專利名稱：一種高強(qiáng)高韌性船用低溫鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于極地環(huán)境使用條件下的船舶或海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)用鋼，尤其涉及一種高強(qiáng)高韌性船用低溫鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
我國船舶工業(yè)的迅猛發(fā)展不僅加速了對船板數(shù)量的需求，對船板性能的要求也越來越高。為保證船舶的安全性和可靠性，各國船級(jí)社對不同規(guī)格、牌號(hào)船板的化學(xué)成分、力學(xué)性能和交貨狀態(tài)做出了嚴(yán)格的規(guī)定。高強(qiáng)度、優(yōu)良的可焊性和表面質(zhì)量、特別是優(yōu)良的低溫沖擊韌性成為目前先進(jìn)高強(qiáng)韌性船板的關(guān)鍵技術(shù)要求，而普通的A、B、D、E級(jí)船板早已無法滿足這些要求。高等級(jí)船板要求較高的強(qiáng)度和塑性，還要求具有較低的屈強(qiáng)比、極低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度和良好的抗裂紋敏感性。對于在極地氣候條件下使用的破冰船或海洋平臺(tái)，不僅要具備高強(qiáng)度、高韌性，還要具有抗疲勞、抗層狀撕裂、良好焊接性和冷加工性等綜合性 倉泛。以往大部分高強(qiáng)船板的生產(chǎn)需采用熱軋+軋后正火處理方式，對于40kg以上級(jí)別的船板甚至采用熱軋+調(diào)質(zhì)處理方式生產(chǎn)。隨著高強(qiáng)度船板需求量的增加及對產(chǎn)品表面、板形等質(zhì)量要求的提高，鋼廠熱處理能力的壓力逐漸增大，同時(shí)巨大的熱處理線投資，嚴(yán)重制約了高等級(jí)、高性能船板鋼的批量生產(chǎn)。普通熱軋方式生產(chǎn)的船板經(jīng)常產(chǎn)生一些缺陷，如珠光體條帶、厚度方向上組織不均、元素偏析和夾雜物產(chǎn)生的層狀撕裂等，這些缺陷即使采用正火處理后仍無法完全消除，從而影響船板綜合性能的提高。隨著微合金化技術(shù)的應(yīng)用和控制軋制控制冷卻技術(shù)的迅猛發(fā)展，使大部分原來以正火狀態(tài)交貨的D級(jí)、E級(jí)船板可以通過熱機(jī)械處理(TMCP)獲得良好的顯微組織匹配，達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)韌性指標(biāo)、具有優(yōu)良的焊接性。這種生產(chǎn)方式不僅減少熱處理工序、降低生產(chǎn)成本，還大大節(jié)省了燃料消耗、縮短交貨周期。目前高等級(jí)低溫船板鋼大多添加Cr、Mo、V等貴重元素，并采用熱軋+正火(或調(diào)質(zhì))方式生產(chǎn)。CN101705434A 公開的 O. 03 O. 05% C，O. 20 O. 30% Si，O. 80 O. 90%Mn,O. 03 O. 04% Al, I. 6 I. 8% Ni, I. I I. 3% Cu,O. 4 O. 6% Cr,O. 4 O. 6% Mo,O. 03 O. 05% Nb,O. 01 O. 02% Ti 及 CN 101701326A 公開的 O. 09 O. 14% C，0. 2 O. 4 % Si，I. I I. 6 % Mn,O. 001 O. 005 % Ti,O. 20 O. 35 % Cu,O. 15 O. 40 % Ni,O. 002 O. 10% Mo,O. 02 O. 05% Nb,O. 002 O. 15% Cr,O. 007 O. 060% V 發(fā)明鋼的成分設(shè)計(jì)中，采用了貴重的高Ni、Cr或Mo等合金體系。在CN101643887A公開的O. 06% O. 18% C, I. 00% I. 60% Mn,O. 03% O. 30% Ni,O. 03% O. 20% Cr,O. 02% O. 25%Cu,O. 020% O. 050% Alt,O. 010% O. 040% Nb,O. 003% O. 060% V 及 CN101381841A公開的 O. 12 O. 20% C，0. 15 O. 50% Si, I. 20 I. 70% Mn, O. 30 1.00%Ni，0. 005 O. 050 % Ti, O. 005 O. 10 % Al, O. 010 O. 050 % ；CN101045976A 公開的 O. 030 % O. 050% C，^ O. 20% Si, I. 50% I. 80% Mn, O. 010% O. 020% Nb, O. 040 % O. 060%Als,O. 008% O. 012% Ti，彡 I. 0% Cu，彡 O. 50% Mo,O. 001% O. 005% Ca 等發(fā)明鋼中，熱軋過程中由高M(jìn)n含量產(chǎn)生的組織帶狀、性能波動(dòng)等缺陷，需要通過880 940°C，O. 8
I.5h的離線正火處理加以消除，增加生產(chǎn)工序并妨礙生產(chǎn)的連續(xù)性和船板產(chǎn)能的提高，同時(shí)高淬透性元素的存在，不僅增加合金成本，還降低低溫條件下修復(fù)補(bǔ)焊能力和鋼板的可焊性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題提出一種高強(qiáng)、高低溫韌性、優(yōu)良焊接性船板鋼及其生產(chǎn)方法，該鋼板具有低壓縮比、高強(qiáng)度、優(yōu)異的低溫沖擊功、良好的組織均勻性和延伸率，以保證即使在極地氣候環(huán)境下修復(fù)補(bǔ)焊熱影響區(qū)的低淬透性和抗冷裂紋能力?！N高強(qiáng)高韌性船用低溫鋼，其特征在于，按重量百分比包含如下組分C :O. 04 % O. 12 %，Si :0· 20 % O. 55 %，Mn :0· 8 % I. 4 %，P 0. 005 % O. 015 %， S 彡 O. 005 %，Als :0. 02 % O. 07 %，N 彡 O. 005 %，Cu :0. 05 % O. 40 %，Ni :0. 05 % O. 50% ;其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并保證Ni/Cu比為I. 2 I. 5。進(jìn)一步作為化學(xué)成分還有Nb :0.005% 0.03%，Ti :0· 005 % 0.02%，Ca O. 001% O. 006%, Mg 0. 0005%— O. 002%中的 I 種或 2 種以上。在高強(qiáng)高韌性船用低溫鋼中，所采用的組分作用如下C :是有效提高鋼板強(qiáng)度的廉價(jià)元素，但隨著碳含量的提高，則顯著降低鋼板的塑性、低溫韌性和抗焊接裂紋敏感性。Si :在煉鋼過程中可以作為脫氧劑和還原劑，有利于鋼板強(qiáng)度的提高，當(dāng)含量超過O. 5%時(shí)將促進(jìn)馬奧島的形成，損害焊接性和低溫韌性。Mn:適量的錳可以改善鋼的強(qiáng)度和韌性，但過高則在鑄坯中纏身偏析，進(jìn)而造成軋制后難以消除的組織帶狀，降低鋼板橫向性能和抗層狀撕裂性。Al :作為鋼中常用的脫氧劑，適量的鋁可以細(xì)化晶粒、提高沖擊韌性，當(dāng)鋁與N結(jié)合時(shí)，防止N在鋼中固溶而產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效；鋁過高則使夾雜物含量增多，降低焊接性。Cu:為奧氏體穩(wěn)定化元素，適量的銅可以提高鋼板的強(qiáng)度和耐蝕性，改善低溫韌性，加入過多則易造成熱脆而破壞鋼板表面質(zhì)量。Ni :是有效改善低溫韌性的元素，在含銅鋼中加入適量的鎳，可以抑制熱軋過程中產(chǎn)生的熱脆。Ti :微量鈦與鋼中C、N結(jié)合，形成細(xì)小穩(wěn)定的C、N化物顆粒，在板坯加熱過程中可以有效阻止奧氏體晶粒粗化，焊接時(shí)可以抑制焊接熱影響晶粒粗化，改善基體組織和焊縫熱影響區(qū)的低溫韌性。Nb:產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化的關(guān)鍵元素之一，在控軋過程中通過抑制奧氏體再結(jié)晶實(shí)現(xiàn)顯微組織的細(xì)化，同時(shí)提高鋼的強(qiáng)度和韌性。Ca :通過鈣處理實(shí)現(xiàn)對Al2O3夾雜物變性，CaO與Al2O3夾雜物結(jié)合形成鋁酸鈣上浮進(jìn)入渣中，同時(shí)Ca與S結(jié)合形成的球狀?yuàn)A雜物，可以提高鋼板橫向性能。Mg :與其它脫氧劑不同，鎂與氧結(jié)合形成非常微細(xì)的析出物，這些微細(xì)析出物在鋼中均勻彌散分布，避免了大顆粒氧化物夾雜物滯留鋼中所產(chǎn)生的應(yīng)力集中，降低對塑、韌性的不利影響。
一種高強(qiáng)高韌性船用低溫鋼的制造方法包括以下步驟a冶煉工序包括鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、板坯連鑄等工序，其中鐵水預(yù)處理后S含量應(yīng)小于O. 003%，轉(zhuǎn)爐冶煉控制渣堿度，擋渣出鋼，鋼渣厚度彡100mm，精煉喂硅鈣線不少于500m，中包鋼水過熱度彡30°C，全程保護(hù)澆鑄。鑄坯下線堆冷彡72h后方可進(jìn)行軋制。b軋制工序板坯加熱溫度1130 1180°C，均熱時(shí)間30 50min，板坯出爐后采用高壓水除鱗。實(shí)施二階段控制軋制，第一階段為再結(jié)晶區(qū)軋制，開軋溫度1100 1050°C，一階段終軋溫度890 940°C，累積變形量彡60%，得到中間還，中間坯厚度為3倍成品厚度；空冷到830 880°C開始第二階段未再結(jié)晶區(qū)軋制，終軋溫度750 800°C，此階段累積變形量彡50% ;軋后鋼板進(jìn)入層流冷卻，冷卻速率8 15°C /s，返紅溫度580 640°C。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是鐵水預(yù)處理、Mg-Al脫氧和喂硅鈣線，實(shí)現(xiàn)了夾雜物變性，改善 鋼質(zhì)純凈度，純凈鋼冶煉工藝是保證船板獲得優(yōu)良低溫韌性的關(guān)鍵措施之一。鑄坯堆冷期間，在晶內(nèi)彌散析出的C/N化析出物，阻礙奧氏體晶粒長大，促進(jìn)細(xì)小奧氏體晶粒形成；同時(shí)，奧氏體向鐵素體的相變充分，避免熱裝熱送產(chǎn)生的混晶和晶粒粗大。軋制過程中通過采用低溫加熱、大變形量的再結(jié)晶區(qū)軋制、低終軋溫度、控制層流冷卻速度和返紅溫度等多種措施，獲得了與力學(xué)性能相匹配的晶粒細(xì)化強(qiáng)化的顯微組織，特別是本發(fā)明鋼所具有的組織均勻性和低溫韌性指標(biāo)，充分滿足船用低溫鋼性能要求，無需進(jìn)行軋后正火處理。經(jīng)以上工序制備的高強(qiáng)高韌性船用低溫鋼，具有以下技術(shù)特征發(fā)明鋼由多相復(fù)合組織構(gòu)成，包括鐵素體、珠光體、少量貝氏體(或馬氏體)；力學(xué)性能屈服強(qiáng)度彡 360MPa，抗拉強(qiáng)度500 630MPa，延伸率彡 25%, FATT ( -80°C，_60°C沖擊功彡 200J。本發(fā)明采用低P、S純凈鋼冶煉、添加適量Mg脫氧或喂線處理，降低夾雜物含量、促進(jìn)夾雜物變性，保證了鑄坯潔凈度，獲得高強(qiáng)塑性和優(yōu)良的低溫韌性；鑄坯堆冷和低溫加熱工藝防止粗大奧氏體組織形成，二階段大變形量軋制和軋后控冷，促進(jìn)多相組織形成和細(xì)化，充分提高鋼板強(qiáng)韌性；通過均勻、多相細(xì)化的組織控制技術(shù)獲得高強(qiáng)塑性和高韌性，無需進(jìn)行軋后正火處理，節(jié)省工序、燃耗、降低生產(chǎn)成本。


圖I是本發(fā)明鋼實(shí)施例I的顯微組織圖；圖2是本發(fā)明鋼實(shí)施例4的顯微組織圖；圖3是對比鋼I熱軋顯微組織圖；圖4是對比鋼2熱軋顯微組織圖；圖5是對比鋼I正火后顯微組織；圖6是對比鋼2正火后顯微組織。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)一步說明本發(fā)明高強(qiáng)高韌性船用低溫鋼的生產(chǎn)工藝路線如下鐵水深脫硫-轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉(合金化或喂硅鈣線)_中薄板坯連鑄-加熱_粗軋_精軋_層流冷卻_成品下線。
本發(fā)明鋼及傳統(tǒng)EH36兩個(gè)對比鋼的化學(xué)組成如表I所示。表I發(fā)明鋼及對比鋼化學(xué)成分)
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)高韌性船用低溫鋼，其特征在于，按重量百分比包含如下組分C:O. 04 % O. 12 %，Si :0· 20 % O. 55 %，Mn :0· 8 % I. 4 %，P 0. 005 % O. 015 %，S 彡 O. 005 %，Als :0. 02 % O. 07 %，N 彡 O. 005 %，Cu :0. 05 % O. 40 %，Ni :0. 05 % O. 50% ;其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并保證Ni/Cu比為I. 2 I. 5。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)高韌性船用低溫鋼，其特征在于進(jìn)一步作為化學(xué)成分還有Nb 0. 005% O. 03%,Ti 0. 005% O. 02%,Ca 0. 001% O. 006%,Mg 0. 0005% O.002%中的I種或2種以上。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高強(qiáng)高韌性船用低溫鋼制造方法，包括冶煉工序和軋制工序，其特征在于其中鐵水預(yù)處理后S含量應(yīng)小于O. 003%，轉(zhuǎn)爐冶煉控制渣堿度，擋渣出鋼，鋼渣厚度彡100mm，精煉喂硅鈣線不少于500m，中包鋼水過熱度彡30°C，全程保護(hù)澆鑄；鑄坯下線堆冷> 72h后方可進(jìn)行軋制； 板坯加熱溫度1130 1180°C，均熱時(shí)間30 50min，板坯出爐后采用高壓水除鱗；實(shí)施二階段控制軋制，第一階段為再結(jié)晶區(qū)軋制，開軋溫度1100 1050°C，一階段終軋溫度890 940°C，累積變形量彡60%，得到中間還，中間坯厚度為3倍成品厚度；空冷到830 880°C開始第二階段未再結(jié)晶區(qū)軋制，終軋溫度750 800°C，此階段累積變形量彡50%;軋后鋼板進(jìn)入層流冷卻，冷卻速率8 15°C /s，返紅溫度580 640°C。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高強(qiáng)高韌性船用低溫鋼及其制造方法，按重量百分比包含如下組分C0.04％～0.12％，Si0.20％～0.55％，Mn0.8％～1.4％，P0.005％～0.015％，S≤0.005％，Als0.02％～0.07％，N≤0.005％，Cu0.05％～0.40％，Ni0.05％～0.50％；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并保證Ni/Cu比為1.2～1.5。還有Nb0.005％～0.03％，Ti0.005％～0.02％，Ca0.001％～0.006％，Mg0.0005％～0.002％中的1種或2種以上。該鋼板具有低壓縮比、高強(qiáng)度、優(yōu)異的低溫沖擊功、良好的組織均勻性和延伸率，以保證即使在極地氣候環(huán)境下修復(fù)補(bǔ)焊熱影響區(qū)的低淬透性和抗冷裂紋能力。
文檔編號(hào)C22C38/16GK102851591SQ20111017990
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者嚴(yán)玲, 葉其斌, 郝森, 周成, 楊玉, 張朝鋒 申請人:鞍鋼股份有限公司