專利名稱：高強度船體結構用鋼及其板卷生產方法
技術領域：
本發明屬于低合金鋼，尤其涉及船體結構用鋼及其生產方法。
背景技術：
隨著造船工業的發展，普通的船用鋼板已不能滿足船舶大型化、專業化的要求，人們首選性能優異的低合金鋼。中國國家標準GB712-2000公開的高強度船板鋼成份(wt％)C≤0.18％、Si≤0.50％、0.90-1.60％Mn、Als≥0.015、0.02-0.05％Nb、0.05-0.10％V、Ti≤0.02％、Cu≤0.35％、Cr≤0.02％、Ni≤0.40％、Mo≤0.08％，其余為Fe及雜質元素。這種鋼合金元素達11種之多，其缺陷是添加合金品種多，一些合金元素價格不菲，增加了煉鋼成本，還給煉鋼生產帶來不便。現在船體結構用鋼板多采用常規流程生產，由煉鋼車間冶煉、鑄坯，冷卻后或紅送至軋鋼車間，先進行二次加熱，再軋制成材。其缺陷是工藝復雜，設備多，生產線長，基建投資高；生產周期長，從冶煉鋼水到軋制成船板約需2天以上，占用流動資金多；板坯二次加熱，能耗高；板坯加熱溫度不穩定，沿長度和寬度方向截面溫度分布不均勻，影響船板的性能，影響板厚、凸度、平直度和寬度的精度；成材率低，一般為88％；由于受軋機軋制等方面的限制，生產薄規格的船板更顯得困難。
發明內容
為了克服現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種高強度船體結構用鋼，節省合金元素，簡化冶煉；另一個目的是提供一種該鋼板卷的生產方法，采用CSP連鑄連軋工藝生產7mm以下厚度的船體結構用鋼板卷，獲得良好的板形、力學性能，提高生產效率。
高強度船體結構用鋼，其成份(wt％)包括0.03-0.075％C、0.01-0.35％Si、1.40-1.60％Mn、0.015-0.100％Als、0.020-0.080％V、其余為Fe及雜質元素。
本發明船體結構用鋼采用低碳，用V、Al作細化晶粒元素，適當提高Mn含量，由常規的轉爐或電爐冶煉、LF爐進行精煉，生產出合格的鋼水。
C含量的降低可避開包晶鋼范圍，確保薄板坯連鑄的穩定性，同時為保證較低的碳當量，改善鋼板的焊接性能，提高其韌性；Mn推遲珠光體轉變，可提高淬透性，起到固溶強化、細化鐵素體晶粒和減少碳化物尺寸，提高鋼板強度，增加韌性的作用；同時Mn降低A3、A1臨界點，在推遲珠光體轉變的同時，也推遲鐵素體轉變；Al主要進行終脫氧和控制晶粒度，Al與N有較大的親和力，生成AlN化合物，這樣Al可起到固定鋼中[N]的作用，同時生成Al2O3，固定鋼中[O]，也細化了晶粒，從而減輕鋼對缺口的敏感性，減少時效現象，并提高沖擊韌性，特別是降低脆性轉變溫度。V與控制控冷工藝相配合，在鋼中形成碳、氮化物，這些析出物的細小質點可以釘扎晶界，具有強烈阻礙晶粒長大的作用。從而細化鐵素體晶粒，而起到固熔強化、析出強化、時效強化和淬硬性作用。達到提高鋼強度和韌性及改善焊接性能。
本發明的高強度船體結構用鋼板卷的生產方法，包括由CSP連鑄機、液壓剪、均熱爐、除鱗機、立輥、連軋機組、冷卻裝置、卷取機依次相連，構成CSP連鑄連軋生產線，特點是在CSP連鑄連軋生產線上、采用專用的溫度制度、壓下制度及冷卻制度，鋼水由連鑄機按專用連鑄工藝鑄坯，液壓剪剪成定尺坯入均熱爐加熱，熱坯除鱗后進入立輥側向軋邊、七機架四輥軋機連續軋制成帶鋼，再進入層流冷卻裝置控制冷卻，最后卷取成板卷。生產連續、高速進行，從冶煉鋼水到軋制成板卷僅需2小時。
(1)連續鑄坯與定尺剪切鋼水由鋼包直接運至連鑄機，按照設定的冷卻曲線和振動曲線進行澆注，由計算機控制。開澆溫度1550～1580℃、澆鑄速度3.8～4.8m/min、鑄坯斷面寬度900～1600mm；厚度45→90mm；鑄坯經液壓剪剪成定尺坯，長度10～44m，半無頭軋制鑄坯最大長度262m。
(2)鑄坯均熱連鑄機、液壓剪、均熱爐緊湊相連，定尺熱坯100％裝入均熱爐中，加熱所需能耗低。鑄坯加熱均勻，板坯在軋制過程中溫度均勻、穩定，使板坯沿長度和寬度截面的溫度分布均勻，鑄坯入爐溫度950-1000℃，均熱爐加熱溫度1170-1190℃，爐膛壓力3-10Pa，鑄坯出爐溫度1140-1160℃。
(3)鑄坯除鱗鑄坯出爐后進入除鱗機，采用高壓水除鱗，入口側水壓24MPa出口側水壓38MPa，噴射寬度1700mm，4組除鱗集管，上部2組可調，下部2組固定，每個集管有35個平噴嘴，采用計算機控制。
(4)連續軋制立輥首先進行側向軋邊，用于微量調整板坯寬度和提高帶鋼邊部質量，并保證鑄坯對中進入連續排列的七機架四輥軋機進行連續軋制，機組采用CVC軋機，由計算機精確控制。
(4.1)軋輥輥徑、軋制速度及軋制力
(4.2)熱軋壓下制度，相對壓下率F分別為第一機架相對壓下率F135-45％第二機架相對壓下率F235-45％第三機架相對壓下率F335-45％第四機架相對壓下率F435-45％第五機架相對壓下率F530-34％第六機架相對壓下率F630-34％第七機架相對壓下率F723-28％(4.3)軋制溫度開軋溫度1040-1060℃終軋溫度880-900℃(4.4)軋制中二次除鱗，在后續機架前設置二次除鱗裝置。
帶鋼成品規格厚度1.0-12.7mm，寬度900-1600mm。
成材率95％(6)軋后冷卻，確保帶鋼力學性能采用層流冷卻裝置，由冷卻水管噴水冷卻，由計算機控制層流開閉，對軋后帶鋼進行冷卻。帶鋼的力學性能為Rel≥400MPa；600MPa≥Rm≥500MPa；A≥24％；縱向沖擊功(-20℃)≥60J；冷彎d＝3a，120°合格(7)帶鋼卷取成卷層流冷卻至卷取機之間設飛剪，對帶鋼頭部進行剪切，剪頭后帶鋼進入卷取機，卷成板卷。卷取最大速度26m/s，卷取溫度620-640℃，鋼卷最大重量29t。
(8)生產過程由計算機控制。
本發明進一步改進，CSP連鑄連軋生產線的連鑄機、均熱爐、除鱗機、事故剪、立輥、連軋機組、層流冷卻裝置、卷取機依次相連，配置緊湊，間隔合理，占地面積少，生產連續高速，保持良好的生產節奏。
連鑄機采用特定的冷卻曲線、振動曲線，供澆注鑄坯時選擇，以保證鑄坯表面和內在質量。
均熱爐與除鱗機之間還設置事故剪，供處理故障時用。
本發明與現有技術相比優點是(1)該發明使用合金元素品種減少，降低冶煉成本，冶煉操作簡便；(2)工藝簡化、設備減少、生產線短，從而大幅度降低了基本建設投資，使得噸鋼投資下降19～34％；(3)生產周期短，生產效率高，從冶煉鋼水至鋼卷送到運輸鏈，僅需約2h，從而減少了大量流動資金；(4)成材率提高，約95％，能耗降低約20％，從而降低了生產成本，使噸材成本降低；(5)產品性能均勻穩定，強度高，板形好，縱向、橫向尺寸及板厚、板寬精度高，產品表面質量好，凸度、平直度優于傳統工藝生產的船板。
圖1高強度船體結構用鋼板卷的生產工藝流程圖。
具體實施例方式
下面通過實施例對本明作進一步說明，按指定的成份在氧氣頂底復吹轉爐冶煉，LF精煉爐進行爐外精煉，CSP連鑄連軋設備上進行控制軋制、控制冷卻，最后卷取成板卷。
實施例1軋制3.5mm船板，合格鋼水，經過CSP連鑄機1(結晶器保護渣188GA3、冷卻曲線2#、振動曲線6#)澆注速度4.0m/min澆注成鑄坯，經液壓剪2剪成定尺(35m×70mm×1500mm)，進入均熱爐3加熱，均熱溫度控制在1180±10℃，出均熱爐經高壓水除鱗機4除鱗，進入立輥軋機5側壓后進入七機架連軋機6連軋，開軋溫度1050±10℃，終軋溫度890±10℃。出最后一架軋機，經過層流裝置7后段控制冷卻，經飛剪9切頭，由卷取機8卷曲成熱軋板卷，卷取溫度在640℃，然后下線，其鋼板成份列于表1中，其性能測試數據列于表2中，有關工藝參數列于表3中。
實施例2同實施例1的方法，軋制4.0mm的船板，其鋼板成份列于表1中，其性能測試數據列于表2中，有關工藝參數列于表3中。
實施例3同實施例1的方法，軋制5.5mm的船板，其鋼板成份列于表1中，其性能測試數據列于表2中，有關工藝參數列于表3中。
實施例4同實施例1的方法，軋制7.5mm的船板，其鋼板成份列于表1中，其性能測試數據列于表2中，有關工藝參數列于表3中。
表1 高強度船體結構用鋼成份(wt，％)
表2 高強度船體結構用鋼力學性能
表3 實施例工藝參數
結論從表1、表2和表3可以看出，按照本發明設計的成分和工藝參數生產的薄規格高強度船板的性能完全符合GB712要求。
權利要求
1.高強度船體結構用鋼，其化學成份(wt％)包括0.03-0.075％C、0.01-0.35％Si、1.40-1.60％Mn、0.015-0.100％Als、0.020-0.080％V、其余為Fe及雜質元素。
2.高強度船體結構用鋼板卷生產方法，包括由CSP連鑄機(1)、液壓剪(2)、均熱爐(3)、除鱗機(4)、立輥(5)、連軋機組(6)、冷卻裝置(7)、卷取機(8)依次相連構成的CSP連鑄連軋生產線，其特征在于在CSP連鑄連軋生產線上，采用專用的溫度制度、壓下制度及冷卻制度，鋼水由連鑄機(1)按專用連鑄工藝鑄坯，液壓剪(2)剪成定尺坯入均熱爐(3)加熱，熱坯除鱗后進入立輥(5)側向軋邊、七機架四輥軋機連續軋制成帶鋼，再進入層流冷卻裝置(7)控制冷卻，最后卷取成板卷。
3.根據權利要求2所述的高強度船體結構用鋼板卷生產方法，其特征在于鋼水由鋼包直接運至連鑄機(1)，按照設定的冷卻曲線和振動曲線進行澆注，開澆溫度1550-1580℃，澆鑄速度3.8-4.8m/min、鑄坯斷面寬度900-1600mm，厚度45-90mm；鑄坯經液壓剪(2)剪成定尺坯，長度10-44m，半無頭軋制鑄坯最大長度262m。
4.根據權利要求2所述的高強度船體結構用鋼板卷生產方法，其特征在于連鑄機(1)、液壓剪(2)、均熱爐(3)緊湊相連，定尺坯100％裝入均熱爐(3)中，鑄坯入爐溫度950-1000℃，均熱爐加熱溫度1170-1190℃，爐膛壓力3-10Pa，鑄坯出爐溫度1140-1160℃。
5.根據權利要求2所述的高強度船體結構用鋼板卷生產方法，其特征在于采用鑄坯高壓水除鱗，入口側水壓24MPa，出口側水壓38MPa，4組除鱗集管，每組集管有35個噴嘴，噴射寬度1700mm。
6.根據權利要求2所述的高強度船體結構用鋼板卷生產方法，其特征在于立輥(5)側向軋邊，用于微調板坯寬度，提高帶鋼邊部質量及保證鑄坯對中進入連續排列的七機架四輥軋機進行連續軋制；1)、軋輥直徑立輥700~750mm，F1、F2為Φ820~950×2000mm，F3、F4為Φ660~750×2000mm，F5、F6、F7為Φ540~620×2000mm；2)、軋制速度F1、F2為1.19~3.57m/s，F3為2.15~6.31m/s，F4為3.00~10.10m/s，F5為5.71-16.23m/s，F6、F7為8.11~23.05m/s；3)、最大軋制力立輥2500KN，F1、F2 44000 KN，F3、F4 42000KN，F5、F6、F7 32000KN；4)、壓下制度 相對壓下率F分別為F1、F2、F3、F4為35-45％，F5、F6為30-34％，F7為23-28％；5)、軋制溫度開軋溫度為1040-1060℃，終軋溫度880-900℃。
7.根據權利要求所述的高強度船體結構用鋼板卷生產方法，其特征在于軋后冷卻采用層流冷卻裝置(7)，由冷卻水管噴水冷卻，由計算機控制層流開閉。
8.根據權利要求所述的高強度船體結構用鋼板卷生產方法，其特征在于卷取最大速度26m/s，卷取溫度620-640℃，卷重29T。
9.根據權利要求所述的高強度船體結構用鋼板卷生產方法，其特征在于本發明生產的鋼板卷力學性能為Rel≥400Mpa；600Mpa≥Rm≥500MPa；A≥24％；縱向沖擊功(-20℃)≥60J；冷彎d＝3a，120°合格。
全文摘要
高強度船體結構用鋼及其板卷生產方法屬低合金鋼，尤其涉及船體結構用鋼及其生產方法。鋼的成份(wt％)包括0.03－0.075％C、0.01－0.35％Si、1.40－1.60％Mn、0.015－0.100％Als、0.020－0.080％V，余為Fe及雜質元素；其生產方法特點是在CSP生產線上，采用專用的溫度制度、壓下制度及冷卻制度，鋼水由連鑄機鑄坯，液壓剪剪成定尺坯入均熱爐加熱，熱坯除鱗后進入立輥側向軋邊、七機架四輥軋機連軋成帶鋼，再進入層流冷卻裝置控制冷卻，最后卷成板卷。優點是合金品種少，工藝簡化、生產線短簡，設備少，生產效率高，成材率高，能耗低；產品性能均勻、穩定，強度高；板形好，板厚、橫向及縱向尺寸、凸度、平直度精度高，表面質量好，可提高造船加工的成材率。
文檔編號B21B1/46GK101082102SQ20071002052
公開日2007年12月5日 申請日期2007年3月8日 優先權日2007年3月8日
發明者王小燕, 孫維, 劉玉蘭, 朱濤, 胡曉春, 史懷言, 趙海山, 王強, 王勇, 張宗寧, 李月蘭, 豐慧 申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司