一種調質高強度q500e特厚鋼板的生產方法
【專利摘要】一種調質高強度Q500E特厚鋼板的生產方法，工藝步驟為鐵水預處理→轉爐煉鋼→爐外精煉→連鑄（動態輕壓下+電磁攪拌）→加熱→軋制→預矯直→在線淬火→離線淬火→回火→精整→性能檢驗→超聲波探傷。鋼的化學組成百分含量為C≤0.15，Si=0.20～0.40，Mn=1.00～1.30，P≤0.015，S≤0.003，AlT=0.03～0.06，Nb+Ti+V≤0.10，Cu+Ni≤1.0，Cr=0.40～0.70，Mo=0.30～0.60，B≤0.0025，余量為Fe和不可避免的雜質。控制CEV≤0.58，CEV按CEV=C＋Mn/6＋（Cr＋Mo＋V）/5＋（Ni＋Cu）/15公式進行計算。生產出的高性能100～120mm調質高強度Q500E特厚鋼板滿足了礦山、港口等重型機械制造的需要。
【專利說明】—種調質高強度Q500E特厚鋼板的生產方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋼鐵冶煉技術，特別是一種調質高強度Q500E特厚鋼板的生產方法。【背景技術】
[0002]特厚鋼板是指厚度> 60mm的鋼板。現有技術生產特厚鋼板的方法主要有:模鑄鋼錠及電渣重熔鋼錠法、連鑄坯厚板法、焊接復合鑄坯法、豎式連鑄法。
[0003]一般鋼廠連鑄坯最大厚度是300mm，極少數鋼廠也有厚400mm連鑄坯生產。隨著寬厚板生產技術的發展，使用260~300mm板還生產60~IOOmm的一般強度級別特厚板技術已經非常普及；厚度大于IOOmm—般強度級別特厚鋼板，在國際上都是采用鋼錠軋制，這方面的工藝都有相關的報道；厚度大于IOOmm調質高強度特厚鋼板，采用鋼錠軋制后調質處理生產。
[0004]連鑄坯軋制調質處理的高強度特厚鋼板心部軋制變形不深透，產生許多不良的后果:性能合格率低，特別是沖擊韌性差，在厚度方向的性能不均勻，Z向性能差，鋼板心部沖擊功低，鋼板探傷合格率低。厚度大于IOOmm調質高強度特厚鋼板，使用厚300mm連鑄坯軋制調質處理生產未見相關報道。鋼錠軋制特厚鋼板成才率低，一般寬厚板廠不能生產。
[0005]現有技術常規特厚板軋制過程中坯料溫度均勻，其厚度方向的溫度分布Tn可認為是近似均勻的。如果降低坯料表層溫度，坯料厚度方向的溫度Ts是經過強制冷卻后的非均勻的，坯料表層溫度降低后，會使表層金屬的變形抗力或屈服強度σ s增加，變形難度增大，從而抑制坯料表層金屬變形，并以此增加中心區域的變形，從而使厚度方向的壓應力σ 1超過屈服應力Os，產生更均勻的變形。采用坯料厚度方向溫度梯度來控制軋件變形的技術，稱之為溫度梯度軋制技術(圖1、圖2)。
`[0006]溫度梯度軋制方法是將板坯表面溫度降低，提高板坯表面的形變抗力，將軋制時的變形引入板坯的心部，但必須高速軋制，否則板坯返紅后變形集中于板坯表層。溫度梯度軋制特厚板的軋制方法為改善鋼板心部性能提供了可能，該技術可提高調質高強度特厚鋼板的心部性能及Z向性能。
[0007]中國專利CN200710193023.9 “一種高強度鋼板及其制備方法”公開了一種IOOKg級屈服強度不低于890MPa，厚度為8~IOOmm的高強度鋼板的生產方法，其70mm以上鋼板采用鋼錠軋材。中國專利CN201110093666.2 “人造板設備用調質高強度鋼板及其生產方法”公開了一種實際是NM40O鋼板，厚度為7O~12Omm鋼板的生產方法，鋼板采用連鑄坯軋材，淬火后回火溫度為300~350°C，此類鋼板不能作為結構件使用。中國專利CN201210387796.1 “一種大厚度海洋工程用調質高強度鋼板及其生產方法”公開了一種屈服強度480MPa，抗拉強度600MPa，最大厚度140mm鋼板的生產方法，鋼板采用鋼錠軋材。中國專利201310178923.1 “一種特厚鋼板的熱處理方法”公開了一種厚度IOOmm以上高強度鋼板熱處理方法，鋼板在淬火機內低壓段采用擺動冷卻以解決特厚鋼板淬不透的問題，鋼板最大長度不能超過低壓段長度即鋼板長度小于9米，該專利公布數據是用于模具加工的高碳45號鋼。[0008]世界掘煤機等重型設備制造技術的改進，以焊接結構代替鑄鋼件，使用屈服強度500~890MPa系列調質高強度特厚板(100~120mm)交貨技術條件中，除滿足鋼板的常規檢驗強度、延伸率、沖擊韌性要求外，同時提出鋼板屈強比小于0.92，鋼板中心的橫向沖擊功大于27J，厚度方向性能達到Z25，鋼板逐張進行超聲波探傷一級合格。針對上述技術要求，目前現有國內外生產企業還沒有連鑄坯軋材的生產報道及生產實績。連鑄坯軋材后調質處理生產低壓縮比的特厚鋼板中存在許多缺陷:
a.鋼板強度合格但韌性低，不能滿足標準要求；
b.鋼板難以滿足心部橫向沖擊功大于27J的要求；
c.鋼板難以滿足厚度方向性能達到Z25的要求；
d.高強鋼板均勻延伸低(≤6%)，強塑積小；
e.鋼板超聲波探傷合格率低。
【發明內容】
[0009]本專利旨有提供一種調質高強度Q500E特厚鋼板的生產方法:采用300mm厚潔凈鋼連鑄坯輔以高溫加熱及溫度梯度大壓下快速軋制改變軋件中心變形條件，增加鋼板心部的強烈變形，并利用在線淬火強制冷卻作為預備熱處理，保留控軋后鋼板細化的組織，鋼板進行離線調質處理等技術生產厚度100~120_調質高強度特厚鋼板。要求鋼板屈服強度不低于490MPa，抗拉強度不低于610 MPa,屈強比小于0.92，延伸率不小于18%，均勻延伸率不小于8%，-40°C KV2 (橫向)不小于47J，鋼板心部-40°C KV2 (橫向)不小于47J，厚度方向性能達到Z25，超聲波探傷一級合格，滿足礦山、港口等重型機械制造的需要。
[0010]本發明的技術方案:
一種調質高強度Q500E特厚鋼板的生產方法，鋼的生產工藝路線為鐵水預處理一轉爐煉鋼一爐外精煉一連鑄(動態輕壓下+電磁攪拌)一加熱一軋制一預矯直一在線淬火一離線淬火一回火一精整一性能檢驗一超聲波探傷。
[0011]鋼的化學組成質量百分含量為:C≤0.15，Si=0.20~0.40，Mn=LOO~1.30，P ≤ 0.015，S ≤ 0.003，AlT=0.03 ~0.06，Nb+ Ti+ V ≤ 0.10，Cu+Ni ( 1.0, Cr=0.40 ~
0.70，Mo=0.30~0.60，B≤0.0025，余量為Fe和不可避免的雜質。控制CEV≤0.58，CEV按 CEV= C + Mn/6 + (Cr + Mo + V) /5 + (Ni + Cu) /15 公式進行計算。
[0012](I)連鑄:按照潔凈鋼的生產方式生產300 X 2280mm斷面連鑄坯，其中連鑄中包過熱度小于10°c，輕壓下量4_，電磁攪拌電流按295~305A (6.9~7.1Hz)控制。
[0013](2)加熱:板還加熱1280~1300 °C,加熱時間10~15min/cm,均熱時間大于60min，上表面溫度高于下表面1(T2(TC，板坯出爐心部溫度≤1250°C。
[0014](3)軋制:i阼段開軋溫度≤1200°C，終軋返紅溫度980~1050°C，粗軋采用溫度梯度、大壓下、快速軋制，板坯展寬后，使用軋機除鱗高壓水連續對板坯空過道次冷卻，板坯表面溫度950~900°C時大壓下快速軋制，每道次開高壓水冷卻軋件，粗軋速度為
2.0-2.5m/s，粗軋保證最后連續二道次平均壓下率不小于16%，中間坯厚度控制按板坯展寬后保證二道次壓下率不小于16%的厚度。
[0015]II階段精軋采用溫度梯度、大壓下、快速軋制，開軋溫度83(T850°C，中間坯空過道次并使用軋機除鱗高壓水連續對中間坯冷卻，中間坯表面溫度800~820°C時大壓下快速軋制，精軋軋制速度為4.3^5.5m/s,每道次開高壓水冷卻軋件，終軋返紅溫度81(T830°C控制，開冷溫度按目標終軋溫度的下限設定，每道次壓下率均須> 12%，最后三道次累計壓下率不小于40%。[0016](4)預矯直:鋼板軋后預矯直機輥縫設置數與鋼板名義厚度相同、速度0.23~0.25m/s，鋼板入水前進行預矯直。
[0017](5)在線淬火:鋼板入水溫度81(T830°C，軋后DQ段輥速0.23~0.25m/s，a、b、C、d各段上下水量180~190 m3/min，冷卻速度大于20°C /s ;ACC段上水量390~400 m3/min，下水量87(T900m3/min，輥速0.80-θ.85m/s鋼板擺動冷卻至室溫。
[0018](6)離線淬火:淬火溫度92(T930°C，在爐時間板厚mmX (2.0~2.2) min/mm，鋼板在爐保溫時間應大于15min ;淬火機輥速2.25^2.35m/s,高壓段縫隙噴嘴水量645~655m3/min0
[0019](7)回火:溫度65(T670°C，在爐時間板厚mmX (3.0~3.5) min/mm，空冷。
[0020](8 )性能檢驗及超聲波探傷。
[0021]用本方法生產厚度100~120mm調質高強度特厚鋼板，鋼板屈服強度不低于490MPa，抗拉強度不低于610 MPa，屈強比小于0.92，延伸率不小于18%，均勻延伸率不小于8%,-400C KV2 (橫向)不小于47J，鋼板心部-400C KV2 (橫向)不小于47J，厚度方向性能達到Z25，超聲波探傷一級合格，滿足了礦山、港口等重型機械制造的需要。因此，與現有技術相比，本發明具有以下優點:
a.采用300mm厚連鑄坯生產出了高性能的10(Tl20mm厚調質高強度特厚鋼板，降低了生產成本，滿足了滿足礦山、港口機械制造的要求。
[0022]b.高溫加熱及溫度梯度、大壓下快速軋制強烈增加了鋼板心部變形，改善了鋼板心部性能及Z向性能，提高了鋼板的超聲波探傷合格率。
[0023]c.利用在線淬火強制冷卻作為預備熱處理，保留溫度梯度軋制和控軋后鋼板心部細化的組織，改善調質鋼板心部性能，提高了調質后鋼板塑性及韌性。
[0024]d.鋼板均勻延伸大于8%，強塑積提高30%以上，高強鋼工件抵抗沖擊載荷能力提聞。
[0025]e.使用連鑄坯生產出了高性能的調質高強度特厚鋼板，工序簡單、工藝容易實現，一般寬厚板廠均能生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為強制冷卻后坯料厚度方向的溫度分布圖。
[0027]圖2為強制冷卻后坯料厚度方向的應力分布圖。
[0028]圖3為本發明方法生產的調質高強度特厚鋼板顯微組織照片圖。
[0029]圖中:Τη_傳統軋制的坯料均勻溫度分布；Ts_采用坯料非均勻溫度分布；σ s-約束屈服應力；σ t_厚度方向壓應力。
【具體實施方式】
[0030]下面結合實施例進一步說明本發明的內容。
[0031]實施例1:煉制板厚為IOOmm調質高強度Q500E特厚鋼板。[0032]鋼的化學組成質量百分含量為:C=0.13，Si=0.26，Mn=L 10，P=0.010, S=0.001，Als=0.041, Nb=0.030, Ti=0.015, V=0.046, Ni=0.50，Cr=0.40，Mo=0.51，B =0.0018，余量
為Fe和不可避免的雜質；CEV=0.54。
[0033]鋼的生產工藝步驟與參數為:
(I)連鑄:按照潔凈鋼的生產方式生產300X2280mm斷面連鑄坯，其中連鑄中包過熱度小于10°c、輕壓下量4mm、電磁攪拌電流按300A (7Hz)控制。
[0034](2)加熱:板坯加熱1290~1300°C，加熱時間llmin/cm，均熱時間70min，上表面溫度高于下表面16°C，板坯出爐心部溫度1257°C。
[0035](3)軋制I階段開軋溫度1218°C，終軋返紅溫度1023°C;板坯展寬后，使用軋機除鱗高壓水連續對板坯空過15道次冷卻，板坯表面溫度932°C時大壓下快速軋制，每道次開高壓水冷卻軋件，粗軋軋制速度為2.lm/s。粗軋保證最后連續二道次平均壓下率16.2%、17.8%。板還展寬后二道次軋制成150_中間還厚度。
[0036]II階段開軋溫度840°C，中間坯空過8道次并使用軋機除鱗高壓水連續對中間坯冷卻，中間坯表面溫度812°C大壓下快速軋制，精軋軋制速度為4.8m/s。每道次開高壓水冷卻軋件，終軋返紅溫度824°C，開冷溫度按目標終軋溫度的下限設定，每道次壓下率均須^ 12%，最后三道次累計壓下率不小于40%。
[0037](4)預矯直:預 矯直機輥縫設置100mm、速度0.25 m/s，鋼板入水前進行預矯直。
[0038](5)在線淬火:鋼板入水溫度880°C ;軋后DQ段，輥速0.25m/s，a、b、c、d各段上下水量185m3/min，冷卻速度30°C /s ;ACC段按上水量406m3/min、下水量890m3/min、輥速按
0.85m/s鋼板擺動冷卻至室溫。
[0039](6)離線淬火:溫度930°C ;在爐時間200min，鋼板在爐保溫時間18min ;淬火機輥速2.3m/s,高壓段縫隙噴嘴水量650 m3/min。
[0040](7)回火:溫度670°C ;在爐時間348min ;空冷。
[0041 ] 實測本實施例1OOmm鋼板性能:屈服強度567MPa、抗拉強度669MPa、延伸率
22.3%、均勻延伸8.9%、屈強比0.85,-400C KV2 (橫向)平均值210J、鋼板心部-40°C KV2 (橫向)平均值178J、厚度方向性能Ψ平均值45.3%、冷彎合格；鋼板按照GB2970標準探傷一級合格。
[0042]實施例2:煉制板厚為120mm調質高強度Q500E特厚鋼板。
[0043]鋼的化學組成質量百分比為:C=0.13，Si=0.24，Mn=L 10，P=0.011，S=0.001，Als=0.043, Nb=0.030, Ti=0.017, V=0.045, Ni=0.49，Cr=0.41，Mo=0.52，B =0.0017，余量
為Fe和不可避免的雜質；CEV=0.56。
[0044]鋼的生產工藝步驟與參數為:
(I)連鑄:按照潔凈鋼的生產方式生產300X2280mm斷面連鑄坯，其中連鑄中包過熱度小于10°c、輕壓下量4mm、電磁攪拌電流按300A (7Hz)控制。
[0045](2)加熱:板還加熱1290~1300°C,加熱時間12min/cm,均熱時間65min,上表面溫度高于下表面I? C，板坯出爐心部溫度1258°C。
[0046](3)軋制:1階段開軋溫度1227°C，終軋返紅溫度1018°C;板坯展寬后，使用軋機除鱗高壓水連續對板坯空過14道次冷卻，板坯表面溫度943°C時大壓下快速軋制，每道次開高壓水冷卻軋件，粗軋軋制速度為2.lm/s。粗軋保證最后連續二道次平均壓下率16.2%、16.9%。板還展寬后二道次軋制成160mm中間還厚度。
[0047]II階段開軋溫度835°C，中間坯空過8道次并使用軋機除鱗高壓水連續對中間坯冷卻，中間坯表面溫度819°C大壓下快速軋制，精軋軋制速度為4.lm/s.每道次開高壓水冷卻軋件，終軋返紅溫度821°C，開冷溫度按目標終軋溫度的下限設定，每道次壓下率均須^ 12%，最后三道次累計壓下率不小于40%。
[0048](4)預矯直:預矯直機輥縫設置120mm、速度0.23 m/s，鋼板入水前進行預矯直。 [0049](5)在線淬火:鋼板入水溫度816°C ;軋后DQ段，輥速0.23m/s, a、b、C、d各段上下水量187 m3/min，冷卻速度29°C /s ;ACC段按上水量3904m3/min、下水量893m3/min、輥速按
0.85m/s鋼板擺動冷卻至室溫。
[0050](6)離線淬火:溫度930°C ;在爐時間240min，鋼板在爐保溫時間17min ;淬火機輥速2.3m/s,高壓段縫隙噴嘴水量650 m3/min。
[0051](7)回火:溫度650°C ;在爐時間400min ;空冷。
[0052]實測本實施例120mm鋼板性能:屈服強度537MPa、抗拉強度679MPa、延伸率
23.4%、均勻延伸9.1%、屈強比0.79K-400C KV2 (橫向)平均值221J、鋼板心部-40°C KV2 (橫向)平均值187J、厚度方向性能Ψ平均值43.5%、冷彎合格；鋼板按照GB2970標準探傷一級合格。
【權利要求】
1.一種調質高強度Q500E特厚鋼板的生產方法，工藝步驟為鐵水預處理一轉爐煉鋼一爐外精煉一連鑄(動態輕壓下+電磁攪拌)一加熱一軋制一預矯直一在線淬火一離線淬火一回火一精整一性能檢驗一超聲波探傷，其特征在于: 鋼的化學組成百分含量為C≤0.15，Si=0.20~0.40，Mn=L 00~1.30，P≤0.015，S ≤0.003，AlT=0.03 ~0.06，Nb+ Ti+ V ≤0.10，Cu+Ni ≤1.0, Cr=0.40 ~0.70，Mo=0.30 ~`0.60, B≤0.0025，余量為Fe和不可避免的雜質，控制CEV≤0.58，CEV按CEV= C + Mn/6 +(Cr + Mo + V) /5 + (Ni + Cu) /15 公式進行計算； 關鍵工藝步驟為: (1)連鑄:按照潔凈鋼的生產方式生產300X2280mm斷面連鑄坯，其中連鑄中包過熱度小于10°C，輕壓下量4mm，電磁攪拌電流按295~305A (6.9~7.1Hz)控制； (2)加熱:板坯加熱1280~1300°C，加熱時間10~15min/cm，均熱時間大于60min，上表面溫度高于下表面1(T2(TC，板坯出爐心部溫度≤12500C ； (3)軋制:I階段開軋溫度≤1200°C，終軋返紅溫度980~1050°C，粗軋采用溫度梯度、大壓下、快速軋制，板坯展寬后，使用軋機除鱗高壓水連續對板坯空過道次冷卻，板坯表面溫度950~900°C時大壓下快速軋制，每道次開高壓水冷卻軋件，粗軋速度為2.0-2.5m/s，粗軋保證最后連續二道次平均壓下率不小于16%，中間坯厚度控制按板坯展寬后保證二道次壓下率不小于16%的厚度;11階段精軋采用溫度梯度、大壓下、快速軋制，開軋溫度83(T850°C，中間坯空過道次并使用軋機除鱗高壓水連續對中間坯冷卻，中間坯表面溫度800~820°C時大壓下快速軋制，精軋軋制速度為4.3^5.5m/s，每道次開高壓水冷卻軋件，終軋返紅溫度81(T83(TC控制，開冷溫度按目標終軋溫度的下限設定，每道次壓下率均須^ 12%，最后三道次累計壓下率不小于40% ； (4)預矯直:鋼板軋后預矯直機輥縫設置數與鋼板名義厚度相同，速度`0.23~0.25m/s,鋼板入水前進行預矯直； (5)在線淬火:鋼板入水溫度810^8300C，軋后DQ段輥速`0.23~0.25m/s, a、b、C、d各段上下水量18(Tl90 m3/min，冷卻速度大于20°C/s ;ACC段上水量390~400 m3/min，下水量87(T900mVmin，輥速0.80~0.85m/s鋼板擺動冷卻至室溫； (6)淬火:淬火溫度92(T930°C，在爐時間板厚mmX(2.0-2.2) min/mm，鋼板在爐保溫時間應大于15min ;淬火機輥速2.25~2.35m/s,高壓段縫隙噴嘴水量645~655mVmin ； (7)回火:溫度65(T670°C，在爐時間板厚mmX(3.0~3.5) min/mm，空冷； (8)性能檢驗及超聲波探傷。
【文檔編號】C22C38/44GK103556074SQ201310559278
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2013年11月12日
【發明者】楊云清, 張愛兵, 翟運濤, 蔣德陽, 吳清明, 袁仁平, 張青學, 杜江, 李玉路, 高擎, 張勇偉, 朱胡軍, 張計謀, 李仕一, 黃遠濤, 胡振華 申請人:湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司