CN107177793A - 一种厚度400‑610mm的低合金特厚结构钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及厚度400‑610mm的低合金特厚结构钢板，该钢板的对化学成分进行重新设计，控制S、P、H、O、N元素含量提高钢水纯净度，改善特厚钢板的低温冲击韧性，降低氧含量并结合热轧工艺达到有效减少钢中氧化物的含量，为复合界面实现金属键结合创造有利条件。采用370mm断面连铸板坯作为基坯三坯复合，复合坯厚度为1050‑1090mm，以复合坯作为坯料通过加热、轧制和正火工序生产，钢板具有良好的内部质量和优异的力学性能，探伤可满足EN10160 S1E1、A578B、A435等标准级别，厚度方向性能可满足Z35，‑20℃低温冲击可满足单值≥100J。

Description

一种厚度400-610mm的低合金特厚结构钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于钢板制造领域，具体涉及一种厚度为400-610mm的低合金特厚结构钢板及其制造方法。

背景技术

随着机械制造业的快速发展和设备大型化的需要，低合金特厚钢板需求量逐年增加，且向大单重和高性能方向发展。钢板厚度越大，其内部疏松、偏析等冶金缺陷越严重，导致钢板探伤性能、低温冲击性能和抗层状撕裂性能无法满足行业发展的需要。目前生产400mm以上厚度特厚钢板所采用的坯料主要有锻造坯、水冷模铸扁钢锭、电渣重熔扁锭等，这些坯料在生产大单重、小批量和特殊品种时具有一定优势，但存在项目投资大、生产流程长、能耗高、金属综合成材率低的缺点。近年来，舞阳和南钢相继开发采用复合坯生产特厚钢板工艺，并取得一定的研究成果。

公布号为CN106216947A的发明专利涉及“一种大厚度探伤钢板的生产方法”，提供了一种采用330mm断面钢坯作为基坯三坯复合，通过真空电子束焊接和热轧工序生产350-400mm厚度低合金特厚钢板生产方法。钢板可满足Z35性能要求，探伤可满足国标I级和SEL072-99标准I级。未提及钢板低温冲击性能，基坯和钢板厚度较小，不能完全满足行业发展的需要。

公告号为CN106191658A的发明专利涉及一种“一种三坯复合生产特厚低温冲击钢板的工艺”，提供了一种采用200mm断面连铸板坯作为基坯三坯复合，通过真空电子束焊接、加热、轧制和热处理工序生产最大厚度为220mm厚度特厚钢板生产工艺。钢板厚度方向Z向性能≥50%，-40℃低温冲击≥100J。未提及钢板探伤性能，基坯和钢板厚度较小，不能完全满足行业发展的需要。

基于以上现有技术，申请人提出一种采用复合坯生产低合金特厚钢板及其制造方法，采用370mm断面连铸坯作为基坯，复合坯厚度为1050-1090mm，通过真空电子束焊接、复合坯加热、轧制和正火处理工序，生产厚度为＞400-610mm的低合金特厚钢板，钢板探伤可满足EN10160 S1E1、A578B、A435等标准级别，厚度方向性能可满足Z35，-20℃低温冲击可满足单值≥100J。

本发明产品生产工艺简单，组坯灵活，适合批量生产，经检索未发现与该工艺相关的专利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种厚度为400-610mm的低合金特厚结构钢板，可应用于风电、水电、桥梁和工程机械等领域重要结构部件的制造，具有良好的内部质量、优异的低温冲击韧性和良好的抗层状撕裂性能。

本发明另一目的是提供一种厚度为400-610mm的低合金特厚结构钢板的制造方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，一种厚度为400-610mm的低合金特厚结构钢板，该钢板的化学成分按重量百分比计为C：≤0.15%，Si：≤0.35%，Mn：1.20～1.60%，P：≤0.008%，S：≤0.001%，Al：0.02～0.06%，Nb：0.02～0.05%，V：0.02～0.05%，Ti：0.01～0.05%，Ni：0.10～0.25%，Cu：≤0.20%，H：≤0.00012%，O：≤0.0010%，N：≤0.0040%，Pb：≤0.025%，Sn：≤0.025%，As：≤0.025%，Sb：≤0.01%，Bi：≤0.01%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

进一步讲，本发明属于厚度为400-610mm低合金特厚钢板，其力学性能满足：-20℃纵向冲击功单值≥100J，厚度方向拉伸断面收缩率≥50%，其他性能满足相关结构钢标准。钢板UT探伤可满足EN10160 S1E1、A578B、A435等标准级别。

上述厚度为＞400-610mm的低合金特厚钢板的制造方法：

生产工艺流程：炼钢→连铸→基坯复合→复合坯加热→复合坯轧制→钢板缓冷→钢板探伤→钢板正火→精整→检验→入库。

主要工序的具体操作如下：

1）基坯炼钢、连铸工艺

该工序主要通过KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理、RH真空循环脱气以及连铸工序动态轻压下技术，降低钢中S、P、H、O、N元素含量来提高钢水纯净度，减轻铸坯偏析、疏松和裂纹等缺陷，保证基坯内部质量。

2）复合坯加热、轧制工艺

采用3块370mm断面连铸板坯作为基坯，表面铣磨后在真空室内通过电子束焊接组合成复合坯，复合坯厚度为1050-1090mm。

复合坯采用特定的分段加热方式：600℃以下装钢，闷钢1-3小时；低温段以50-100℃/h速度升温至850±20℃，保温2-4小时；中温段以不大于150℃/h速度升温至1000±20℃，保温1-2h；高温段不限制升温速度，升温至1240-1270℃，保温5-7小时。低温段和中温段控制升温速度，并适当保温，可以避免由于升温过快，造成复合坯焊接部位开裂，引起界面氧化，最终影响复合效果；高温段不限制升温速度，1240℃以上长时间保温有利于复合界面形成金属键连接。

轧制工序采用粗轧机单机架轧制，设置热轧抢温轧制，开轧温度为1050-1120℃，终轧温度为950-1000℃，所有轧制变形在粗轧机上完成，轧制过程采用大压下轧制工艺，在轧机能力允许条件下尽量减少轧制道次，总轧制道次为12-16道次，为了防止混晶，单道次压下率均控制在6%以上，为了充分破碎加热过程中产生的氧化物，实现复合界面金属键结合，纵轧道次至少4个轧制道次的单道次压下量≥50mm。

钢板下线后加罩缓冷≥72小时。

3） 热处理工艺

采用正火工艺，正火温度为890±20℃，保温时间系数：2.5～3.5min/mm，空冷；为了保证正火后冷却效果，钢板下线后单独摆放。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

本发明涉及一种厚度为＞400-610mm的低合金特厚钢板，该钢板采用三坯复合坯生产，正火后具有良好的内部质量、优异的低温冲击韧性和良好的抗层状撕裂性能。

为了实现上述目的，本发明采用低碳成分设计，通过提高基坯纯净度、内部质量以及后续轧制和热处理工艺来保证钢板探伤质量和力学性能，关键技术措施：

1）通过降低S、P、H、O、N元素含量提高钢水纯净度，进而改善特厚钢板的低温冲击韧性，此外，降低氧含量可以有效减少钢中氧化物的含量，为复合界面实现金属键结合创造有利条件。

2）通过连铸动态轻压下技术减轻基坯偏析和疏松缺陷，进而保证钢板内部质量和探伤性能。

3）在加热过程中，采用高温段长时间保温和粗轧工序采用大压下轧制工艺，是实复合界面现金属键结合的关键措施，可有效避免钢板在复合界面出现分层缺陷。

在高温加热和长时间保温的作用下，相互紧密接触的的金属首先形成金属键连接，并通过扩散迁移，使金属间的大部分孔洞消失，并在再结晶温度以上重新形核、长大，形成新的晶粒，实现牢固的冶金结合。

在加热和保温过程中在复合界面两侧会形成氧的浓度梯度，当加热温度达到1200℃，钢中Al、Si等元素在浓度梯度和高激活能的作用下，迅速向间隙扩散，并结合成氧化物，这对于大厚度复合坯界面复合是不可避免的不利因素，也是复合坯的生产难度。采用大压下轧制工艺可以增加复合界面的应力，有利于破碎氧化物，使紧密接触的新鲜金属的面积增大，通过扩散和再结晶形成新的晶粒，实现牢固的冶金结合。

与现有技术相比，本发明钢板厚度和复合坯采用的连铸基坯厚度较大，具体为：采用370mm连铸坯作为基坯三坯复合，复合坯厚度为1050-1090mm，轧制钢板厚度为400-610mm。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例钢板的厚度为450mm，其化学成分按重量百分比计为：C：0.12%，Si：0.22%，Mn：1.52%，P： 0.006%，S：0.0008%，Al：0.032%，Nb：0.035%，V：028%， Ti：0.015%，Ni：0.22%，Cu：0.05%，H：0.00010%，O：0.0009%，N：0.0032%，Pb：0.0012%，Sn：0.0025%，As：0.0035%，Sb：0.0015%，Bi：0.002%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该钢板的制造工艺为如下：

生产工艺流程：炼钢→连铸→基坯复合→复合坯加热→复合坯轧制→钢板缓冷→钢板探伤→钢板正火→精整→检验→入库。

主要工序的具体操作如下：

基坯炼钢、连铸工序主要通过KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理、RH真空循环脱气以及连铸工序动态轻压下技术，降低钢中S、P、H、O、N元素含量来提高钢水纯净度，减轻铸坯偏析、疏松和裂纹等缺陷，保证基坯内部质量。

采用3块370mm断面连铸板坯作为基坯，表面铣磨后在真空室内通过电子束焊接组合成复合坯，复合坯厚度为1050mm。

复合坯加热工序采用分段加热方式：550℃装钢，闷钢2小时；低温段以80℃/h速度升温至850℃，保温3小时；中温段以110℃/h速度升温至1000℃，保温1.2h；高温段不限制升温速度，升温至1260℃，保温6小时。

轧制工序采用粗轧机单机架轧制，开轧温度为1115℃，终轧温度为960℃，所有轧制变形在粗轧机上完成，轧制过程中采用大压下轧制工艺，在轧机能力允许条件下尽量减少轧制道次，总轧制道次为15道次，单道次压下率均控制在6%以上，纵轧道次有4个轧制道次单道次压下量≥50mm，分别为52mm、55m、52mm、54mm。。

钢板下线后加罩缓冷≥72小时。

热处理工序采用正火工艺，正火温度为905℃，保温时间系数：3.0min/mm，空冷；为了保证正火后冷却效果，钢板下线后单独摆放。

经由上述制造工艺制得的450mm厚低合金特厚钢板，UT探伤满足EN10160 S1E1、A578B、A435等标准级别要求，具有优异的低温冲击韧性和良好的抗层状撕裂性能详见表1。

实施例2

本实施例钢板的厚度为500mm，其化学成分按重量百分比计为：C：0.13%，Si：0.24%，Mn：1.55%，P： 0.005%，S：0.0005%，Al：0.034%，Nb：0.040%，V：032%， Ti：0.016%，Ni：0.21%，Cu：0.10%，H：0.00008%，O：0.0008%，N：0.0036%，Pb：0.0002%，Sn：0.0030%，As：0.0050%，Sb：0.0020%，Bi：0.0010%，:余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该钢板的制造工艺为如下：

生产工艺流程：炼钢→连铸→基坯复合→复合坯加热→复合坯轧制→钢板缓冷→钢板探伤→钢板正火→精整→检验→入库。

主要工序的具体操作如下：

基坯炼钢、连铸工序主要通过KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理、RH真空循环脱气以及连铸工序动态轻压下技术，降低钢中S、P、H、O、N元素含量来提高钢水纯净度，减轻铸坯偏析、疏松和裂纹等缺陷，保证基坯内部质量。

采用3块370mm断面连铸板坯作为基坯，表面铣磨后在真空室内通过电子束焊接组合成复合坯，复合坯厚度为1060mm。

复合坯加热工序采用分段加热方式：500℃装钢，闷钢2.5小时；低温段以70℃/h速度升温至860℃，保温2.8小时；中温段以120℃/h速度升温至1010℃，保温1.5h；高温段不限制升温速度，升温至1265℃，保温6.5小时。

轧制工序采用热轧抢温轧制，开轧温度为1100℃，终轧温度为970℃。所有轧制变形在粗轧机完成，轧制过程中采用大压下轧制工艺，在轧机能力允许条件下尽量减少轧制道次，总轧制道次为14道次，单道次压下率均控制在6%以上，纵轧道次有4个轧制道次单道次压下量≥50mm，分别为52mm、52m、52mm、55mm。

钢板下线后加罩缓冷≥72小时。

热处理工序采用正火工艺，正火温度为900℃，保温时间系数：3.2min/mm，空冷；为了保证正火后冷却效果，钢板下线后单独摆放。

经由上述制造工艺制得的500mm厚低合金特厚钢板，UT探伤满足EN10160 S1E1、A578B、A435等标准级别要求，具有优异的低温冲击韧性和良好的抗层状撕裂性能详见表1。

实施例3

本实施例钢板的厚度为610mm，其化学成分按重量百分比计为：C：0.14%，Si：0.20%，Mn：1.55%，P： 0.006%，S：0.0005%，Al：0.030%，Nb：0.035%，V：035%，Ti：0.018%， Ni：0.23%，Cu：0.06%，H：0.00006%，O：0.0008%，N：0.0032%，Pb：0.0001%，Sn：0.0020%，As：0.0030%，Sb：0.0022%，Bi：0.0012%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该钢板的制造工艺为如下：

生产工艺流程：炼钢→连铸→基坯复合→复合坯加热→复合坯轧制→钢板缓冷→钢板探伤→钢板正火→精整→检验→入库。

主要工序的具体操作如下：

基坯炼钢、连铸工序主要通过KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理、RH真空循环脱气以及连铸工序动态轻压下技术，降低钢中S、P、H、O、N元素含量来提高钢水纯净度，减轻铸坯偏析、疏松和裂纹等缺陷，保证基坯内部质量。

采用3块370mm断面连铸板坯作为基坯，表面铣磨后在真空室内通过电子束焊接组合成复合坯，复合坯厚度为1070mm。

复合坯加热工序采用分段加热方式：585℃装钢，闷钢2.5小时；低温段以60℃/h速度升温至870℃，保温3.6小时；中温段以100℃/h速度升温至995℃，保温1.8h；高温段不限制升温速度，升温至1260℃，保温7小时。

轧制工序采用热轧抢温轧制，开轧温度为1110℃，终轧温度为980℃。所有轧制变形在粗轧机完成，轧制过程中采用大压下轧制工艺，在轧机能力允许条件下尽量减少轧制道次，总轧制道次为12道次，单道次压下率均控制在6%以上，纵轧道次有4个轧制道次单道次压下量≥50mm，分别为52mm、52m、55mm、55mm。

钢板下线后加罩缓冷≥72小时。

热处理工序采用正火工艺，正火温度为910℃，保温时间系数：3.5min/mm，空冷；为了保证正火后冷却效果，钢板下线后单独摆放。

经由上述制造工艺制得的610mm厚低合金特厚钢板，UT探伤满足EN10160 S1E1、A578B、A435等标准级别要求，具有优异的低温冲击韧性和良好的抗层状撕裂性能详见表1。

表1 各实施例所生产的钢板的力学性能

注：（）内为平均值。

Claims (4)

1.一种厚度400-610mm的低合金特厚结构钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按重量百分比计为C：≤0.15%，Si：≤0.35%，Mn：1.20～1.60%，P：≤0.008%，S：≤0.001%，Al：0.02～0.06%，Nb：0.02～0.05%，V：0.02～0.05%，Ti：0.01～0.05%，Ni：0.10～0.25%，Cu：≤0.20%，H：≤0.00012%，O：≤0.0010%，N：≤0.0040%，Pb：≤0.025%，Sn：≤0.025%，As：≤0.025%，Sb：≤0.01%，Bi：≤0.01%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的厚度400-610mm的低合金特厚结构钢板，其特征在于：C：0.12～0.15%，Si：0.20～0.35%。

3.根据权利要求1所述的厚度400-610mm的低合金特厚结构钢板，其特征在于：采用连铸坯作为基坯进行三坯复合，复合坯厚度为1050-1090mm，通过真空电子束焊接、特定的复合坯加热、轧制和正火处理工序，生产厚度400-610mm的低合金特厚钢板，钢板力学性能满足：-20℃纵向冲击功单值≥100J，厚度方向拉伸断面收缩率≥50%，其他性能满足相关结构钢标准，钢板UT探伤可满足EN10160 S1E1、A578B、A435标准级别。

4.一种制造权利要求1所述厚度为400-610mm的低合金特厚结构钢板的方法，其特征在于：

生产工艺流程：炼钢→连铸→基坯复合→复合坯加热→复合坯轧制→钢板缓冷→钢板探伤→钢板正火→精整→检验→入库；

主要工序的具体操作如下：

1）基坯炼钢、连铸工艺

该工序主要通过KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理、RH真空循环脱气以及连铸工序动态轻压下技术，降低钢中S、P、H、O、N元素含量来提高钢水纯净度，减轻铸坯偏析、疏松和裂纹等缺陷，保证基坯内部质量；

2）复合坯加热、轧制工艺

采用3块370mm及以上的断面连铸板坯作为基坯，表面铣磨后在真空室内通过电子束焊接组合成复合坯，复合坯厚度为1050-1090mm；

复合坯采用特定的分段加热方式：600℃以下装钢，闷钢1-3小时；低温段以50-100℃/h速度升温至850±20℃，保温2-4小时；中温段以不大于150℃/h速度升温至1000±20℃，保温1-2h；高温段不限制升温速度，升温至1240-1270℃，保温5-7小时；

轧制工序采用粗轧机单机架轧制，设置热轧抢温轧制，开轧温度为1050-1120℃，终轧温度为950-1000℃，所有轧制变形在粗轧机上完成，轧制过程采用大压下轧制工艺，在轧机能力允许条件下尽量减少轧制道次，总轧制道次为12-16道次，为了防止混晶，单道次压下率均控制在6%以上，为了充分破碎加热过程中产生的氧化物，实现复合界面金属键结合，纵轧道次至少4个轧制道次的单道次压下量≥50mm；

钢板下线后加罩缓冷≥72小时；

3）热处理工艺

采用正火工艺，正火温度为890±20℃，保温时间系数：2.5～3.5min/mm，空冷；为了保证正火后冷却效果，钢板下线后单独摆放。