專利名稱：屈服強度355MPa合金減量型船板鋼及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明特別涉及一種具有優良低溫韌性和屈服強度級別為355MPa的合金減量型船板鋼及其制備工藝。
背景技術：
屈服強度355MPa級鋼板是船艦建造所需的主要材料之一，其產量大，用途廣。在 C-Mn鋼的基礎上，各鋼廠采用不同微合金化，如在鋼中添加V、添加Nb、復合添加Nb-V以及復合添加Nb-Ti的大線能焊接DH36鋼。此類鋼種普遍采用兩階段控制軋制(粗軋、待溫、 精軋)和快速冷卻(TMCP)工藝生產DH36鋼板。對含Nb鋼，精軋開軋溫度為830 930°C; 含V鋼的精軋開軋溫度不超過880°C ；待溫厚度為成品厚度(t)的2 3. 5倍。通過先進的TMCP工藝，可以提高普通碳素鋼或低(微)合金鋼的強韌性，實現低成本減量化生產，促進鋼鐵材料更新換代。隨著TMCP技術的推廣應用，國內許多大鋼廠具備強力軋機配備先進的加速冷卻(AcC)系統，能夠控制顯微組織的轉變，從而充分挖掘材料潛力，達到合金減量化的目的。公開號為CN10170132A的發明專利所提出一種屈服強度355MPa級高韌性大厚度船板鋼，其-20°C沖擊吸收能量> IOOJ0化學成分含有貴重合金元素鉬、銅、鎳、鉻，熱軋后需要正火處理方能交貨。合金成本高，生產工藝復雜。公開號為CN101876033A的發明專利提出一種屈服強度為350MPa低溫韌性優異特厚船板，其軋后需要淬火回火和正火處理。公開號為CN101643887A為屈服強度355MPa級厚船板，其含合金元素鎳，生產工藝為控軋控冷(TMCP)+正火，具有優良-40°C沖擊韌性。以上專利文獻提出的產品雖然同樣具有強度等級高，韌性優良，大厚度等特點，但鋼中需要添加貴重合金元素，軋后均需要進行熱處理。因此并非合金減量經濟型船板。
發明內容
本發明的目的在于提出一種屈服強度355MPa高強度船板鋼及其制備方法，該鋼種化學成分減量，不含鉬、銅、鎳、鉻等貴重元素，屬合金減量型屈服強度355MPa船板，且其制備工藝采用控制軋制、控制冷卻(TMCP)工藝規范，可實現Nb-Ti微合金減量化，其TMCP 工藝以適當降低終止冷卻溫度為特點，產品TMCP狀態交貨，可大幅降低生產成本，從而克服了現有技術中的不足。為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案一種屈服強度355MPa合金減量型船板鋼，其特征在于，它包含按重量百分比計的如下組分c 0. 13 0. 18%,Si 0. 10 0. 35%,Mn 0. 90 1. 30%,Nb 0. 01 0. 022%, Ti 0. 009 0. 02%、Al 0. 01 0. 04%、P 彡 0. 020%、S 彡 0. 010%，以及 Fe 和雜質。進一步地講，所述船板鋼屈服強度彡355MPa，抗拉強度490 630MPa，_20°C夏氏沖擊功(vE-20°C )彡 34J。
所述船板鋼成品最大厚度為40mm。如上所述屈服強度355MPa合金減量型船板鋼的制備工藝，包括依次進行的冶煉、 澆鑄、加熱、保溫、軋制和冷卻工序，其特征在于所述加熱工序中，加熱溫度為1150 1250°C，保溫Ih以上；所述軋制工序中，第一階段軋制為粗軋階段，開軋溫度為1040 1120°C，，第二階段軋制為精軋階段，開軋溫度為810 930°C ；所述冷卻工序中，冷卻速率控制在10 20°C /s，終冷溫度控制在640 730°C，后空冷至室溫，以TMCP狀態直接交貨。所述加熱工序中，保溫時間優選為1 3h。優選的，在精軋階段的總壓下率彡50%。具體而言，前述合金減量型船板鋼的制備工藝包括以下步驟(1)熱軋坯料為220 320mm厚的工業生產連鑄坯，經過鐵水脫硫一轉爐一LF — 板坯連鑄機生產。(2)將具有與所述船板鋼相同組分的連鑄板坯加熱至1150 1250°C，并進行保溫處理，使鋼中的合金元素充分固溶，發揮其強韌化作用，保證最終成品成份及性能的均勻性。(3)坯料依次進行再結晶區軋制和未再結晶區軋制。再結晶區軋制開軋溫度為 1040 1120°C，未再結晶區開軋溫度為810 930°C，未再結晶區壓縮比在50%以上。(4)對軋后的鋼板進行層流冷卻，冷卻速率控制在10 20°C /s，終冷溫度控制在 640 730°C，后空冷至室溫。本發明針對目前造船業對屈服強度355MPa級高強度船板鋼的需求，采用優化后的化學成分配比，并采取控制軋制與控制冷卻工藝(TMCP)法，制造出具有高強度和低溫韌性的船板鋼，該船板鋼最大厚度可達40mm。與現有技術相比，本發明的優點在于(1)化學成分廉價，以C-Mn鋼為基礎，實現Nb和Mn減量化，不含其它貴重合金元
ο(2)以TMCP狀態交貨，達到簡化生產工藝，提高生產效率，改善材料焊接性能的目的。綜述之，本發明的鋼種在大批量工業化生產時具有明顯優勢，即高效率，合金減量化，低生產成本。
圖Ia Id是實施例1中經不同TMCP工藝處理的樣品(A3 A6)的金相組織照片；圖2a 2c是實施例2中經不同TMCP工藝處理的樣品(Q2 Q4)的金相組織照片；圖3a 3f是實施例3中經不同TMCP工藝處理的樣品(A1305003 A1305006、 A1305008 A1305009)的金相組織照片。
具體實施例方式以下結合附圖及若干較佳實施例對本發明的技術方案作進一步說明。實施例1使用220mm厚的工業生產連鑄坯，截取試驗坯料尺寸為220 (T) mmX 140 (W)mmX 250 (L)mm。該試驗坯料的。板坯經過鐵水脫硫一轉爐一LF —板坯連鑄機生產。表1實驗鋼的化學成分
W[C] W[Sl] W[Mn] W[P]W[S]W[A1] W[Nb] W[丁,]-
0.16 0.23 0.99 0.012 0.004 0.034 0.02 0.013本實施例使用在750mm 二輥可逆軋機上進行了兩階段控軋控冷(TMCP)實驗，軋制速度1. lm/s。產品最終厚度(t)為20mm。軋制壓下規程如下220 — 190 — 165 — 140 — 120 —100 — 85 — 70 — 58 — 48 — 40 — 31 — 24 — 20 (mm)。具體而言，本實施例的工藝如下坯料經加熱至1180°C，保溫2小時；軋件經粗軋 (彡IOOO0C )、待溫控制目標精軋溫度(Tfk)，以不同壓下率(FR)精軋至目標厚度⑴；精軋后軋件進入層流冷卻裝置，以不同冷卻速率(ν = 10 16°C /s)快速冷卻至目標終冷溫度 (Trc)，空冷。沿熱軋鋼板縱向(RD)加工成全厚度板狀拉伸試樣。取橫向(TD)夏比沖擊試樣(IOmmX IOmmX 55mm)，在-20°C測量夏比沖擊吸收能量(KV2)。熱軋態鋼板的KV2測試5 個試樣(A3 A6)。TMCP工藝參數對試驗鋼力學性能的影響列于表2。表2 TMCP工藝參數和力學性能
項0TMCP工藝參數母材鋼板力學性能
板號Tfr/'C FR /% Tfc/'C YS/MPaTS/MPa A/% -20"C KV2/J A3900 71 670394518 27.0 128 (109)
A4860 71 610441548 27.0 139 (120)
A5830 50 620456556 25.0 156 (142)
A6900 71 610436561 26.0 163 (147)注括號外KV2為平均值，括號內KV2為最小值。實施例2使用220mm厚的工業生產連鑄坯，截取試驗坯料尺寸為220 (T) mmX140(W)mmX250(L)mm。化學成份(質量分數)見表3。板坯經過鐵水脫硫一轉爐 —LF — RH真空脫氣-板坯連鑄機生產。表3實驗鋼的化學成分
W[C]W[Sl) W[Mn] W[P]W[S]W[A1] W_ W[Tl] -
0. 130.211.26 0.020 0.005 0.030 0.02 0.012 使用在750mm 二輥可逆軋機上進行了兩階段控軋控冷(TMCP)實驗，軋制速度1. lm/s。產品最終厚度(t)為20mm。軋制壓下規程如下220 — 190 — 165 — 140 — 120 — 100 —85 — 70 — 58 — 48 — 40 — 31 — 24 — 20 (mm)。具體而言，本實施例的工藝如下坯料經加熱至1180°C，保溫2小時；軋件經粗軋 (彡IOOO0C )、待溫控制目標精軋溫度(Tfk)，以不同壓下率(FR)精軋至目標厚度⑴；精軋后軋件進入層流冷卻裝置，以不同冷卻速率(ν = 10 16°C /s)快速冷卻至目標終冷溫度 (Tfc)，空冷。力學性能測試方法同實施例1 (三個試樣，Q2 Q4)。TMCP工藝參數對試驗鋼力學性能的影響列于表4。表4 TMCP工藝參數和力學性能
權利要求
1.一種屈服強度355MPa合金減量型船板鋼，其特征在于，它包含按重量百分比計的如下組分C 0. 13 0. 18%, Si 0. 10 0. 35%, Mn 0. 90 1. 30%, NbO. 01 0. 022%, Ti 0. 009 0. 02%, Al 0. 01 0. 04%,P 彡 0. 020%, S ^ 0. 010%，以及 Fe 和雜質。
2.根據權利要求1所述的屈服強度355MPa合金減量型船板鋼，其特征在于所述船板鋼屈服強度彡355MPa，抗拉強度490 630MPa，_20°C夏氏沖擊功(vE-20°C )彡34J。
3.根據權利要求1所述的屈服強度355MPa合金減量型船板鋼，其特征在于所述船板鋼成品最大厚度為40mm。
4.如權利要求1所述屈服強度355MPa合金減量型船板鋼的制備工藝，包括依次進行的冶煉、澆鑄、加熱、保溫、軋制和冷卻工序，其特征在于所述加熱工序中，加熱溫度為1150 1250°C，保溫Ih以上；所述軋制工序中，第一階段軋制為粗軋階段，開軋溫度為1040 1120°C，，第二階段軋制為精軋階段，開軋溫度為810 930°C ；所述冷卻工序中，冷卻速率控制在10 20°C /s，終冷溫度控制在640 730°C，后空冷至室溫，以TMCP狀態直接交貨。
5.根據權利要求4所述屈服強度355MPa合金減量型船板鋼的制備工藝，其特征在于 所述加熱工序中，保溫時間在1 3h。
6.根據權利要求4所述屈服強度355MPa合金減量型船板鋼的制備工藝，其特征在于， 在精軋階段的總壓下率> 50%。
全文摘要
本發明提出一種屈服強度355MPa合金減量型船板鋼及其制備工藝。該船板鋼包含按重量百分比計的如下成分C 0.13～0.18％、Si 0.10～0.35％、Mn0.90～1.30％、Nb 0.01～0.022％、Ti 0.009～0.02％、Al 0.01～0.04％、P≤0.020％、S≤0.010％以及、Fe和雜質。其制備工藝為將與上述船板鋼組分相同的連鑄坯依次進行加熱、保溫、熱軋、冷卻直接形成成品船板鋼，即以控軋控冷(TMCP)狀態交貨。本發明的船板鋼屈服強度大于355MPa，具有良好的低溫(-20℃)沖擊韌性，最大厚度為40mm。本發明適用于船舶及海洋石油平臺，特別是對強度和低溫韌性要求較高，同時要求具有良好焊接性能的船板制造工藝中應用。
文檔編號B21B37/74GK102199724SQ20111010319
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月25日 優先權日2011年4月25日
發明者劉東升, 朱浩, 皺志文 申請人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司