厚度50～80mm高強韌抗層狀撕裂鋼板的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種厚度50～80mm高強韌抗層狀撕裂鋼板的制造方法，將所述鋼板相同成分的連鑄坯加熱到1210～1250℃，加熱時間按1.1～1.2min/mm控制，鑄坯出爐溫度≥1150℃，再結晶區開軋溫度≥1050℃，軋制6～7道次，中間坯待溫，未再結晶區開軋溫度控制在800～830℃，終軋溫度控制在800～830℃，軋制8～9道次，軋后鋼板經層流冷卻在強冷區和中冷區分別以6.5～13℃/S和2.0～6.0℃/S的冷卻速度冷卻，ACC系統輥速0.6~0.8m/s，制得的鋼板晶粒度10.5~12級；該鋼板綜合性能：屈服強度≥420MPa，-40℃縱向沖擊功≥200J，Z向性能斷面收縮率≥65%。本發明通過精確控制軋制，得到高強度鋼板，然后通過合理開啟強冷區和中冷區的水組，控制冷卻速度，有效細化鋼的晶粒和組織，減少心部缺陷。
【專利說明】厚度50?80mm高強韌抗層狀撕裂鋼板的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及冶金工業板材軋制及軋后冷卻工藝【技術領域】，具體的說是一種厚度 50?80mm高強韌抗層狀撕裂鋼板的制造方法。
【背景技術】
[0002] 隨著國際貿易的快速發展和海洋油氣資源的開發，船舶工業和海洋工程對厚度 50mm以上高強度、高強韌、抗層狀撕裂性能(也叫厚度方向性能或Z向性能）好的鋼板需求 也越來越大。海洋環境惡劣，船舶和海洋平臺除承受重力載荷外，還要考慮到風載荷、波 浪載荷、洋流載荷、冰載荷等的影響，而厚度50mm以上的高強度鋼板用在重要部位，用戶 期望這種鋼板具有高強度、良好的低溫韌性、抗層狀撕裂以及可焊性好等性能。隨著TMCP (Thermo Mechanical Control Process:熱機械控制工藝）技術的深入開發，應用范圍不斷 擴大，TMCP帶來的碳當量低可焊性好的優勢顯現出來，目前已成為不可或缺的技術。TMCP 與常規熱軋工藝和正火工藝相比，它不依賴合金元素，通過水冷控制組織，使鋼板達到高強 度、高韌性要求，另外，TMCP還是一項節約合金和能源的工藝，為企業降低生產成本。然而， 對于本發明所述厚度50mm以上的高強度鋼板，目前采用TMCP控溫控軋比較少，主要原因是 隨著鋼板厚度增加，帶來了相當大的難度：生產時因其厚度尺寸大，寬度較大，很容易產生 一些缺陷，諸如連鑄坯成分偏析，軋制變形不均勻，冷卻不均勻，尤其在厚度方向上組織均 勻性控制難度更大，這就造成鋼板表面和心部性能差異大、強度與韌性匹配不理想，抗層狀 撕裂性能差，從而造成產品質量波動大、成材率低，對企業經濟效益形成不良影響。
【發明內容】
[0003] 針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種厚度50?80mm高強韌抗 層狀撕裂鋼板的制造方法，采用TMCP工藝，通過控制軋制參數和控制水冷參數來控制基體 組織均勻性，細化晶粒，使厚度50mm以上的高強度鋼板具有高強韌性和良好的抗層狀撕裂 性能。
[0004] 本發明一種厚度50?80mm高強韌抗層狀撕裂鋼板的制造方法，采用TMCP工藝， 將所述鋼板相同成分的連鑄坯加熱到1210?1250°C，加熱時間按I. 1?I. 2min/mm控制， 鑄坯出爐溫度彡1150°C，采用兩階段控制軋制，再結晶區開軋溫度彡1050°C，乳制6?7道 次，中間坯待溫厚度為鋼板目標厚度再加80?100mm，未再結晶區開軋溫度控制在800? 830°C，終軋溫度控制在800?830°C，軋制8?9道次，其特征在于，鋼板軋后在強冷區間 隔水冷，以6. 5?13°C /S的冷卻速度冷卻，在中冷區連續水冷，以2. 0?6. (TC /S的冷卻速 度冷卻，ACC系統輥速0. 6~0. 8m/s，制得的鋼板化學成分重量百分比為：C :0. 08~0. 13%，Si : 0. 1(Γ〇. 25%，Mn :1. 4(Tl. 50%，P 彡 0. 012%，S 彡 0. 005%，Nb :0. 03?0. 05%，Ni :0. 2(Γ〇. 30%， Cu :0. 15?0. 25%，Ti :0. 007?0. 020%，Als :0. 015?0. 045%，其余為Fe及不可避免的雜質，晶粒 度10. 5~12級；該鋼板綜合性能：屈服強度彡420MPa，-40°C縱向沖擊功彡200J，Z向性能斷 面收縮率> 65%。
[0005] 所述強冷區根據鋼板目標厚度不同，間隔開啟2飛組水，進中冷區前鋼板返紅溫 度 64(T700°C。
[0006] 所述中冷區根據鋼板目標厚度不同，連續開啟疒10組水，終冷溫度控制在 42(T51(TC，返紅溫度控制在62(T660°C。
[0007] 本發明的優點在于通過精確控制軋制，得到高強度鋼板，然后采用兩階段控制水 冷，通過合理開啟強冷區和中冷區的水組，控制冷卻速度，使軋后進入層流冷卻的鋼板避免 鋼板表面、厚度1/4處及心部組織差異巨大造成的性能迥異，有效細化鋼的晶粒和組織，減 少心部缺陷。滿足了用戶期望鋼板具有的高強度、高韌性、抗層狀撕裂以及可焊性好等性能 要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008] 圖1為70mm厚鋼板近表面金相組織（本發明例）。
[0009] 圖2為70mm厚鋼板厚度1/4處金相組織（本發明例）。
[0010] 圖3為70mm厚鋼板厚度1/2處金相組織（本發明例）。
[0011] 圖4為70mm厚鋼板近表面金相組織（比較例）。
[0012] 圖5為70mm厚鋼板厚度1/4處金相組織（比較例）。
[0013] 圖6為70mm厚鋼板厚度1/2處金相組織（比較例）。
【具體實施方式】
[0014] 本發明制造方法所述軋制及冷卻工藝生產的鋼板厚度范圍為5(T80mm，乳制工 藝要求高溫再結晶區低速大壓下軋制，未再結晶區開軋溫度控制在800?830°C，終軋溫 度控制在800?830°C，冷卻時嚴格控制厚度方向的冷卻均勻性，鋼板軋后進入層流冷卻 進行水冷，其開冷溫度為80(T83(TC，根據鋼板目標厚度不同，在強冷區間隔開啟2飛組 水，以6. 5?13°C /S的冷卻速度冷卻，進中冷區前鋼板返紅溫度64(T700°C，中冷區連 續開啟疒10組水，以2. 0?6. (TC /S的冷卻速度冷卻，終冷溫度控制在42(T510°C，返 紅溫度控制在62(T660°C。ACC系統(加速冷卻控制系統）輥速0. 6?0. 8m/s。制得的鋼板 奧氏體晶粒度10. 5?12級，化學成分重量百分比為：C :0. 08?0. 13%，Si :0. 1(Γ〇. 25%，Mn : 1. 40^1. 50%, P^O. 012%, S^O. 005%, Nb ：0. 03^0. 05%, Ni ：0. 20^0. 30%, Cu ：0. 15^0. 25%, Ti :0. 007?0. 020%，Als :0. 015?0. 045%，其余為Fe及不可避免的雜質；該鋼板綜合性能：屈 服強度彡420MPa，-40°C縱向沖擊功彡200J，Z向性能斷面收縮率彡65%。
[0015] 第二階段開軋溫度控制在80(T830°C，終軋溫度要求控制在80(T830°C，均比常規 軋制溫度（開軋溫度86(T890°C、終軋溫度84(T880°C)低很多；這是因為鋼板厚，乳制過程 中溫降慢，且元素設計時擴大了奧氏體溫度區間，為了保證軋后組織晶粒細化及控冷后獲 得所需要組織，所以第二階段開軋溫度應偏低。
[0016] 根據現有的軋機軋制力和設備冷卻能力，對于厚度50mm以上高強韌抗層狀撕裂 鋼板，理想的基體組織是鋼板近表面組織為以多邊形鐵素體、針狀鐵素體為主，少量貝氏體 及珠光體的細晶粒組織(見圖1)，鋼板厚度1/4處為準多邊形鐵素體、針狀鐵素體、珠光體 細晶粒組織(見圖2)，心部為以多邊形鐵素體、珠光體為主，少量貝氏體細晶粒組織(見圖 3)。晶粒大小均勻，奧氏體晶粒度10. 5~12級，這種組織厚度方向綜合性能較好。對于50_ 以上鋼板，使用常規軋制控冷技術只能獲得以下基體組織：鋼板近表面冷卻速度快，組織出 現大量貝氏體及少量鐵素體（見圖4);厚度1/4處雖然為鐵素體和珠光體，但出現混晶及 珠光體和鐵素體分布不均勻現象（見圖5);心部溫度高，冷速慢，在厚鋼板冷至相變溫度 A r3時，先析出鐵素體，而鐵素體只能夠溶解微量的碳，這造成先析出鐵素體區域向兩側 排碳，使大部分碳擴散到富錳的區域，出現嚴重的偏析帶，組織為貝氏體、珠光體和鐵素體 (見圖6)。晶粒粗大，大小不均勻，晶粒度一般在9.5級以下。表面貝氏體厚度2~9mm，嚴重 影響力學性能。
[0017] 本發明在精確控制軋制后，得到高強度鋼板，通過合理開啟強冷區和中冷區的水 組，控制冷卻速度。強冷區開冷溫度為80(T830°C，控制在Ar3相變點之上5(T80°C，間隔式 冷卻，其目的是：1)、為了讓鋼板快速冷卻到相變點上附近；2)、使鋼板心部熱量有時間返 紅到表面，有利于表面和心部熱交換充分，致使鋼板厚度方向溫度均勻，為后續幾乎同時相 變提供條件。中冷區采用連續式冷卻，目的是：1)、有利于鐵素體的形核以及減少急冷時相 變所引起的內應力；2)、有利于厚度方向熱傳導，獲得均勻的晶粒組織，提高厚度方向綜合 力學性能。使本發明的制造方法對于厚度5(T80mm這類鋼獲得較理想的組織與性能。
[0018] 本發明一種厚度50?80mm高強韌抗層狀撕裂鋼板的制造方法，采用TMCP工藝， 包括如下具體步驟： 1、 根據目標鋼種配制冶煉原料，并將其冶煉、澆鑄，形成連鑄坯； 2、 將連鑄坯加熱到12KTl250°C，加熱時間按I. 1?I. 2min/mm控制； 3、 鑄坯出爐溫度> 1150°C，將連鑄坯進行兩階段軋制，其中第一階段再結晶區的開軋 溫度彡1050°C，乳制6?7道次，前幾道按常規咬鋼速度軋制，末三道壓下率12?18% ;中 間坯待溫厚度為H+80?100mm(H為鋼板目標厚度，單位為毫米）；第二階段未再結晶區開 軋溫度控制在800?830°C，終軋溫度控制在800?830°C，乳制8?9道次； 4、 軋后鋼板進入層流冷卻進行水冷，其開冷溫度為800?830°C，根據鋼板目標厚 度不同，在強冷區間隔開啟2飛組水，進中冷區前鋼板返紅溫度64(T70(TC。在中冷區連 續開啟疒10組水，終冷溫度控制在42(T510°C，返紅溫度控制在62(T660°C。ACC輥速 0. 6~0. 8m/s。在強冷區和中冷區分別以6. 5?13°C /S和2. 0?6. (TC /S的冷卻速度冷 卻，最終制得成品鋼板，鋼板化學成分重量百分比為：C :0. 08?0. 13%，Si :0. 1(Γ〇. 25%，Mn : 1. 4(Tl. 50%，P 彡 0. 012%，S 彡 0. 005%，Nb :0. 03?0. 05%，Ni :0. 2(Γ〇. 30%，Cu :0. 15?0. 25%， Ti :0. 007?0. 020%，Als :0. 015?0. 045%，其余為Fe及不可避免的雜質，晶粒度10. 5?12級； 該鋼板綜合性能：屈服強度> 420MPa，-40°C縱向沖擊功> 200J，Z向性能斷面收縮率 彡 65%。
[0019] 為了更好的理解本發明，用以下具體實例來說明本發明的技術方案，其鋼板均為 本發明中所設計的控軋工藝和控冷工藝所制備。
[0020] 實施例1 : 本實施例的一種高強韌抗層狀撕裂鋼，是由以下重量百分比組成：C 0.12%，Mn 1.43%, Si 0.15%, Als 0.023%, Ni 0.21%, Nb 0. 03%, Ti 0. 013%, Cu 0.15%, P 0.011%, S 0. 002%，其余為鐵Fe和不可避免的雜質，晶粒度為10. 5級。鋼板厚度為50mm。
[0021] 坯料規格為300mmX1870mmX2400mm，鑄坯加熱到1250°C，加熱時間按I. lmin/mm 控制。
[0022] 再結晶軋制(粗軋）參數見表1。
[0023] 表 1。
[0024]
【權利要求】
1. 一種厚度50?80mm高強韌抗層狀撕裂鋼板的制造方法，采用TMCP工藝，將所述鋼 板相同成分的連鑄述加熱到1210?1250°C，加熱時間按1. 1?1. 2min/mm控制，鑄述出爐 溫度彡1150°C，采用兩階段控制軋制，再結晶區開軋溫度彡1050°C，乳制6?7道次，中間 坯待溫厚度為鋼板目標厚度再加80?100mm，未再結晶區開軋溫度控制在800?830°C， 終軋溫度控制在800?830°C，軋制8?9道次，其特征在于，鋼板軋后在強冷區間隔水 冷，以6. 5?13°C /S的冷卻速度冷卻，在中冷區連續水冷，以2. 0?6. 0°C /S的冷卻速度 冷卻，ACC系統輥速0. 6~0. 8m/s，制得的鋼板化學成分重量百分比為：C :0. 08~0. 13%，Si : 0. l(T〇. 25%，Mn :1. 40?1. 50%，P 彡 0. 012%，S 彡 0. 005%，Nb :0. 03?0. 05%，Ni :0. 20?0. 30%， Cu :0. 15?0. 25%，Ti :0. 007?0. 020%，Als :0. 015?0. 045%，其余為Fe及不可避免的雜質，晶粒 度10. 5~12級；該鋼板綜合性能：屈服強度彡420MPa，-40°C縱向沖擊功彡200J，Z向性能斷 面收縮率> 65%。
2. 根據權利要求1所述的一種厚度50?80mm高強韌抗層狀撕裂鋼板的制造方法，其 特征在于，所述強冷區根據鋼板目標厚度不同，間隔開啟2飛組水，進中冷區前鋼板返紅溫 度 64(T700°C。
3. 根據權利要求1所述的一種厚度50?80mm高強韌抗層狀撕裂鋼板的制造方法， 其特征在于，所述中冷區根據鋼板目標厚度不同，連續開啟疒10組水，終冷溫度控制在 42(T51(TC，返紅溫度控制在62(T660°C。
【文檔編號】C21D8/02GK104404214SQ201410618429
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月6日 優先權日:2014年11月6日
【發明者】趙和明, 熊文名, 陳英俊, 王洪, 馮小明, 熊雄, 王國文, 周焱民, 楊帆, 劉志芳, 黃珍, 傅清霞, 閆博 申請人:新余鋼鐵集團有限公司