一种调质高强度Q800D特厚钢板的生产方法

摘要

一种调质高强度Q800D特厚钢板的生产方法，工艺步骤为铁水预处理→转炉炼钢→炉外精炼→连铸（动态轻压下+电磁搅拌）→加热→轧制→预矫直→在线淬火→离线淬火→回火→精整→性能检验→超声波探伤。钢的化学组成百分含量为C≤0.16，Si=0.20～0.40，Mn=1.10～1.30，P≤0.015，S≤0.003，Als=0.03～0.06，Nb+V+Ti≤0.10，Cu+Ni≤1.0，Cr=0.40～0.75，Mo=0.50～0.75，B≤0.0025，余量为Fe和不可避免的杂质。控制CEV≤0.60，CEV按CEV=C＋Mn/6＋（Cr＋Mo＋V）/5＋（Ni＋Cu）/15公式进行计算。生产出的高性能100～120mm调质高强度Q800D特厚钢板满足了矿山、港口等重型机械制造的需要。

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术，特别是一种调质高强度Q800D特厚钢板的生产方法。

背景技术

特厚钢板是指厚度≥60mm的钢板。现有技术生产特厚钢板的方法主要有：模铸钢锭及电渣重熔钢锭法、连铸坯厚板法、焊接复合铸坯法、竖式连铸法。

一般钢厂连铸坯最大厚度是300mm，极少数钢厂也有厚400mm连铸坯生产。随着宽厚板生产技术的发展，使用260～300mm板坯生产60～100mm的一般强度级别特厚板技术已经非常普及；厚度大于100mm一般强度级别特厚钢板，在国际上都是采用钢锭轧制，这方面的工艺都有相关的报道；厚度大于100mm调质高强度特厚钢板，采用钢锭轧制后调质处理生产。

连铸坯轧制调质处理的高强度特厚钢板心部轧制变形不深透，产生许多不良的后果：性能合格率低，特别是冲击韧性差，在厚度方向的性能不均匀，Z向性能差，钢板心部冲击功低，钢板探伤合格率低。厚度大于100mm调质高强度特厚钢板，使用厚300mm连铸坯轧制调质处理生产未见相关报道。钢锭轧制特厚钢板成才率低，一般宽厚板厂不能生产。

现有技术常规特厚板轧制过程中坯料温度均匀，其厚度方向的温度分布T_n可认为是近似均匀的。如果降低坯料表层温度，坯料厚度方向的温度T_s是经过强制冷却后的非均匀的，坯料表层温度降低后，会使表层金属的变形抗力或屈服强度σ_s增加，变形难度增大，从而抑制坯料表层金属变形，并以此增加中心区域的变形，从而使厚度方向的压应力σ_t超过屈服应力σ_s，产生更均匀的变形。采用坯料厚度方向温度梯度来控制轧件变形的技术，称之为温度梯度轧制技术（图1、图2）。

温度梯度轧制方法是将板坯表面温度降低，提高板坯表面的形变抗力，将轧制时的变形引入板坯的心部，但必须高速轧制，否则板坯返红后变形集中于板坯表层。温度梯度轧制特厚板的轧制方法为改善钢板心部性能提供了可能，该技术可提高调质高强度特厚钢板的心部性能及Z向性能。

中国专利CN200710193023.9“一种高强度钢板及其制备方法”公开了一种100Kg 级屈服强度不低于890MPa ,厚度为8～100mm的高强度钢板的生产方法，其70mm以上钢板采用钢锭轧材。中国专利CN201110093666.2“人造板设备用调质高强度钢板及其生产方法”公开了一种实际是NM400钢板，厚度为70～120mm钢板的生产方法，钢板采用连铸坯轧材，淬火后回火温度为300～350℃，此类钢板不能作为结构件使用。中国专利CN201210387796.1 “一种大厚度海洋工程用调质高强度钢板及其生产方法”公开了一种屈服强度480MPa，抗拉强度600MPa，最大厚度140mm钢板的生产方法，钢板采用钢锭轧材。中国专利201310178923.1 “一种特厚钢板的热处理方法”公开了一种厚度100mm以上高强度钢板热处理方法，钢板在淬火机内低压段采用摆动冷却以解决特厚钢板淬不透的问题，钢板最大长度不能超过低压段长度即钢板长度小于9米，该专利公布数据是用于模具加工的高碳45号钢。

世界掘煤机等重型设备制造技术的改进，以焊接结构代替铸钢件，使用屈服强度500～890MPa系列调质高强度特厚板（100～120mm）交货技术条件中，除满足钢板的常规检验强度、延伸率、冲击韧性要求外，同时提出钢板屈强比小于0.92，钢板中心的横向冲击功大于27J，厚度方向性能达到Z25，钢板逐张进行超声波探伤一级合格。针对上述技术要求，目前现有国内外生产企业还没有连铸坯轧材的生产报道及生产实绩。连铸坯轧材后调质处理生产低压缩比的特厚钢板中存在许多缺陷：

a．钢板强度合格但韧性低，不能满足标准要求；

b．钢板难以满足心部横向冲击功大于27J的要求；

c．钢板难以满足厚度方向性能达到Z25的要求；

d．高强钢板均匀延伸低（≤6%），强塑积小；

e．钢板超声波探伤合格率低。

发明内容

本专利旨有提供一种调质高强度Q800D特厚钢板的生产方法：采用300mm厚洁净钢连铸坯辅以高温加热及温度梯度大压下快速轧制改变轧件中心变形条件，增加钢板心部变形，并利用在线淬火强制冷却作为预备热处理，保留控轧后钢板细化的组织，钢板进行离线调质处理等技术生产厚度100～120mm调质高强度Q800D特厚钢板，钢板屈服强度不低于740MPa，抗拉强度不低于800MPa，屈强比小于0.92，延伸率不小于15%，均匀延伸率不小于8%，-20℃KV₂(横向)不小于34J，钢板心部-20℃KV₂(横向)不小于27J，厚度方向性能达到Z25，超声波探伤一级合格，满足矿山、港口等重型机械制造的需要。

本发明的技术方案：

一种调质高强度Q800D特厚钢板的生产方法。钢的生产工艺路线：铁水预处理→转炉炼钢→炉外精炼→连铸（动态轻压下+电磁搅拌）→加热→轧制→预矫直→在线淬火→离线淬火→回火→精整→性能检验→超声波探伤。

钢的化学组成质量百分比为： C≤0.16，Si=0.20～0.40，Mn=1.10～1.30，P≤0.015，S≤0.003，Als=0.03～0.06， Nb+V+Ti≤0.10，Cu+Ni≤1.0，Cr=0.40～0.75，Mo=0.50～0.75，B ≤0.0025，余量为Fe和不可避免的杂质。控制CEV≤0.60，CEV按CEV= C＋Mn/6＋（Cr＋Mo＋V）/5＋（Ni＋Cu）/15公式进行计算。

（1）连铸：按照洁净钢的生产方式生产300×2280mm断面连铸坯，其中连铸中包过热度小于10℃，轻压下量4mm，电磁搅拌电流按295～305A（6.9～7.1Hz）控制。

（2）加热：板坯加热1280～1300℃，加热时间10～15min/cm，均热时间大于60min，上表面温度高于下表面10~20℃，板坯出炉心部温度≥1250℃。

（3）轧制：                                                阶段开轧温度≥1200℃，终轧返红温度980～1050℃，粗轧采用温度梯度、大压下、快速轧制，板坯展宽后，使用轧机除鳞高压水连续对板坯空过道次冷却，板坯表面温度950～900℃时大压下快速轧制，每道次开高压水冷却轧件，粗轧速度为2.0~2.5m/s，粗轧保证最后连续二道次平均压下率不小于16%，中间坯厚度控制按板坯展宽后保证二道次压下率不小于16%的厚度。

阶段精轧采用温度梯度、大压下、快速轧制，开轧温度830~850℃，中间坯空过道次并使用轧机除鳞高压水连续对中间坯冷却，中间坯表面温度800～820℃时大压下快速轧制，精轧轧制速度为4.3~5.5m/s，每道次开高压水冷却轧件，终轧返红温度810~830℃控制，开冷温度按目标终轧温度的下限设定，每道次压下率均须≥12%，最后三道次累计压下率不小于40%。

（4）预矫直：钢板轧后预矫直机辊缝设置数与钢板名义厚度相同，速度0.23 ~0.25m/s，钢板入水前进行预矫直。

（5）在线淬火：钢板入水温度810~830℃，轧后DQ段辊速0.23 ~0.25m/s，a、b、c、d各段上下水量180~190 m³/min，冷却速度大于20℃/s；ACC段上水量390~400 m³/min，下水量870~900m³/min，辊速0.80~0.85m/s钢板摆动冷却至室温。

（6）离线淬火：淬火温度920~930℃，在炉时间板厚mm×（2.0~2.2）min/mm，钢板在炉保温时间应大于15min；淬火机辊速2.25~2.35m/s，高压段缝隙喷嘴水量645~ 655m³/min。

（7）回火：温度640~660℃，在炉时间板厚mm×（3.0~3.5）min/mm，空冷。

（8）性能检验及超声波探伤。

用上述方法生产厚度100～120mm调质高强度Q800D特厚钢板，钢板屈服强度不低于740MPa，抗拉强度不低于800MPa，屈强比小于0.92，延伸率不小于15%，均匀延伸率不小于8%，-20℃KV₂(横向)不小于34J，钢板心部-20℃KV₂(横向)不小于27J，厚度方向性能达到Z25，超声波探伤一级合格，满足矿山、港口等重型机械制造的需要。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

a.采用300mm厚连铸坯生产出了高性能的100~120mm厚调质高强度Q800D特厚钢板，降低了生产成本，满足了满足矿山、港口机械制造的要求。

b. 高温加热及温度梯度、大压下快速轧制强烈增加了钢板心部变形，改善了钢板心部性能及Z向性能，提高了钢板的超声波探伤合格率。

c.利用在线淬火强制冷却作为预备热处理，保留温度梯度轧制和控轧后钢板心部细化的组织，改善调质钢板心部性能，提高了调质后钢板塑性及韧性。

d.钢板均匀延伸大于8%，强塑积提高30%以上，高强钢工件抵抗冲击载荷能力提高。

e.使用连铸坯生产出了高性能的调质高强度Q800D特厚钢板，工序简单、工艺容易实现，一般宽厚板厂均能生产。

附图说明

图1为强制冷却后坯料厚度方向的温度分布图。

图2为强制冷却后坯料厚度方向的应力分布图。

图3 为本发明方法生产的调质高强度特厚钢板显微组织照片图。

图中：Tn-传统轧制的坯料均匀温度分布；Ts- 采用坯料非均匀温度分布；σs-约束屈服应力；σt-厚度方向压应力。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的内容。

实施例1：炼制板厚为100mm调质高强度Q800D特厚钢板。

钢的化学组成质量百分比为：C=0.14，Si=0.28，Mn=1.26，P=0.010，S=0.001，Als=0.042，Nb=0.032， V=0.047，Ti=0.014，Ni=0.42，Cr=0.46，Mo=0.50，B =0.0018，余量为Fe和不可避免的杂质；CEV=0.58。

钢的生产工艺步骤与参数为：

（1）连铸：按照洁净钢的生产方式生产300X2280mm断面连铸坯，其中连铸中包过热度小于10℃、轻压下量4mm、电磁搅拌电流按300A（7Hz）控制。

（2）加热：板坯加热1290～1300℃，加热时间11min/cm，均热时间64min，上表面温度高于下表面15℃，板坯出炉心部温度1258℃。

（3）轧制：阶段开轧温度1225℃，终轧返红温度1021℃；板坯展宽后，使用轧机除鳞高压水连续对板坯空过14道次冷却，板坯表面温度937℃时大压下快速轧制，每道次开高压水冷却轧件，粗轧轧制速度为2.1m/s。粗轧保证最后连续二道次平均压下率16.4%、17.3%。板坯展宽后二道次轧制成150mm中间坯厚度。

阶段开轧温度832℃，中间坯空过7道次并使用轧机除鳞高压水连续对中间坯冷却，中间坯表面温度802℃大压下快速轧制，精轧轧制速度为4.8m/s。每道次开高压水冷却轧件，终轧返红温度824℃，开冷温度按目标终轧温度的下限设定，每道次压下率均须≥12%，最后三道次累计压下率不小于40%。

（4）预矫直：预矫直机辊缝设置100mm、速度0.25 m/s，钢板入水前进行预矫直。

（5）在线淬火：钢板入水温度819℃；轧后DQ段，辊速0.25m/s，a、b、c、d各段上下水量185 m³/min，冷却速度32℃/s；ACC段按上水量389m³/min、下水量893m³/min、辊速按0.85m/s钢板摆动冷却至室温。

（6）离线淬火： 温度930℃；在炉时间200min，钢板在炉保温时间18min；淬火机辊速2.3m/s，高压段缝隙喷嘴水量650 m³/min。

（7）回火：温度660℃；在炉时间346min；空冷。

实测本实施例100mm钢板性能：屈服强度786MPa、抗拉强度867MPa、延伸率21.0%、均匀延伸8.7%、屈强比0.907、-20℃KV₂（横向）平均值187J、钢板心部-20℃KV₂（横向）平均值146J、厚度方向性能Ψ平均值39.3%、冷弯合格；钢板按照GB2970标准探伤一级合格。

实施例2：炼制板厚为120mm调质高强度Q800D特厚钢板。

钢的化学组成质量百分比为： 

C=0.14，Si=0.28，Mn=1.19，P=0.011，S=0.001，Als=0.039，Nb=0.029， V=0.047，Ti=0.018，Ni=0.53，Cr=0.46，Mo=0.52，B =0.0018，余量为Fe和不可避免的杂质；CEV=0.58。

钢的生产工艺步骤与参数为：

（1）连铸：按照洁净钢的生产方式生产300X2280mm断面连铸坯，其中连铸中包过热度小于10℃、轻压下量4mm、电磁搅拌电流按300A（7Hz）控制。

（2）加热：板坯加热1290～1300℃，加热时间13min/cm，均热时间71min，上表面温度高于下表面18℃，板坯出炉心部温度1261℃。

（3）轧制：阶段开轧温度1231℃，终轧返红温度1027℃；板坯展宽后，使用轧机除鳞高压水连续对板坯空过15道次冷却，板坯表面温度917℃时大压下快速轧制，每道次开高压水冷却轧件，粗轧轧制速度为2.1m/s。粗轧保证最后连续二道次平均压下率16.3%、16.8%。板坯展宽后二道次轧制成160mm中间坯厚度。

阶段开轧温度835℃，中间坯空过7道次并使用轧机除鳞高压水连续对中间坯冷却，中间坯表面温度812℃大压下快速轧制，精轧轧制速度为4.7m/s。每道次开高压水冷却轧件，终轧返红温度819℃，开冷温度按目标终轧温度的下限设定，每道次压下率均须≥12%，最后三道次累计压下率不小于40%。

（4）预矫直：预矫直机辊缝设置120mm、速度0.23 m/s，钢板入水前进行预矫直。

（5）在线淬火：钢板入水温度815℃；轧后DQ段，辊速0.23m/s，a、b、c、d各段上下水量187 m³/min，冷却速度29℃/s；ACC段按上水量396m³/min、下水量892m³/min、辊速按0.85m/s钢板摆动冷却至室温。

（6）离线淬火： 温度930℃；在炉时间240min，钢板在炉保温时间19min；淬火机辊速2.3m/s，高压段缝隙喷嘴水量650 m³/min。

（7）回火：温度640℃；在炉时间375min；空冷。

实测本实施例120mm钢板性能：屈服强度787MPa、抗拉强度892MPa、延伸率19.8%、均匀延伸8.4%、屈强比0.882、-20℃KV₂（横向）平均值193J、钢板心部-20℃KV₂（横向）平均值157J、厚度方向性能Ψ平均值37.6%、冷弯合格；钢板按照GB2970标准探伤一级合格。