两坯复合生产的具有优良内部质量、低温冲击韧性和抗层状撕裂性能的低合金特厚钢板

摘要

本发明涉及具有优良内部探伤质量、低温冲击韧性和抗层状撕裂性能的低合金特厚钢板，采用370mm或450mm断面连铸板坯作为基坯在真空室内通过电子束焊接进行两坯复合，复合坯厚度分别为710‑720mm和870‑880mm，以复合坯作为坯料通过加热、轧制和正火工序生产钢板厚度为＞150‑400mm低合金特厚钢板，钢板具有良好的内部质量和优异的力学性能，探伤可满足EN10160 S2E3、A578C、GB/T2970 I级等标准级别，厚度方向性能可满足Z35，‑40℃低温冲击可满足单值≥100J。

说明书

技术领域

本发明属于钢板制造领域，具体涉及一种两坯复合生产的最大厚度达400mm的低合金特厚钢板及其制造方法。

背景技术

随着经济建设快速发展和设备大型化的需要，低合金特厚钢板需求量逐年增加，同时设计单位对特厚钢板的内部质量和机械性能都提出了越来越高的要求。钢板厚度越大，其内部疏松、偏析等冶金缺陷越严重，导致钢板探伤性能、低温冲击性能和抗层状撕裂性能无法满足行业发展的需要。目前国内连铸板坯最大厚度为450mm，采用连铸坯单坯生产能够同时满足探伤、低温冲击韧性和Z向性能要求的钢板最大厚度为250mm。＞250-400mm厚度优质特厚钢板仍然采用锻造坯、水冷模铸扁钢锭、电渣重熔扁锭等坯料进行生产，这些坯料在生产大单重、小批量和特殊品种时具有一定优势，但存在项目投资大、生产流程长、能耗高、金属综合成材率低、难以实现大批量审查生产的缺点。近年来，国内钢铁企业相继开发采用复合坯生产特厚钢板工艺，受连铸基坯厚度和轧机开口度的限制，复合坯均采用三坯复合，生产周期较长，复合成本较高，且存在两个复合界面，界面复合不良、出现分层的几率和风险增加，而且三坯复合生产对轧机的要求极高，而且实践中发现对于结构钢板，若一味的追求大压下率，又对板材的低温冲击性能不利。

公布号为CN106216947A的发明专利涉及“一种大厚度探伤钢板的生产方法”，提供了一种采用330mm断面钢坯作为基坯三坯复合，通过真空电子束焊接和热轧工序生产350-400mm厚度低合金特厚钢板生产方法。钢板可满足Z35性能要求，探伤可满足国标I级和SEL072-99标准I级，但其板材未提及低温冲击性能。

公告号为CN106191658A的发明专利涉及“一种三坯复合生产特厚低温冲击钢板的工艺”，提供了一种采用200mm断面连铸板坯作为基坯三坯复合，通过真空电子束焊接、加热、轧制和热处理工序生产最大厚度为220mm厚度特厚钢板生产工艺。钢板厚度方向Z向性能≥50%，-40℃低温冲击≥100J。但其厚度有限，无法满足特厚钢板使用，且钢板的探伤性能也未涉及。

上述专利申请涉及的复合坯特厚板生产方法所采用的基坯厚度较小，采用三坯复合，生产难度大、成本高、生产周期长，钢板不能同时满足高级别探伤和低温冲击韧性的要求，不能完全满足行业发展的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种采用两坯复合生产低合金特厚钢板，采用370mm—450mm断面连铸坯作为基坯，通过真空电子束焊接、复合坯加热、轧制和正火处理工序，生产厚度为＞150-400mm厚度的低合金特厚钢板，钢板探伤可满足EN10160 S2E3、A578C、GB/T2970 I级等高标准级别，厚度方向性能可满足Z35，低温冲击韧性满足-40℃低温冲击性能单值≥100J。

可应用于风电、水电、桥梁和工程机械等领域重要结构部件的制造，具有良好的内部质量、优异的低温冲击韧性和良好的抗层状撕裂性能。

本发明产品生产工艺简单，组坯灵活，适合批量生产。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种两坯复合生产的具有优良内部质量、低温冲击韧性和抗层状撕裂性能的低合金特厚钢板，该钢板的化学成分按重量百分比计为C：≤0.17%，Si：≤0.40%，Mn：1.20～1.60%，P：≤0.006%，S：≤0.001%，Al：0.02～0.05%，Nb：0.01～0.04%，V：0.01～0.04%，Ti：0.01～0.05%，Ni：0.10～0.30%，Cu：≤0.20%，H：≤0.00012%，O：≤0.0015%，N：≤0.0040%，Pb：≤0.025%，Sn：≤0.025%，As：≤0.025%，Sb：≤0.01%，Bi：≤0.01%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

进一步地，钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.12～0.17%，Si：0.25～0.40%，Mn：1.20～1.60%，P：≤0.006%，S：≤0.001%，Al：0.02～0.05%，Nb：0.01～0.04%，V：0.01～0.04%，Ti：0.01～0.05%，Ni：0.10～0.30%，Cu：≤0.20%，H：≤0.00012%，O：≤0.0015%，N：≤0.0040%，Pb：≤0.025%，Sn：≤0.025%，As：≤0.025%，Sb：≤0.01%，Bi：≤0.01%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

本申请的钢板厚度＞150-400mm，其力学性能满足：-40℃纵向冲击功单值≥100J，厚度方向拉伸断面收缩率≥50%，其他性能如屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等满足相关结构钢标准，钢板整体组织为铁素体+珠光体，无结合界面，钢板UT探伤可满足EN10160 S2E3、A578C、GB/T2970 I级等高标准级别。

低合金特厚钢板，其特征在于：钢板的生产工艺流程：炼钢→连铸→基坯复合→复合坯加热→复合坯粗轧→钢板缓冷→钢板探伤→钢板正火→精整→检验→入库，

主要工序的具体操作如下：

1）基坯炼钢、连铸工艺

通过KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理、RH真空循环脱气以及连铸工序动态轻压下技术，降低钢中S、P、H、O、N元素含量来提高钢水纯净度，减轻铸坯偏析、疏松和裂纹等内部缺陷，保证基坯内部质量；

2）复合坯加热、轧制工艺

采用2块370mm或450mm断面连铸板坯作为基坯，表面铣磨后在真空室内通过电子束焊接组合成复合坯，复合坯厚度分别为710-720mm和870-880mm；

复合坯采用特定的加热方式：550℃以下装钢，闷钢1-2小时；低温段以不大于80℃/h速度升温至830±20℃，保温2-4小时；中温段以不大于100℃/h速度升温至1000±20℃，保温1-2h；高温段不限制升温速度，升温至1240-1260℃，保温7-10小时；

轧制工序采用粗轧机单机架轧制，设置热轧抢温轧制工艺，开轧温度为1050-1120℃，终轧温度为950-1000℃，所有轧制变形在粗轧机上完成，轧制过程采用大压下轧制工艺，在轧机能力允许条件下尽量减少轧制道次，总轧制道次控制在10-14道次，为了防止混晶，单道次压下率均控制在6%以上，而为了充分破碎加热过程中产生的氧化物，实现复合界面金属键结合，纵轧道次至少4个轧制道次的单道次压下量≥50mm；

钢板下线后加罩缓冷≥72小时；

3）热处理工艺

采用正火工艺，正火温度为890±20℃，保温时间系数：1.8～2.5min/mm，空冷；为了保证正火后冷却效果，钢板下线后单独摆放。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

本发明涉及一种厚度为＞150-400mm的低合金特厚钢板，该钢板采用两坯复合生产，正火后具有良好的内部质量、优异的低温冲击韧性和良好的抗层状撕裂性能。

为了实现上述目的，本发明采用低碳成分设计，通过提高基坯纯净度、内部质量以及后续轧制和热处理工艺来保证钢板探伤质量和力学性能，关键技术措施：

1）通过降低S、P、H、O、N元素含量提高钢水纯净度，进而改善特厚钢板的低温冲击韧性，此外，降低氧含量可以有效减少钢中氧化物的含量，为复合界面实现金属键结合创造有利条件。

2）通过连铸动态轻压下技术减轻基坯偏析和疏松缺陷，进而保证钢板内部质量和探伤性能。

3）在加热过程中，采用高温段长时间保温和粗轧工序采用控制大压下轧制工艺，控制轧制道次，作为复合界面金属键结合的关键措施，有效避免钢板在复合界面出现分层缺陷，确保心部探伤性能。

在高温加热和长时间保温的作用下，相互紧密接触的的金属首先形成金属键连接，并通过扩散迁移，使金属间的大部分孔洞消失。在轧制过程设置热轧抢温大压下机制，在板坯界面形成再结晶，再结晶温度以上重新形核、长大，形成新的晶粒，实现牢固的冶金结合，彻底消除结合界面，消除组织在厚度方向上的变化差异，提高探伤性能。

在加热和保温过程中在复合界面两侧会形成氧的浓度梯度，当加热温度达到1200℃，钢中Al、Si等元素在浓度梯度和高激活能的作用下，迅速向间隙扩散，并结合成氧化物，这对于大厚度复合坯界面复合是不可避免的不利因素，也是复合坯的生产难度。采用大压下轧制工艺可以增加复合界面的应力，有利于破碎氧化物，使紧密接触的新鲜金属的面积增大，通过扩散和再结晶形成新的晶粒，实现牢固的冶金结合。

与现有技术相比，本发明钢板厚度和复合坯采用的连铸基坯厚度较大，具体为：采用370mm或450mm连铸坯作为基坯两坯复合，370mm连铸坯两坯复合的复合坯厚度为710-720mm，轧制钢板厚度为＞150-320mm；450mm连铸坯两坯复合的复合坯厚度为870-880mm，轧制钢板厚度为＞150-400mm；实际生产中根据钢板的质量性能要求、钢板重量以及成材率选择合适的坯型。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例钢板的厚度为400mm，其化学成分按重量百分比计为：C：0.12%，Si：0.25%，Mn：1.50%，P： 0.005%，S：0.0005%，Al：0.030%，Nb：0.032%，V：032%， Ti：0.012%，Ni：0.25%，Cu：0.03%，H：0.00010%，O：0.0008%，N：0.0030%，Pb：0.0011%，Sn：0.0022%，As：0.0030%，Sb：0.0012%，Bi：0.003%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该钢板的制造工艺为如下：

生产工艺流程：炼钢→连铸→基坯复合→复合坯加热→复合坯轧制→钢板缓冷→钢板探伤→钢板正火→精整→检验→入库。

主要工序的具体操作如下：

基坯炼钢、连铸工序主要通过KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理、RH真空循环脱气以及连铸工序动态轻压下技术，降低钢中S、P、H、O、N元素含量来提高钢水纯净度，减轻铸坯偏析、疏松和裂纹等缺陷，保证基坯内部质量。

采用2块450mm断面连铸板坯作为基坯，表面铣磨后在真空室内通过电子束焊接组合成复合坯，复合坯厚度为880mm。

复合坯加热工序采用分段加热方式：520℃装钢，闷钢2小时；低温段以60℃/h速度升温至840℃，保温3.5小时；中温段以80℃/h速度升温至1010℃，保温1.5h；高温段不限制升温速度，升温至1260℃，保温10小时。

轧制工序采用粗轧机单机架轧制，开轧温度为1118℃，终轧温度为970℃，所有轧制变形在粗轧机上完成，轧制过程中采用大压下轧制工艺，在轧机能力允许条件下尽量减少轧制道次，总轧制道次为10道次，单道次压下率均控制在6%以上，纵轧道次有4个轧制道次单道次压下量≥50mm，分别为55mm、55m、55mm、52mm。。

钢板下线后加罩缓冷≥72小时。

热处理工序采用正火工艺，正火温度为900℃，保温时间系数：2.5min/mm，空冷；为了保证正火后冷却效果，钢板下线后单独摆放。

经由上述制造工艺制得的400mm厚低合金特厚钢板，UT探伤满足EN10160 S2E3、A578C、GB/T2970 I级等标准级别要求，具有优异的低温冲击韧性和良好的抗层状撕裂性能详见表1。

实施例2

本实施例钢板的厚度为200mm，其化学成分按重量百分比计为：C：0.12%，Si：0.26%，Mn：1.52%，P： 0.004%，S：0.0006%，Al：0.032%，Nb：0.038%，V：035%， Ti：0.014%，Ni：0.22%，Cu：0.06%，H：0.00007%，O：0.0006%，N：0.0038%，Pb：0.0003%，Sn：0.0025%，As：0.0052%，Sb：0.0025%，Bi：0.0012%，:余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该钢板的制造工艺为如下：

生产工艺流程：炼钢→连铸→基坯复合→复合坯加热→复合坯轧制→钢板缓冷→钢板探伤→钢板正火→精整→检验→入库。

主要工序的具体操作如下：

基坯炼钢、连铸工序主要通过KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理、RH真空循环脱气以及连铸工序动态轻压下技术，降低钢中S、P、H、O、N元素含量来提高钢水纯净度，减轻铸坯偏析、疏松和裂纹等缺陷，保证基坯内部质量。

采用2块450mm断面连铸板坯作为基坯，表面铣磨后在真空室内通过电子束焊接组合成复合坯，复合坯厚度为875mm。

复合坯加热工序采用分段加热方式：500℃装钢，闷钢2.0小时；低温段以70℃/h速度升温至820℃，保温4小时；中温段以75℃/h速度升温至1000℃，保温1.5h；高温段不限制升温速度，升温至1255℃，保温10小时。

轧制工序采用热轧抢温轧制，开轧温度为1110℃，终轧温度为965℃。所有轧制变形在粗轧机完成，轧制过程中采用大压下轧制工艺，在轧机能力允许条件下尽量减少轧制道次，总轧制道次为14道次，单道次压下率均控制在6%以上，纵轧道次有4个轧制道次单道次压下量≥50mm，分别为55mm、55m、52mm、52mm。

钢板下线后加罩缓冷≥72小时。

热处理工序采用正火工艺，正火温度为895℃，保温时间系数：2.0min/mm，空冷；为了保证正火后冷却效果，钢板下线后单独摆放。

经由上述制造工艺制得的200mm厚低合金特厚钢板，UT探伤满足EN10160 S2E3、A578C、GB/T2970 I级等标准级别要求，具有优异的低温冲击韧性和良好的抗层状撕裂性能详见表1。

实施例3

本实施例钢板的厚度为320mm，其化学成分按重量百分比计为：C：0.12%，Si：0.25%，Mn：1.55%，P： 0.005%，S：0.0006%，Al：0.033%，Nb：0.032%，V：036%，Ti：0.015%， Ni：0.27%，Cu：0.05%，H：0.00005%，O：0.0008%，N：0.0035%，Pb：0.0002%，Sn：0.0022%，As：0.0035%，Sb：0.0020%，Bi：0.0010%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该钢板的制造工艺为如下：

生产工艺流程：炼钢→连铸→基坯复合→复合坯加热→复合坯轧制→钢板缓冷→钢板探伤→钢板正火→精整→检验→入库。

主要工序的具体操作如下：

基坯炼钢、连铸工序主要通过KR铁水预处理，转炉冶炼后扒渣处理、RH真空循环脱气以及连铸工序动态轻压下技术，降低钢中S、P、H、O、N元素含量来提高钢水纯净度，减轻铸坯偏析、疏松和裂纹等缺陷，保证基坯内部质量。

采用2块370mm断面连铸板坯作为基坯，表面铣磨后在真空室内通过电子束焊接组合成复合坯，复合坯厚度为720mm。

复合坯加热工序采用分段加热方式：520℃装钢，闷钢1.8小时；低温段以60℃/h速度升温至830℃，保温3.5小时；中温段以80℃/h速度升温至1050℃，保温1.5h；高温段不限制升温速度，升温至1250℃，保温7.5小时。

轧制工序采用热轧抢温轧制，开轧温度为1115℃，终轧温度为972℃。所有轧制变形在粗轧机完成，轧制过程中采用大压下轧制工艺，在轧机能力允许条件下尽量减少轧制道次，总轧制道次为12道次，单道次压下率均控制在6%以上，纵轧道次有4个轧制道次单道次压下量≥50mm，分别为55mm、55m、55mm、55mm。

钢板下线后加罩缓冷≥72小时。

热处理工序采用正火工艺，正火温度为910℃，保温时间系数：2.5min/mm，空冷；为了保证正火后冷却效果，钢板下线后单独摆放。

经由上述制造工艺制得的320mm厚低合金特厚钢板，UT探伤满足EN10160 S2E3、A578C、GB/T2970 I级等标准级别要求，具有优异的低温冲击韧性和良好的抗层状撕裂性能详见表1。

表1 各实施例所生产的钢板的力学性能

注：（）内为平均值，板厚1/2处为复合界面。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。