其制造方法，钢中含有：C：0.05％～0.25％，Si：0.02％～0.40％，Mn：3.0％～7.0％，P≤0.015％，S≤0.015％，Al：1.5％～3.5％，Cr：0.02％～0.60％，Cu≤0.50％，Mo≤0.4％，Nb≤0.10％，N≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质。Mn含量较低，不能很好的发挥出Mn钢的优势，没有适当的运用Cr、Mo、Ni、Cu等合金的合理配合，形成有效的第二相析出强化，也不能有效的避免钢板在缓慢冷却过程中出现的冷裂纹。另外，生产的钢板为冷轧卷板，且没有说明产品厚度，不能生产厚度为30～65mm热轧中厚板。

CN101550515A公开了一种含铜高强韧高锰钢及其制造方法，其高锰钢使用用途为汽车板，厚度没有做要求，不适用于30～65mm大厚度海洋工程用钢板，且轧制机理中没有考虑到改善铸态组织方面。

CN104805378A公开了一种高强韧的超低碳中锰钢中厚板及其制备方法，生产的钢板厚度为20～50mm，不适用于生产更大厚度厚板。其轧制工艺不能有效的解决轧制过程中厚度方向性能不一的问题。

CN102534406A公开了中锰钢及其制备方法，为电炉冶炼、砂型铸造中锰钢，无法生产连铸热轧大厚度高锰钢板。

发明内容

本发明提供一种海洋工程用高锰中厚钢板及其制造方法，通过锰钢化学成分的设计调整、控制钢质洁净度、以及控制轧制和控制冷却的工艺优化，使高锰钢可以克服轧制后易产生冷裂纹的问题，低温冲击性能得到改善。采用两阶段轧制和控制道次压下率，显著提升钢板全厚度方向的性能一致性。生产出的含锰中厚钢板适用于海洋工程领域。

具体的技术方案是：

一种抗轧制冷裂纹且具有良好低温冲击性能的锰钢钢板，其特征在于按质量百分比计，钢中含有C：0.05％～0.25％、Mn：5.0％～9.0％、Si：0.20％～0.50％、Cu：0.10％～0.50％、Ni：0.25％～0.40％、Cr：0.30％～0.90％、Mo：0.25％～0.80％、N：0.001％～0.007％、P≤0.01％、S≤0.01％以及Al：0.01％～0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的锰钢中各合金成分作用机理如下：

C：是提升强度的必要元素，通过固溶强化和析出强化来提升强度，但是过高的C含量对钢的低温韧性和易焊接性有负面影响。从经济性和产品性能角度考虑，本发明将C含量控制在0.05％～0.25％。

Si：炼钢过程中脱氧成分，为了得到充分的脱氧效果必须含0.20％以上，以固溶形式存在的Si在提高强度的同时也能提高韧脆转变温度，因此本发明将Si含量控制为0.20％～0.50％。

Mn：是锰钢保证强度和韧性的必要元素，Mn与S结合形成MnS，避免晶界处形成FeS而导致的热裂纹，同时Mn也是良好的脱氧剂。因此，本发明将锰含量的控制范围定在5.0％～9.0％。

Cu：在钢中加入Cu，可以提高钢的耐蚀性、强度，改善焊接性、成型性与机加工性等。与Ni同时使用，还可以避免热脆性。Cu、Cr、Ni、Mo元素的合理配合，可以有效的避免钢板冷裂纹的产生。本发明将Cu含量范围控制在0.10％～0.50％。

Ni：具有固溶强化作用，能促使合金钢形成稳定奥氏体组织，具备降低Ar3点、使碳当量或冷裂纹敏感系数Pcm最小的特性，能提高钢的强度和韧性，并改善Cu在钢中引起的热脆性，因此本发明将Ni含量控制在0.25％～0.40％。

Cr：提高钢的淬透性的重要元素，对于厚规格船板及海洋平台用钢而言添加较高Cr含量可以有效提高淬透性以弥补厚度带来的强度损失，改善厚度方向上性能的均匀性。因此本发明Cr含量控制在0.30～0.90％。

Mo：提高淬透性的元素，扩大γ相区，推迟γ→α相变时先析出铁素体形成、促进针状铁素体形成，对控制相变组织起重要作用，能有效提高材料强度；降低相变温度，降低贝氏体转变的临界冷速，有利于在较宽的冷速范围内促进贝氏体转变，使厚钢板具有较好的工艺适应性，能有效改善钢板厚度方向上强韧性能的稳定性。因此本发明将Mo含量控制在0.25％～0.8％。

N：在钢中，N元素虽然是裂纹源和脆性的有害元素，但是适当的N元素可以增加钢铁的强度和耐磨性，因此本发明将N含量控制在0.001％～0.007％。

P：是对冲击值带来不利影响的元素，可以在板坯中心部位偏析以及在晶界聚集等损害低温韧性，本发明将P含量控制在≤0.01％。

S：是对冲击值带来不利影响的元素，可以形成硫化物夹杂，成为裂纹源，本发明将S含量控制在≤0.01％。

Al：作为本发明必须添加的脱氧和细化晶粒元素，添加含量在0.01％以上，但超过0.08％时容易产生铸坯热裂纹，同时钢的韧性降低。本发明将Al的含量范围控制为0.01％～0.05％。

本发明还提供一种海洋工程用高锰中厚钢板的制造方法，包括冶炼、炉外精炼、连铸、轧制、冷却、调质处理。主要包括如下步骤：

(1)冶炼工艺：按照本发明的成分范围进行冶炼、经过LF和RH精炼炉处理，全程保护浇铸，连铸后得到连铸坯；

(2)加热工艺：为防止加热过程中铸坯过热、原始奥氏体晶粒粗大，加热温度控制在1140～1220℃，均热温度控制在1130～1190℃，到温保温时间100～160min；

(3)轧制工艺：对钢坯进行两个阶段控制轧制，第一阶段为再结晶区轧制，轧制温度控制在再结晶临界温度以上，开轧温度≥1000℃，单道次压下率大于13％，累计压下率40％～50％，一阶段轧制后对钢板表面进行间断式水冷至850～900℃为止，其目的是通过大压下率变形使钢板1/4和1/2厚度位置的奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，随后采用间断式水冷可以减少待温时间，冷却到奥氏体未再结晶区来阻止晶粒再结晶和长大；第二阶段为未再结晶区轧制，终轧温度在Ar3以上范围为850～900℃，采用单道次压下率5％～12％，累计压下率控制为50％～60％。使奥氏体晶粒充分变形拉长，为相变形核提供储能和位置，提高相变形核率；

(4)冷却工艺：采用冷速3～7℃/s的快速层流冷却系统，返红温度控制在300～450℃，其目的是度过脆性相析出区域，并保证钢板未冷却至室温，从而避免钢板表面出现裂纹、形成具有优异强韧性的性能，之后采用铺垫热轧板的方式缓冷，铺垫的热轧板温度为250～500℃，进行后续调质处理，以调质态进行交货。

采用TMCP+调质工艺，生产出的锰钢钢板成品厚度范围为30～65mm，在厚度方向上1/4和1/2处的屈服强度≥690MPa，抗拉强度≥800MPa，-40℃夏比冲击功≥180J。

有益效果：

本发明同现有技术相比，有益效果如下：

(1)本发明通过添加适当Cu、Cr、Mo、Ni，控制硫磷含量，采用两阶段轧制方法，一阶段高温大压下量破碎1/2处铸态组织，二阶段小压下量多道次形变积累，提高锰钢板厚度方向不同位置1/4和1/2厚度的低温韧性和屈服强度，可满足本发明锰钢的力学性能要求。

(2)本发明采用在线浇水冷却并控制反红温度为300～450℃的方法，可以避免脆性相析出和钢板表面冷裂纹的产生；

(3)本发明产品的制造工艺易于实现，钢板成品厚度范围为30～65mm，在厚度方向上1/4和1/2处的屈服强度≥690MPa，抗拉强度≥800MPa，-40℃夏比冲击功≥180J，成材率高。

具体实施方式

以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。

表1为本发明实施例钢的化学成分；表2为本发明实施例钢制备工艺；表3为实施例钢及对比钢常规的力学性能。

表1本发明实施例钢及对比钢化学成分

实施例	C	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Mo	Als	N
										1	0.065	0.20	5.0	0.15	0.31	0.40	0.25	0.02	0.0063
2	0.15	0.37	6.33	0.24	0.23	0.30	0.30	0.03	0.0014
										3	0.05	0.41	7.34	0.36	0.25	0.89	0.79	0.04	0.0025
4	0.25	0.45	6.45	0.42	0.40	0.68	0.69	0.01	0.0026
										5	0.08	0.50	8.96	0.50	0.37	0.72	0.45	0.05	0.002
6	0.09	0.48	8.13	0.10	0.32	0.35	0.72	0.04	0.004

钢中P≤0.01％，S≤0.01％。

表2本发明实施例钢及对比钢制备方法

表3本发明实施例钢及对比钢常规力学性能

由上述实施例可得，根据本发明生产的高锰中厚钢板，板厚1/4处的屈服强度＞770MPa，抗拉强度＞890MPa，板厚1/2处的屈服强度＞660MPa，抗拉强度＞800MPa。钢板的延伸率≥19％，纵向冲击功单值＞160J，具有优良的低温冲击韧性。

Claims

1.一种海洋工程用高锰中厚钢板，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.05％～0.25％、Mn：5.0％～9.0％、Si：0.20％～0.50％、Cu：0.10％～0.50％、Ni：0.25％～0.40％、Cr：0.30％～0.90％、Mo：0.25％～0.80％、N：0.001％～0.007、P≤0.01％、S≤0.01％以及Al：0.01％～0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的海洋工程用高锰中厚钢板，其特征在于，钢板厚度为30～65mm。

3.一种如权利要求1或2所述的海洋工程用高锰中厚钢板的生产方法，钢板的生产工艺为：冶炼、炉外精炼、连铸、轧制、冷却、调质处理，其特征在于，

铸坯加热温度为1140～1220℃，均热温度为1130～1190℃，到温保温时间100～160min；

对钢坯进行两个阶段控制轧制，第一阶段为再结晶区轧制，轧制温度控制在再结晶临界温度以上，开轧温度≥1000℃，单道次压下率＞13％，累计压下率为40％～50％，一阶段轧制后对钢板表面进行间断式水冷至850～900℃；第二阶段为未再结晶区轧制，终轧温度在Ar3以上，为850～900℃，采用单道次压下率5％～12％，累计压下率为50％～60％；

采用冷速3～7℃/s的快速层流冷却，返红温度为300～450℃，之后采用铺垫热轧板的方式缓冷，铺垫的热轧板温度为250～500℃，进行后续调质处理，以调质态进行交货。