一种新型高强度特厚海洋工程用FH500钢板的生产方法与流程

一种新型高强度特厚海洋工程用fh500钢板的生产方法
技术领域
1.本发明涉及中厚钢板生产技术领域，具体涉及一种新型高强度特厚海洋工程用fh500钢板的生产方法。


背景技术：

2.fh500属于国标gb/t712中的高屈服强度船板钢，其具有强度高、韧性好、低温韧性优良、加工性能和焊接性能好、耐腐蚀等特点。随着船舶和海洋平台向大型化、轻量化和节能化发展，对海工用钢的要求越来越高，要求具有高强度、优良韧性、可焊性及特厚规格钢板，近年来相关钢企的对fh500船板的研制也报道了一些成果，且相关的专利也有公开的报导，但目前其他钢企生产的fh500船板基本均采用调质工艺生产，生产工艺复杂且生产周期长，生产效率低；另外，即便部分钢企也采用了轧制工艺生产，但因无法突破技术瓶颈，只能生产相对较薄的钢板。
3.公开号为cn108517463a的专利公开了一种高延展性的fh500级船板钢及其制备方法，其中成分c含量偏低，生产操作中难度较大；其生产厚度仅为19～30mm薄钢板，无法满足目前对特厚船板的需求和实际使用。
4.公开号为cn101781742b和cn109112429a的专利公开了具有超高强度和优良低温冲击韧性的中厚船板钢及其制造方法，其仅能生产厚度18～40mm和50
‑
80mm的薄钢板，无法满足目前对特厚船板的需求和实际使用。
5.公开号为cn106756612a的专利公开了一种贝氏体/马氏体/奥氏体高韧易焊接船板钢及制造方法，其生产工艺必须进行淬火 回火处理，该发明生产工艺复杂，生产周期长，生产效率低。
6.公开号为cn104911503b和cn102021489a的专利也公开了一种制备方法,但其生产工艺必须进行调质处理，该发明生产工艺复杂，生产周期长，生产效率低。


技术实现要素：

7.为解决上述技术缺陷，本发明的目的是提供一种新型高强度特厚海洋工程用fh500钢板的生产方法，较传统工艺相比，缩短了整个生产流程，在保证钢板性能的前提下，有利于降低成本，提高企业效益。
8.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型高强度特厚海洋工程用fh500钢板的生产方法，其中该钢板的厚度为300
‑
450mm，包含如下质量百分比的化学成分：c 0.080～0.11，si 0.20～0.50，mn 1.45～1.60，p≤0.012，s≤0.005，cr 0.5～1.00，ni 0.25～1.1，nb 0.030～0.050，v 0.03～0.08，mo 0.35～0.95，ti 0.015～0.022，b 0.0010～0.0020，als≤0.050，其它为fe和残留元素；
9.所述钢板的组织主要为贝氏体，并含有少量的铁素体和珠光体，其中贝氏体的体积分数为80％～90％，铁素体的体积分数为5％～10％，珠光体的体积分数为5％～10％；
10.所述钢板的厚度为80
‑
120mm，屈服强度为520～595mpa，抗拉强度为630～750mpa，
伸长率为17％
‑
25％，v型
‑
60℃纵向冲击功为168～306j，v型
‑
60℃横向冲击功为143～296j；
11.该钢板的生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、lf精炼、vd真空脱气、连铸浇注、加热、轧制及堆冷：
12.其中加热工艺中，将在连铸浇注中得到的300
‑
450mm厚的钢坯加热至1220
‑
1240℃，保温段温度1200
‑
1220℃，保温段时间＞40min，整体加热时间11
‑
14min/cm；
13.轧制工艺中，对钢坯进行三阶段控轧，第一阶段为奥氏体再结晶区域轧制，采用“高温、低速、大压下”工艺，轧制温度控制在1050～1200℃，道次压下量不低于45mm，使轧制力达到钢坯芯部，一方面促使铸坯芯部再结晶，为芯部晶粒细化奠定基础，另一方面促使钢坯芯部变形，铸坯芯部偏析及缺陷得到大幅改善；第二阶段仍为奥氏体再结晶区轧制，轧制温度控制在930～1000℃，道次压下量按10
‑
30mm控制，使轧制力达到铸坯1/4厚度位置，促使1/4位置变形，最终达到铸坯1/4位置发生再结晶和为晶粒细化创造条件的目的，当中间坯厚度达到成品厚度的1.5～2.0倍时第二阶段轧制结束，中间坯进入ic装置进行快速冷却；当中间坯温度为850～900℃时，开始进行第三阶段的奥氏体未再结晶区轧制，阶段累计压下率≥50％，终轧温度750～800℃，以增加奥氏体晶界有效面积，为奥氏体发生转变提供更多的形核点，达到细化晶粒的效果。轧制结束，钢板进入acc冷却，冷速控制在5～15℃/s，返红温度控制在500～600℃之间，可避免轧制后钢板内部晶粒长大，影响冲击韧性，保证钢板具有良好的强韧性；
14.堆冷工艺中，钢板经矫直后下线堆冷，堆冷温度≥350℃，堆冷时间≥24h，得到80
‑
120mm厚的钢板。通过缓冷，以避免内部应力来不及释放产生内裂，同时进一步促使钢板内部有害气体溢出。
15.本发明的有益效果是：
16.本发明通过第一阶段轧制温度控制在1050～1200℃温度，同时采用“高温、低速、大压下”工艺，有利于轧制力渗透到钢坯芯部，进而促使钢坯芯部在高温下变形，达到将大厚度铸坯芯部疏松、缩孔等缺陷压合，改善或提高铸坯芯部质量，解决了目前大厚度铸坯生产特厚板的中心疏松和偏析的难题，从轧制方面为生产高质量的特厚高强船板提供了保证；另一方面促使铸坯芯部再结晶，为芯部晶粒细化奠定基础；
17.通过第二阶段930～1000℃温度下的小压下轧制，使轧制力达到铸坯1/4厚度位置，促使钢坯1/4位置变形再结晶，为特厚板1/4厚度位置晶粒细化创造条件；
18.通过三阶段轧制，尤其是前两阶段对压下量的精准控制，解决了目前连铸坯采用二阶段轧制生产特厚板时极易出现中心偏析和疏松等缺陷造成探伤不合格的难题，同时大幅缓解了特厚板力学性能各项异性大的问题；另外采用控轧 堆冷的生产工艺，取消了常规的调质工艺，缩短了整个工艺流程，在保证钢板性能的前提下，有利于节约成本，提高企业效益。
具体实施方式
19.上述新型高强度特厚海洋工程用fh500钢板的技术方案，包括如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：c：0.080～0.11，si：0.20～0.50，mn：1.45～1.60，p：≤0.012，s：≤0.005，cr：0.5～1.00，ni：0.25～1.1，nb：0.030～0.050，v：0.03～0.08，mo：0.35～0.95，
ti：0.015～0.022，b:0.0010～0.0020，als：≤0.050，其它为fe和残留元素。
20.本发明采取的生产方法步骤包括：铁水预处理、转炉冶炼、lf精炼、vd真空脱气、连铸浇注、加热、轧制及堆冷，
21.①
铁水预处理工艺：通过喷吹石灰、搅拌脱硫后保证铁水s≤0.005％，同时做好铁水保温措施避免温降过快；
22.②
转炉冶炼工艺：入炉铁水s≤0.005％、p≤0.030％，铁水温度≥1290℃，配优质边废钢，加入造渣料，造渣碱度按2.5
‑
4.0控制，出钢p≤0.010％，s≤0.010％，控制出钢过程钢水包中渣量；
23.③
lf精炼工艺：精炼过程全程吹氩，吹氩强度根据具体情况适时调整，保证吹氩效果，加入精炼渣料造白渣，同时保证白渣保持时间≥20min，精炼结束加入钙线；
24.④
vd精炼工艺：vd真空度必须达到67pa以下，保压时间≥13min，真空结束后向钢中吹氩气，强度以钢液不翻腾为准，吹氩结束后加入适量覆盖剂，保证钢水温度；
25.⑤
连铸工艺：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15
±
10℃，按照300
‑
450mm厚铸坯选择拉速，来保证厚板轧制压缩比要求和内部组织细化条件，浇铸过程开启电磁搅拌，全程保护浇铸，铸坯下线后要求堆冷≥24h；
26.⑥
加热工艺:预热段温度850
‑
1000℃，加热段温度1220
‑
1240℃，保温段温度1200
‑
1220℃，保温段时间＞40min，整体加热时间按11
‑
14min/cm控制；
27.⑦
轧制工艺：采取三阶段轧制，第一阶段为奥氏体再结晶区域轧制，采用“高温、低速、大压下”工艺，轧制温度控制在1050～1200℃，道次压下量不低于45mm，使轧制力达到钢坯芯部，一方面促使铸坯芯部再结晶，为芯部晶粒细化奠定基础，另一方面促使钢坯芯部变形，铸坯芯部偏析及缺陷得到大幅改善；
28.第二阶段仍为奥氏体再结晶区轧制，轧制温度控制在930～1000℃，道次压下量按10
‑
30mm控制，使轧制力达到铸坯1/4厚度位置，促使1/4位置变形，最终达到铸坯1/4位置发生再结晶和为晶粒细化创造条件的目的，当中间坯厚度达到成品厚度的1.5～2.0倍时第二阶段轧制结束，中间坯进入ic装置进行快速冷却；
29.第三阶段为奥氏体未再结晶区轧制，当中间坯温度为850～900℃时，开始进行第三阶段轧制，阶段累计压下率≥50％，终轧温度750～800℃，以增加奥氏体晶界有效面积，为细化奥氏体晶粒提供更多的形核点，达到细化晶粒的效果。
30.为避免轧制后钢板内部晶粒长大，影响冲击韧性，保证钢板具有良好的强韧性匹配，钢板轧后采用在线快速冷却装置进行冷却，冷却速度控制在5～15℃/s，，返红温度在500～600℃之间，然后送往矫直机矫直。
31.⑧
堆冷工艺：钢板矫直后及时下线堆冷，堆冷温度≥350℃，堆冷时间≥24h。通过缓冷，以避免内部应力来不及释放产生内裂，同时进一步促使钢板内部有害气体溢出。
32.实施例1：
33.①
按成分设计熔炼出钢水并铸造成厚度为300～450mm铸坯，铸坯入炉后预热段的910℃，加热段温度1230℃，保温段温度1210℃，保温段保温时间42min，整体加热时间11min/cm，钢坯的化学成分及重量百分数如表1所示。
34.②
对加热后的铸坯进行三阶段轧制，第一阶段开轧温度1170℃，进行两道次大压下量轧制，压下量均为50mm，钢坯厚度由300～450mm变为200～350mm，终轧温度1050℃；第
二阶段开轧温度980℃，再进行三道次轧制，道次压下量均为10mm，中间坯厚度变为170mm～320mm，中间坯进入ic冷却至896℃，开始第三阶段轧制，轧制厚度依次为(按铸坯厚度300mm):170mm
‑
155mm
‑
140mm
‑
125mm
‑
110mm
‑
100mm
‑
90mm,累计压下率为60.31％(若铸坯厚度＞300mm，则累计压下率更大)，终轧温度795℃，轧制完毕快速进入acc冷却；
35.③
进入acc后通过调整集管开启组数，冷速控制在6℃/s，返红温度560℃，出acc后快速进行矫直；
36.④
钢板矫直后下线堆冷，堆冷温度390℃，堆冷时间24h；
37.⑤
堆冷结束后，钢板取样检测性能结果如表2所述。
38.实施例2：
39.①
按成分设计熔炼出钢水并铸造成厚度为300～450mm铸坯，铸坯入炉后预热段的860℃，加热段温度1240℃，保温段温度1220℃，保温段保温时间48min，整体加热时间13min/cm，钢坯的化学成分及重量百分数如表1所示。
40.②
对加热后的铸坯进行三阶段轧制，第一阶段开轧温度1200℃，进行两道次大压下量轧制，压下量均为50mm，钢坯厚度由300～450mm变为200～350mm，终轧温度1100℃；第二阶段开轧温度950℃，再进行两道次轧制，道次压下量均为12mm，中间坯厚度变为176mm～326mm，中间坯进入ic冷却至870℃，开始第三阶段轧制，轧制厚度依次为(按铸坯厚度300mm):176mm
‑
155mm
‑
135mm
‑
120mm
‑
110mm
‑
100mm,累计压下率为53.34％(若铸坯厚度＞300mm，则累计压下率更大)，终轧温度780℃，轧制完毕快速进入acc冷却；
41.③
进入acc后通过调整集管开启组数，冷速控制在8℃/s，返红温度540℃，出acc后快速进行矫直；
42.④
钢板矫直后下线堆冷，堆冷温度400℃，堆冷时间36h；
43.⑤
堆冷结束后，钢板取样检测性能结果如表2所述。
44.实施例3：
45.①
按成分设计熔炼出钢水并铸造成厚度为300～450mm铸坯，铸坯入炉后预热段的960℃，加热段温度1225℃，保温段温度1200℃，保温段保温时间50min，整体加热时间14min/cm，钢坯的化学成分及重量百分数如表1所示。
46.②
对加热后的铸坯进行三阶段轧制，第一阶段开轧温度1180℃，进行一道次大压下量轧制，压下量均为55mm，钢坯厚度由300～450mm变为245～395mm，终轧温度1100℃；第二阶段开轧温度931℃，再进行三道次轧制，道次压下量分别为15mm、15mm、10mm，中间坯厚度变为205mm～355mm，中间坯进入ic冷却至850℃，开始第三阶段轧制，轧制厚度依次为(按铸坯厚度300mm):205mm
‑
180mm
‑
165mm
‑
140mm
‑
130mm
‑
120mm,累计压下率为50.52％(若铸坯厚度＞300mm，则累计压下率更大)，终轧温度760℃，轧制完毕快速进入acc冷却；
47.③
进入acc后通过调整集管开启组数，冷速控制在10℃/s，返红温度520℃，出acc后快速进行矫直；
48.④
钢板矫直后下线堆冷，堆冷温度450℃，堆冷时间48h；
49.⑤
堆冷结束后，钢板取样检测性能结果如表2所述。
50.通过上述铁水预处理、转炉冶炼、lf精炼、vd真空脱气、连铸浇注、加热、轧制、堆冷等工艺，获得80
‑
120mm厚新型高强度特厚海洋工程用fh500钢板。其化学成分及力学性能如下表1、表2所示：
51.表1 fh500钢板化学成分
52.表2 fh500钢板机械力学性能
[0053][0054]
本次试生产80
‑
120mm厚fh500钢板共60批，各项性能指标均达到标准要求且富余量较大，其中屈服强度520～595mpa，抗拉强度630～750mpa，伸长率17％
‑
25％，v型
‑
60℃纵向冲击功168～306j，v型
‑
60℃横向冲击功143～296j，完全达到fh500标准要求。
[0055]
外检及探伤：试验获得的钢板外检严格按照标准检验后，正品率100％，按gb/t2970进行探伤，其中达到一级标准的比例为90％，达到三级标准的比例为100％，达到了预期效果。