屈服强度为 345 ～ 390MPa 高韧性钢板的制造方法 【技术领域】
本发明涉及属于低合金高强度用钢板生产技术领域， 主要涉及一种屈服强度为 345 ～ 390MPa 高韧性钢板的制造方法背景技术
屈服强度为 345 ～ 390MPa 的 E 级钢板主要应用于低合金高强度用钢、 桥梁用钢、 建筑用钢、 船体用钢等， 属高端产品， 在中厚板市场消费量较大。钢板生产工艺按交货状态 分为控轧状态交货或正火状态交货， 厚度规格≥ 50mm 的钢板以正火状态交货居多， 正火状 态交货的钢板低温性能优于控轧状态交货的钢板。 为保证钢的 -40℃低温冲击性能， 钢厂在 钢板成分设计中一般均添加贵重金属元素 Ni， 以降低钢的冷脆转变温度， 稳定钢在低温恶 劣环境下的使用性能。国内外低温钢化学成分 (％ ) 要求见表 1。
表 1 国内外低温钢化学成分 (％ ) 要求
牌号 16MnDR 15MnNiDR 09MnNiDR E36 F36 S355N S355NL
标准 GB 3531 GB 3531 GB 3531 GB 712 GB 712 EN 10028 EN 10028 C ≤ 0.20 ≤ 0.18 ≤ 0.12 ≤ 0.18 ≤ 0.18 ≤ 0.20 ≤ 0.18 P ≤ 0.025 ≤ 0.025 ≤ 0.020 ≤ 0.035 ≤ 0.025 ≤ 0.030 ≤ 0.025 S ≤ 0.012 ≤ 0.012 ≤ 0.012 ≤ 0.035 ≤ 0.025 ≤ 0.025 ≤ 0.020 Ni ≤ 0.40 0.20 ～ 0.60 0.30 ～ 0.80 ≤ 0.40 ≤ 0.80 ≤ 0.50 ≤ 0.50 使用温度℃ -30 或 -40 -45 -70 -40 -60 -20 或 -30 -50从表 1 可以看出， 在 GB 3531、 GB 712 及 EN 10028 标准中对所列牌号成分的要求， 随着钢板的使用温度降低 Ni 含量增加， 说明 Ni 可以显著改善钢的韧性， 特别是低温韧性。
问题是钢厂为降低生产成本， 在成分设计中不添加元素 Ni ： 一种方法采用有限 降低钢中 S、 P 含量， 但在工艺条件相同的情况下， 无论是控轧状态还是正火状态生产的钢 板， -40℃低温冲击性能不稳定， 合格率均较低， 难以满足钢板供货技术条件要求 ； 另一种方 法在钢中添加 Re 或 Ca( 夹杂物变性球化处理 ) 等， 期望使钢材冲击韧性达到 Ni 在钢中的 同样效果， 为此， 各钢厂对 Re 或 Ca 处理的加入量及加入方法进行了大量的试验研究， 取得 了一定的效果， 但实际效果达不到 Ni 在钢中对低温韧性的贡献， 表现在 -40℃低温冲击性 能不稳定 ( 冲击值出现两高一低的现象 )， 钢板探伤合格率下降 ( 增加了外来夹杂物的影 响 )。另外这两种方法均增加了生产成本。发明内容 本发明旨在降低原型钢种制造成本， 并针对上述背景技术的现状， 提供一种生产 成本低、 过程简单、 易于控制 ； 适于手弧焊、 埋弧焊和气体保护焊焊接制造工艺， 焊接后具有 优异力学性能的屈服强度为 345 ～ 390MPa 高韧性钢板的制造方法。
本发明目的的实现方式为， 屈服强度为 345 ～ 390MPa 高韧性钢板的制造方法， 具 体步骤如下 ：
1) 高炉铁水脱硫， 采用氧气顶底复吹转炉冶炼成钢水， 采用 SiFe、 MnFe 合金进行 脱氧， 并进行合金化 ； 脱氧后钢水中的氧含量≤ 60PPm ；
2) 精 炼， 采 用 TiFe 合 金 终 脱 氧， 保 持 氧 含 量 为 10PPm ～ 40PPm， 温度控制在 3 3 1595℃～ 1565℃， 然后接通氩气， 氩气流量 1.0m /min ～ 2.0m /min， 保护连铸， 铸坯堆垛缓 冷 24h ～ 48h， 铸坯厚度 150mm ～ 300mm ；
铸坯的化学成分 (％， wt， 熔炼分析 ) 如下 ：
C： 0.08 ～ 0.20， Si ： 0.03 ～ 0.55， Mn ： 0.80 ～ 1.70， P ≤ 0.015， S ≤ 0.010， Nb ： 0.01 ～ 0.07， V： 0.015 ～ 0.15， Ti ： 0.005 ～ 0.035， N： 0.003 ～ 0.012， 其余为 Fe 及不可避免 的夹杂， 碳当量计算公式为 ： CEV ＝ C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15， 含量控制在 0.38 ～ 0.44％ ；
3) 轧制， 铸坯加热温度为 1130 ℃～ 1250 ℃， 加热速率 8min/cm ～ 11min/cm ； 采 用二阶段轧制， 第一阶段采用奥氏体再结晶轧制， 开轧温度 1100 ℃～ 1180 ℃、 终轧温度 1050 ℃～ 1120 ℃、 中间坯厚度 50mm ～ 160mm ； 第二阶段奥氏体未再结晶轧制， 开轧温度 850℃～ 940℃， 终轧温度 780℃～ 860℃ ； 轧制厚度 10 ～ 100mm 的钢板 ；
4) 轧后采用 ACC 工艺控冷， 冷却速度为 3℃ /S ～ 10℃ /S， Mulpic 加速冷却上下水 比控制在 1 ∶ 1.1 ～ 1 ∶ 1.80 范围 ； 钢板返红温度为 650℃～ 750℃； 正火状态交货的钢板 需采用正火 + 加速冷却工艺 ： 正火温度为 880℃～ 930℃， 正火时间为 1.2min/mm ～ 2.0min/ mm， 冷却速度为 2℃ /S ～ 6℃ /S， 钢板返红温度为 680℃～ 800℃， 得到屈服强度为 345 ～ 390MPa 高韧性 E 级钢板。
本发明的优点如下 ：
1、 钢的化学成分设计基于 C、 Si、 Mn、 P、 S 元素， 辅以添加 Nb、 V、 Ti 中的一种或多种 微合金元素， 不添加贵重金属元素 Ni， 从而降低原形钢的生产成本 ； 不添加 Ca、 Re 等元素， 不新增生产成本， 同时减少了外来夹杂物、 净化钢质， 以保证钢板探伤合格率 ；
2、 钢中形成以氧化钛为核心、 纳米级小尺寸弥散分布的球状复合夹杂物， 促使晶 内针状铁素体形核与长大， 通过分割原奥氏体晶粒提高钢板冲击韧性， 降低钢的韧脆转变 温度 ；
3、 满 足 厚 度 规 格 为 10 ～ 100mm， 屈 服 强 度 为 345 ～ 390MPa、 低温冲击性 能 -40℃≥ 100J 的 E 级钢板技术要求， 能适应于手弧焊、 埋弧焊和气体保护焊焊接制造工 艺， 钢板焊接后具有优异的力学性能 ；
4、 生产过程简单、 易于控制， 适用于制造低合金高强度结构钢以及桥梁钢、 建筑钢 和船用钢等专用结构钢。
本发明已在武钢桥梁钢生产中进行了实践， 效果明显， 降低了生产成本， 并能产生
长远的经济效益。 具体实施方式
本发明是 ： 高炉铁水脱硫， 采用氧气顶底复吹转炉冶炼成钢水， 采用 SiFe、 MnFe 合 金进行脱氧， 并进行合金化， 脱氧后钢水中的氧含量≤ 60PPm ； 然后采用 TiFe 合金终脱氧， 保持氧含量为 10PPm ～ 40PPm， 通氩气连铸， 铸坯堆垛缓冷。
坯铸的化学成分 (％， wt， 熔炼分析 ) 如下 ：
C： 0.08 ～ 0.20， Si ： 0.03 ～ 0.55， Mn ： 0.80 ～ 1.70， P ≤ 0.015， S ≤ 0.010， Nb ： 0.01 ～ 0.07， V： 0.015 ～ 0.15， Ti ： 0.005 ～ 0.035， N： 0.003 ～ 0.012， 其余为 Fe 及不可避免 的夹杂， 碳当量计算公式为 ： CEV ＝ C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15， 含量控制在 0.38 ～ 0.44％。
铸坯 1130 ℃～ 1250 ℃加热， 加热速率 8min/cm ～ 11min/cm。采用二段轧制， 第 一阶段奥氏体再结晶轧制， 开轧 1100 ℃～ 1180 ℃， 终轧温度为 1050 ℃ -1120 ℃， 中间坯 厚度 50mm ～ 160mm ； 第二阶段奥氏体未再结晶轧制， 开轧温度 850 ℃ -940 ℃、 终轧温度 780℃ -860℃、 轧制厚度 10mm-100mm。 轧后采用 ACC 工艺控冷， 冷却速度为 3℃ /S ～ 10℃ /S、 加速冷却上下水比控制在 1 ∶ 1.1 ～ 1 ∶ 1.80 范围、 钢板返红温度 650℃～ 750℃。 正火状 态交货的钢板需采用正火 + 加速冷却工艺， 控制正火温度 880℃ -930℃、 正火时间 1.2min/ mm-2.0min/mm、 冷却速度 2℃ /S-6℃ /S、 钢板返红温度 680℃ -800℃。
采用本发明生产的钢板， 能适应于手弧焊、 埋弧焊和气体保护焊焊接制造工艺。 焊 接条件为 ： 线能量≤ 45kJ/cm、 焊接电流为 48 ～ 680A、 焊接电压为 24 ～ 35V、 焊接速度为 150 ～ 34cm/min。钢板焊接后具有优异的力学性能。
下面通过具体实例详述本发明。
为证实本发明的优点， 本申请人作了三个实施例， 具体化学成分见表 2。
表 2 钢的化学成分 (％， wt， 熔炼分析 )
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Si 0.30 0.26 0.30 1.50 0.016 0.006 0.022 0.030 1.50 0.013 0.005 0.018 1.65 0.015 0.008 0.020 0.025 0.015 0.020 Mn P S Nb V Ti O 0.0012 0.0038 0.0025 N 0.012 0.050 0.003 CEV 0.367 0.392 0.426102330020 A CN 102330030编号C说实施例 10.08明实施例 1 ：
1) 高炉铁水脱硫， 采用氧气顶底复吹转炉冶炼成钢水， 采用 SiFe、 MnFe 合金进行 脱氧， 并进行合金化 ； 脱氧后钢水中的氧含量≤ 60PPm。6实施例 20.13书实施例 30.174/6 页102330020 A CN 102330030
说明书5/6 页2) 精 炼， 采 用 TiFe 合 金 终 脱 氧， 保 持 氧 含 量 为 10PPm， 温 度 控 制 在 1595 ℃ ～ 3 3 1565℃， 然后接通氩气 ( 流量 1.0m /min ～ 2.0m /min) 保护连铸， 铸坯堆垛缓冷 24h， 铸坯 厚度 150mm。铸坯的化学成分满足上述要求。
3) 轧制， 铸坯加热温度为 1130℃， 加热速率 8min/cm ； 采用二阶段轧制， 第一阶段 奥氏体再结晶轧制， 开轧温度 1100℃、 终轧温度 1050℃、 中间坯厚度 50mm， 第二阶段奥氏体 未再结晶， 开轧温度 940℃， 终轧温度 780℃ ； 轧制厚度为 10mm 的钢板。
4) 轧后采用 ACC 工艺控冷， 冷却速度为 3℃ /S， Mulpic 加速冷却上下水比控制在 1 ∶ 1.8 范围 ； 钢板返红温度为 750℃ ； 正火状态交货的钢板需采用正火 + 加速冷却工艺 ： 正火温度为 880℃， 正火时间为 1.2min/mm， 冷却速度为 2℃ /S， 钢板返红温度为 800℃。得 到了成品厚度为 10mm， 屈服强度为 345 ～ 390MPa 高韧性 E 级钢板。
实施例 2 ：
1) 高炉铁水脱硫， 采用氧气顶底复吹转炉冶炼成钢水， 采用 SiFe、 MnFe 合金进行 脱氧， 并进行合金化 ； 脱氧后钢水中的氧含量≤ 60PPm。
2) 精 炼， 采 用 TiFe 合 金 终 脱 氧， 保 持 氧 含 量 为 40PPm， 温 度 控 制 在 1595 ℃ ～ 3 3 1565℃， 然后接通氩气 ( 流量 1.0m /min ～ 2.0m /min) 保护连铸， 铸坯堆垛缓冷 24h， 铸坯 厚度 200mm。铸坯的化学成分满足上述要求。 3) 轧制， 铸坯加热温度为 1180℃， 加热速率 9min/cm ； 采用二阶段轧制， 第一阶段 奥氏体再结晶轧制， 开轧温度 1150℃、 终轧温度 1080℃、 中间坯厚度 90mm， 第二阶段奥氏体 未再结晶， 开轧温度 890℃， 终轧温度 860℃ ； 轧制厚度为 40mm 的钢板。
4) 轧后采用 ACC 工艺控冷， 冷却速度为 3℃ /S， Mulpic 加速冷却上下水比控制在 1 ∶ 1.6 范围 ； 钢板返红温度为 720℃ ； 正火状态交货的钢板需采用正火 + 加速冷却工艺 ： 正火温度为 900℃， 正火时间为 1.4min/mm， 冷却速度为 3℃ /S， 钢板返红温度为 740℃。得 到了厚度为 40mm， 屈服强度为 345 ～ 390MPa 高韧性 E 级钢板。
实施例 3 ：
1) 高炉铁水脱硫， 采用氧气顶底复吹转炉冶炼成钢水， 采用 SiFe、 MnFe 合金进行 脱氧， 并进行合金化 ； 脱氧后钢水中的氧含量≤ 60PPm。
2) 精 炼， 采 用 TiFe 合 金 终 脱 氧， 保 持 氧 含 量 为 20PPm， 温 度 控 制 在 1595 ℃ ～ 3 3 1565℃， 然后接通氩气 ( 流量 1.0m /min ～ 2.0m /min) 保护连铸， 铸坯堆垛缓冷 48h， 铸坯 厚度 300mm。铸坯的化学成分满足上述要求。
3) 轧制， 铸坯加热温度为 1250℃， 加热速率 11min/cm ； 采用二阶段轧制， 第一阶段 奥氏体再结晶轧制， 开轧温度 1180℃、 终轧温度 1120℃、 中间坯厚度 160mm， 第二阶段奥氏 体未再结晶， 开轧温度 850℃， 终轧温度 830℃ ； 轧制厚度为 100mm 的钢板。
4) 轧后采用 ACC 工艺控冷， 冷却速度为 10℃ /S， Mulpic 加速冷却上下水比控制在 1 ∶ 1.1 范围 ； 钢板返红温度为 650℃ ； 正火状态交货的钢板需采用正火 + 加速冷却工艺 ： 正火温度为 930℃， 正火时间为 2.0min/mm， 冷却速度为 6℃ /S， 钢板返红温度为 680℃。得 到了厚度为 100mm， 屈服强度为 345 ～ 390MPa 高韧性 E 级钢板。
对实施例 1 ～实施例 3 生产的钢板进行了探伤及力学性能检验， 结果见表 3。 对实 施例 1 ～实施例 3 生产的钢板还进行了埋弧焊焊接实际施焊， 焊接工艺及接头性能见表 4。
表 3 钢板力学性能及探伤检验结果
表 4 钢板埋弧焊接工艺及接头冲击韧性
从表 3 和表 4 结果表明， 采用本发明生产的屈服强度为 345 ～ 390MPa 高韧性 E 级 钢板具有优异的力学性能， 钢板的焊接工艺完全满足使用和制造单位生产条件， 可广泛应 用于低合金高强度用钢、 桥梁用钢、 建筑用钢、 船体用钢等。
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