一種集裝箱船用特厚鋼板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集裝箱船用特厚鋼板，按重量百分比包括以下組分：C：0.04～0.12%，Si：0.25～0.50%，Mn：1.00～1.65%，P：≤0.010%，S：≤0.0020%，Ni:0.20～1.0，Nb：0.020～0.040%，V：0.020～0.060%，Ti：0.015～0.025%，Alt：0.020～0.050%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。其生產(chǎn)流程為：鐵水預(yù)處理—BOF煉鋼—LF精煉—RH真空處理—連鑄—TMCP，所獲得的集裝箱船用特厚鋼板組織為針狀鐵素體+粒狀貝氏體+少量珠光體，組織均勻細(xì)小。本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低，具有良好的抗層狀撕裂性能、抗脆性裂紋止裂性能以及高強(qiáng)高韌性能。
【專利說明】一種集裝箱船用特厚鋼板及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種高性能船用結(jié)構(gòu)鋼及其制備方法，尤其是一 種集裝箱船用特厚鋼板及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著船舶的大型化，造船用鋼板也向厚板化的方向發(fā)展。特別是集裝箱 船，由于其船體結(jié)構(gòu)的要求，在艙口圍板、上甲板等部位已經(jīng)使用厚度達(dá)到60?80mm的厚 板作為高強(qiáng)度部件。艙口部件的組合已經(jīng)采用大線能量焊接技術(shù)，但是，伴隨著鋼板的厚板 化，要求鋼板進(jìn)一步適應(yīng)更大的線能量焊接。
[0003] 另一方面，從保證船舶安全性，防止脆性斷裂的角度，要求船舶用鋼具有某種級(jí)別 以上的斷裂韌性值。在預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生裂紋的部位和有可能發(fā)生大規(guī)模斷裂的重要部位，都采 用E級(jí)鋼這類韌性優(yōu)良的鋼材，并且在造船時(shí)，嚴(yán)格管理加工和焊接作業(yè)。因此，可以說產(chǎn) 生脆性裂紋的可能性是非常小的。但是一旦發(fā)生脆性裂紋，也要有能力使裂紋的傳播停止。
[0004] 專利號(hào)為CN101341269A所公開的"止裂性優(yōu)良的高強(qiáng)度厚鋼板"，以貝氏體為母 相的鐵素體或/和珠光體組織，其中所述的高強(qiáng)度厚鋼板需通過回火熱處理來實(shí)現(xiàn)。貝氏 體組織的低溫韌性較差，脆性裂紋發(fā)生特性顯著劣化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種集裝箱船用特厚鋼板及其制備方法，該鋼板以針狀鐵素 體為母相組織，由于針狀鐵素體的交錯(cuò)互鎖結(jié)構(gòu)特征，能有效阻礙裂紋傳播，具有高強(qiáng)、高 韌及良好的止裂性能。滿足了大型集裝箱船用鋼向大厚度、高強(qiáng)度、低溫韌性、抗層狀撕裂 性能以及抗脆性裂紋止裂性能、全焊節(jié)點(diǎn)、高安全性的方向發(fā)展。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種集裝箱船用特厚鋼板，按重量百分比包括以下組分：C :0.04?0. 12%，Si : 0· 25 ?0· 50%，Mn :1. 00 ?1. 65%，P :彡 0· 010%，S :彡 0· 0020%，Ni:0. 20 ?1. 0, Nb : 0· 020 ?0· 040%，V :0· 020 ?0· 060%，Ti :0· 015 ?0· 025%，Alt :0· 020 ?0· 050%，其余 為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 本發(fā)明中，所述雜質(zhì)元素的重量百分比為0彡0.0015 %，N彡0.0050 %， H 彡 0· 0003%，As 彡 0· 010%，Pb 彡 0· 010%，Sn 彡 0· 010%，Sb 彡 0· 010%。
[0009] 本發(fā)明中，鋼板厚度為50mm?IOOmm之間。鋼板屈服強(qiáng)度為460MPa級(jí)別。
[0010] 由于鋼的化學(xué)成分是影響集裝箱船用特厚鋼性能的關(guān)鍵因素之一，本發(fā)明為了使 所述鋼獲得優(yōu)異的綜合性能，對(duì)所述鋼的化學(xué)成分進(jìn)行了限制，原因在于：
[0011] C :碳是影響高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能的主要元素之一，通過間隙固溶提高鋼的強(qiáng)度， 當(dāng)碳含量小于0.04時(shí)強(qiáng)度低；含量過高時(shí)，韌性和可焊性將變差，本發(fā)明碳含量控制在 0· 04 ?0· 12%。
[0012] Si :硅是煉鋼必要的脫氧元素，具有一定的固溶強(qiáng)化作用；硅含量過高，不利于鋼 板表面質(zhì)量及低溫韌性，本發(fā)明硅含量控制在0. 25?0. 50%。
[0013] Mn:錳具有細(xì)化組織、提高強(qiáng)度及低溫韌性的作用，而且成本低廉。錳含量過高時(shí)， 易造成連鑄坯偏析。本發(fā)明錳含量控制在1. 00?1. 65%。
[0014] Ni :鎳能提高鋼的強(qiáng)度、韌性及耐腐蝕性能，抑制碳從奧氏體中脫溶，降低晶界碳 化物析出傾向，顯著減少晶間碳化物數(shù)量。但隨著鎳含量增多，生產(chǎn)成本會(huì)顯著增加，本發(fā) 明鎳含量控制在〇. 20?1. 00%。
[0015] Nb:微量鈮對(duì)奧氏體晶界具有釘扎作用，抑制形變奧氏體的再結(jié)晶，并在冷卻或回 火時(shí)形成析出物，提高強(qiáng)度和韌性。鈮添加量小于〇. 020%時(shí)效果不明顯，大于0. 040%時(shí) 韌性降低，并引起連鑄坯表面裂紋產(chǎn)生，此外對(duì)焊接性能也有惡化作用。本發(fā)明鈮含量控制 在 0· 020 ?0· 040%。
[0016] V :釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加入釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。添加量 小于0.02%時(shí)效果不明顯，大于0.06%時(shí)，鋼的韌性與可焊接性降低。因此，釩含量應(yīng)控制 在0.02?0.06%的范圍內(nèi)。
[0017] Ti:鈦能產(chǎn)生強(qiáng)烈的沉淀強(qiáng)化作用，使鋼的強(qiáng)度提高，還能阻止奧氏體再結(jié)晶。它 能產(chǎn)生晶粒細(xì)化作用，提高鋼材屈服強(qiáng)度。Ti對(duì)焊接熱影響區(qū)處的硬度也有好的影響作用。 作為一種重要的微合金元素，鈦可形成細(xì)小的鈦的碳、氮化物顆粒，在板坯再加熱過程中可 通過阻止奧氏體晶粒的粗化從而得到較為細(xì)小的奧氏體顯微組織。另外，鈦的氮化物顆粒 的存在可抑制焊接熱影響區(qū)的晶粒粗化。
[0018] Al :鋁是一種重要的脫氧元素，鋼水中加入微量的鋁，可以有效減少鋼中的夾雜物 含量，并細(xì)化晶粒。但過多的鋁，會(huì)促進(jìn)連鑄坯產(chǎn)生表面裂紋降低板坯質(zhì)量，全鋁含量應(yīng)控 制在 0· 020 ?0· 050%。
[0019] 一種集裝箱船用特厚鋼板的制備方法，包括以下工序：
[0020] 鐵水脫硫預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一LF精煉一RH真空處理一連鑄一鑄坯檢驗(yàn)、判定一 鑄坯驗(yàn)收一鋼坯加熱一除鱗一軋制一冷卻一切割、取樣一探傷一噴印標(biāo)識(shí)一入庫(kù)。
[0021] 其中，鐵水脫硫預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一LF精煉一RH真空處理一連鑄為冶煉連鑄工 序，采用轉(zhuǎn)爐冶煉，通過頂?shù)讖?fù)吹，充分脫碳、脫磷；采用LF精煉以及RH精煉，降低有害元素 0、N、H、S、P含量，并進(jìn)行合金化，然后上板坯連鑄，鑄坯的化學(xué)成分按重量百分比計(jì)符合， C :0· 04 ?0· 12%，Si :0· 25 ?0· 50%，Mn :1. 00 ?I. 65%，P :彡 0· 010%，S :彡 0· 0020%， Ni:0. 20 ?1. 0, Nb :0. 020 ?0. 040%，V :0. 020 ?0. 060%，Ti :0. 015 ?0. 025%，Alt : 0. 020?0. 050%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0022] 軋制工序中，采用控軋控冷技術(shù)，連鑄坯加熱溫度為1200°C?1240°C，奧氏體再 結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)軋制，粗軋道次大壓下量（壓下率大于15%)破碎奧氏體晶粒，粗軋終 軋溫度控制在1050?IKKTC，精軋開軋溫度為< 860°C;乳后控制冷卻，返紅溫度為450? 650°C，隨后空冷。
[0023] 本發(fā)明通過優(yōu)化成分設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)爐冶煉，LF及RH精煉，鋼水澆注，對(duì)控軋控冷工藝進(jìn) 行合理設(shè)定及優(yōu)化。本發(fā)明鋼板性能良好，抗拉強(qiáng)度為570-720MPa，屈服強(qiáng)度為> 460MPa， 延伸率為彡17%，-40°C低溫縱向沖擊彡75J，-KTC的斷裂韌性CTOD值彡0· 15mm，Kca(脆 性裂紋傳播止裂韌性）指標(biāo)為> 6000N/mm15,具有高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)良的抗撕裂性能和抗 止裂性能，裝備生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：
[0025] 1、本發(fā)明通過合理的成分設(shè)計(jì)，低磷硫冶煉工藝，配合其他微量合金元素，增強(qiáng)了 大厚度鋼板的止裂性能和強(qiáng)韌性能。采用控軋控冷技術(shù)，保證鋼板組織及性能均勻，獲得止 裂性能優(yōu)異的大厚度集裝箱船用鋼。
[0026] 2、本發(fā)明采用轉(zhuǎn)爐冶煉、連鑄等生產(chǎn)集裝箱船用鋼，適應(yīng)眾多鋼企實(shí)施。本發(fā)明采 用TMCP工藝生產(chǎn)大厚度集裝箱船用鋼，降低了生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為70mm大厚度集裝箱船用鋼TMCP態(tài)試樣組織形貌圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 本實(shí)施例的70mm大厚度集裝箱船用鋼的各組分比例如下：
[0030] C:0. 080% , Si ：0. 35%, Mn ：1. 55%, P ：0. 0080%, S ：0. 0011%, Ni ：0. 45%, Nb ： 0· 025%，V :0· 045%，Ti :0· 020%，Alt :0· 035%，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
[0031] 其中，雜質(zhì)的含量控制在0彡0· 0015 %，N彡0· 0050 %，H彡0· 0003 %， As 彡 0· 010%，Pb 彡 0· 010%，Sn 彡 0· 010%，Sb 彡 0· 010%。
[0032] 制備時(shí)，采用低磷硫冶煉工藝，配合其他微量合金元素，有效地增強(qiáng)鋼的抗層狀撕 裂性能、脆性裂紋止裂性能。利用控軋控冷技術(shù)，保證鋼板組織及性能均勻，獲得撕裂性能 和止裂性能優(yōu)異的大厚度集裝箱船用鋼。主要的工藝路線為：鐵水脫硫預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉 -LF精煉一RH真空處理一連鑄一鑄坯檢驗(yàn)、判定一鑄坯驗(yàn)收一鋼坯加熱一除鱗一軋制一 冷卻一切割、取樣一探傷一噴印標(biāo)識(shí)一入庫(kù)。
[0033] 采用奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)兩階段控制軋制技術(shù)，粗軋單道次壓下 率大于15%破碎奧氏體晶粒，粗軋終軋溫度控制在1063°C ;精軋控制開軋溫度為< 860°C ; 軋后控制冷卻，返紅溫度為503°C，隨后空冷。軋制冷卻工藝參數(shù)詳見表2。
[0034] 按照本發(fā)明軋態(tài)鋼板拉伸性能如表3所示，低溫韌性如表4所示，抗止裂性能、斷 裂韌性、Z向性能如表5所示。本發(fā)明實(shí)施例的鋼板性能結(jié)果良好，抗拉強(qiáng)度在680MPa， 屈服強(qiáng)度為496MPa，延伸率為21%，-40°C低溫縱向沖擊功彡221J，Z向斷面收縮率為 69 %，-KTC的斷裂韌性CTOD值為I. 20mm，止裂性能Kca指標(biāo)6289^1111^5,具有高強(qiáng)度高韌 性、并具有良好的抗層狀撕裂性能和抗脆性裂紋止裂性能，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)。
[0035] 實(shí)施例2
[0036] 本實(shí)施例的大厚度集裝箱船用鋼的各組分比例如下：
[0037] C:0. 056% , Si ：0. 45%, Mn ：1. 64%, P ：0. 0078%, S ：0. 0013%, Ni ：0. 55%, Nb ： 0. 045%，V :0. 038%，Ti :0. 019%，Alt :0. 033%，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
[0038] 其中，雜質(zhì)的含量控制在0彡0· 0015 %，N彡0· 0050 %，H彡0· 0003 %， As 彡 0· 010%，Pb 彡 0· 010%，Sn 彡 0· 010%，Sb 彡 0· 010%。
[0039] 制備時(shí)，采用低磷硫冶煉工藝，配合其他微量合金元素，有效地增強(qiáng)鋼的抗層狀撕 裂性能、脆性裂紋止裂性能。利用控軋控冷技術(shù)，保證鋼板組織及性能均勻，獲得撕裂性能 和止裂性能優(yōu)異的大厚度集裝箱船用鋼。主要的工藝路線為：鐵水脫硫預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉 -LF精煉一RH精煉一連鑄一鑄坯檢驗(yàn)、判定一鑄坯驗(yàn)收一鋼坯加熱一除鱗一軋制一冷卻 -切割、取樣一探傷一噴印標(biāo)識(shí)一入庫(kù)。
[0040] 采用奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)兩階段控制軋制技術(shù)，粗軋單道次壓下 率大于15%破碎奧氏體晶粒，粗軋終軋溫度控制在1072°C ;精軋控制開軋溫度為< 860°C ; 軋后控制冷卻，返紅溫度為463°C，隨后空冷。軋制冷卻工藝參數(shù)詳見表2。
[0041] 按照本發(fā)明軋態(tài)鋼板拉伸性能如表3所示，低溫韌性如表4所示，抗止裂性能、斷 裂韌性、Z向性能如表5所示。本發(fā)明實(shí)施例的鋼板性能結(jié)果良好，抗拉強(qiáng)度在676MPa，屈服 強(qiáng)度為486MPa，延伸率為22%，-40°C低溫縱向沖擊功237J，Z向斷面收縮率為66%，-10°C 的斷裂韌性CTOD值為I. 15mm，止裂性能Kca指標(biāo)e^lN/mm1·5,具有高強(qiáng)度高韌性、并具有良 好的抗層狀撕裂性能和抗脆性裂紋止裂性能，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)。圖1為70_大 厚度集裝箱船用鋼TMCP態(tài)試樣組織形貌圖。圖中組織為針狀鐵素體+粒狀貝氏體+少量 珠光體。
[0042] 實(shí)施例3
[0043] 本實(shí)施例的大厚度集裝箱船用鋼的各組分比例如下：
[0044] C:0. 096% , Si ：0. 34%, Mn ：1. 48%, P ：0. 0068%, S ：0. 0012%, Ni ：0. 48%, Nb ： 0· 034%，V :0· 040%，Ti :0· 022%，Alt :0· 035%，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
[0045] 其中，雜質(zhì)的含量控制在0彡0· 0015 %，N彡0· 0050 %，H彡0· 0003 %， As 彡 0· 010%，Pb 彡 0· 010%，Sn 彡 0· 010%，Sb 彡 0· 010%。
[0046] 制備時(shí)，采用低磷硫冶煉工藝，配合其他微量合金元素，有效地增強(qiáng)鋼的抗層狀撕 裂性能、脆性裂紋止裂性能。利用控軋控冷技術(shù)，保證鋼板組織及性能均勻，獲得撕裂性能 和止裂性能優(yōu)異的大厚度集裝箱船用鋼。主要的工藝路線為：鐵水脫硫預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉 -LF精煉一RH精煉一連鑄一鑄坯檢驗(yàn)、判定一鑄坯驗(yàn)收一鋼坯加熱一除鱗一軋制一冷卻 -切割、取樣一探傷一噴印標(biāo)識(shí)一入庫(kù)。
[0047] 采用奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)兩階段控制軋制技術(shù)，粗軋單道次壓下 率大于15%破碎奧氏體晶粒，粗軋終軋溫度控制在1085°C ;精軋控制開軋溫度為< 860°C ; 軋后控制冷卻，返紅溫度為609°C，隨后空冷。軋制冷卻工藝參數(shù)詳見表2。
[0048] 按照本發(fā)明軋態(tài)鋼板拉伸性能如表3所示，低溫韌性如表4所示，抗止裂性能、斷 裂韌性、Z向性能如表5所示。本發(fā)明實(shí)施例的鋼板性能結(jié)果良好，抗拉強(qiáng)度在688MPa，屈 服強(qiáng)度為501MPa，延伸率為22%，-40°C低溫縱向沖擊240J，Z向斷面收縮率為66%，-10°C 的斷裂韌性CTOD值為I. 10mm，止裂性能Kca指標(biāo)6325^1111^5,具有高強(qiáng)度、高韌性、并具有 良好的抗層狀撕裂性能和抗脆性裂紋止裂性能，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)。
[0049] 表1本發(fā)明實(shí)施例的主要化學(xué)成分（wt % )

【權(quán)利要求】
1. 一種集裝箱船用特厚鋼板，其特征在于：該鋼板按重量百分比包括以下組分：c : 0· 04 ?0· 12%，Si :0· 25 ?0· 50%，Μη :1· 00 ?1. 65%，P :彡 0· 010%，S :彡 0· 0020%， Ni:0. 20 ?1. 0, Nb :0. 020 ?0. 040%，V :0. 020 ?0. 060%，Ti :0. 015 ?0. 025%，Alt : 0. 020?0. 050%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集裝箱船用特厚鋼板，其特征在于：所述雜質(zhì)元素的重量 百分比為 0 彡 〇· 0015%，N 彡 0· 0050%，Η 彡 0· 0003%，As 彡 0· 010%，Pb 彡 0· 010%， Sn 彡 0· 010%，Sb 彡 0· 010%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集裝箱船用特厚鋼板，其特征在于：鋼板厚度為50mm? 100mm之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集裝箱船用特厚鋼板，其特征在于：鋼板屈服強(qiáng)度為460MPa 級(jí)別。
5. -種權(quán)利要求1所述集裝箱船用特厚鋼板的制備方法，包括以下工序： 1) 鐵水脫硫預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH真空處理、連鑄，得到連鑄坯；其中，鐵水脫 硫處理后硫含量控制在S < 0. 002%，轉(zhuǎn)爐控制P含量< 0. 010%，LF進(jìn)行脫硫脫氧及合金 成分調(diào)整，RH抽真空處理控制氣體Η含量< 0. 0003%，連鑄控制中包溫度在液相線+10? 20 °C ； 2) 連鑄坯加熱、除鱗、乳制、冷卻、探傷，合格產(chǎn)品入庫(kù)；其中，乳制采用控軋控冷技術(shù)， 連鑄坯加熱溫度為1200°C?1240°C，奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)軋制，粗軋道次大壓下 量破碎奧氏體晶粒，粗軋終軋溫度控制在1050?1KKTC，精軋開軋溫度為< 860°C;乳后控 制冷卻，返紅溫度為450?650°C，隨后空冷。
【文檔編號(hào)】C22C33/04GK104264047SQ201410469546
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】邱永清, 于生, 尹雨群, 趙晉斌, 鄧偉 申請(qǐng)人:南京鋼鐵股份有限公司