一種Nb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼的製作方法

2023-05-27 17:11:01 1

專利名稱：一種Nb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼的製作方法
技術領域：
本發明涉及高強度船板鋼技術領域，特別是一種Nb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼。涉及一種新型鋼鐵產品，是一種在低碳錳鋼中鋼中微量加入鈮、釩元素以及對製備過程的控制控冷精確控制，製備出無需調質處理即可達到高強度級別的用於船舶製造的高強度中厚板。
背景技術：
隨著全球造船業的發展，船體大型化、輕型化已成為世界造船業的主要發展方向，對船用鋼板的質量要求越來越高。由於高強度級別的船板鋼具有強度高，綜合性能好、能夠減輕船體自重、提高載重量等優點，其使用量在逐年增加，也極大地帶動了我國低合金高強度船板鋼市場的發展。一般強度船板鋼已不能滿足船體結構鋼的要求，同時高強船板鋼的應用比例不斷升高，使其具有廣闊的市場前景。高強度船 板鋼作為一種質量等級較高的鋼種之一，主要用於建造大型船舶及海上石油、鑽井平臺等，其構件面臨使用環境惡劣、巨大的設計載荷和極高的應力集中、維護難度大等問題，因此，要求船板鋼不僅強度高、低溫韌性好，且具有一定的抗腐蝕性、耐疲勞性以及碳當量低、良好的焊接和加工成型等性能。要得到良好的組織和性能，首先要結合工藝條件確定鋼的熔煉成分，然後通過控制工藝和裝備來實現。國內在製造此類中厚板時，大多採用鐵水預處理一轉爐冶煉一鋼包爐精煉一板坯連鑄一加熱爐一控制軋制一調質處理的工藝流程，由於煉鋼採用了鋼包精煉爐精煉及軋後鋼板調質處理，致使生產周期大大延長，生產成本也相應提高。一般鋼中碳、矽、錳元素的含量對鋼材最終的性能有極大的影響，設計出合理的碳、矽、錳元素的含量以及微合金元素鈮、釩的加入量及採用合適的控軋控冷工藝是製備的關鍵。實踐表明，在鋼中加入鈮、釩元素從而得到無需調質處理即能達到550MPa以上抗拉強度的鋼板，並具有良好的塑韌性。通過控軋控冷，使鋼的組織細化，同時控制鈮、釩的碳氮化物在冷卻過程中的析出，從而達到提高鋼材強韌性的目的。

發明內容
本發明的目的是針對上述技術分析和存在問題，提供一種Nb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼，該船用鋼材強度高、低溫韌性好、製成碳當量低、有良好的焊接和加工成型等性能，製成高強度中厚船板具有良好的抗腐蝕性和耐疲勞性，適用於大型船舶、海上石油鑽井平臺等領域。本發明的技術方案:—種Nb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼，成分包括碳(C)、娃(Si)、錳(Mn)、釩(V)、鈮(Nb)、磷(P)、硫(S)、鋁(Al)和鐵(Fe)，各組分的重量百分含量為:C0.10-0.15 % ；Si0.25-0.35 % ；Mnl.50-1.70 % ；V0.06-0.09 % ；Nb0.23-0.32 % ；P<0.025% ；S < 0.020%, A10.402-0.424%，餘量為Fe及其他不可避免的雜質。所述Nb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼的製備方法是:在高爐煉鐵、鐵水預處理脫硫、轉爐冶煉脫碳和升溫後鋼水脫氧後，加入鈮、釩使其微合金化，經吹氬精煉鋁絲脫氧後，進行板坯連鑄。一種所述Nb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼的應用，用於軋制船用中厚板材，成型工藝為^fNb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼在1210°C下進行管坯連鑄，管坯均熱於1080-1200°C後進行軋制，於960±20°C開軋，總變形量控制在100%，840±20°C終軋；控制冷卻，於860±20°C開冷，冷卻速度控制在5-21°C /s，620±20°C終冷；精整後製得船用中厚板材成品。本發明的技術分析:成分設計時採用在碳、錳強化的基礎上進行微合金化，降低對韌性和焊接性能影響最大的碳含量，確保在低的碳含量情況下仍可獲得較高的強度，以保證優良的綜合性能。碳通過固溶強化提高鋼的強度，但對韌性、塑性和焊接性能十分有害。錳主要起固溶強化的作用，補償碳含量降低引起的強度損失。同時錳還可以與硫化合成MnS，減輕硫的有害作用。矽的含量與煉鋼時加入的S1-Mn合金有很大關係，因此錳含量確定之後，矽質量分數大約為0.20% 0.40%。鋁在冶煉中是重要的脫氧劑，在鋼中和其他元素形成細小彌散分布的難熔化合物AlN起阻礙晶粒長大作用，能夠細化晶粒，提高鋼的晶粒粗化溫度。磷、硫在鋼中是非常有害的元素，影響鋼板的塑性和韌性，為保證各項性能，硫、磷含量應儘可能低。同時也要嚴格控制氮含量，游離氮顯著降低低溫衝擊韌性。鈮能與碳氮結合成碳化物、氮化物和碳氮化物，這些化合物在高 溫下溶解，在低溫下析出，其作用表現為:加熱時阻礙原始奧氏體晶粒長大；在軋制過程中抑制再結晶及再結晶後晶粒長大；在低溫時起到析出強化作用。在鋼中加入鈮、釩，能夠起到細化晶粒和沉澱強化的作用；其中鈮能夠強烈抑制奧氏體再結晶，提高奧氏體再結晶溫度，擴大奧氏體未再結晶區溫度範圍，從而實現較大範圍內的未再結晶區控軋。成型工藝中加熱溫度主要依據微合金元素的溶解度和奧氏體晶粒粗化溫度。加熱過程要求較高的溫度和足夠的時間以溶解碳化物及均勻組織，未固溶的氮化鈮能夠提高奧氏體的粗化溫度，阻止晶粒長大；連鑄坯中的鈮主要以大顆粒的碳氮化物的形式存在，只有在加熱過程中固溶到奧氏體中的鈮才能起到細化晶粒和沉澱強化的作用。加熱時應保證鈮在奧氏體中充分溶解，當均熱溫度較低時，將存在部分未溶微合金碳、氮化物，將會降低微合金碳、氮化物抑制奧氏體再結晶的作用；均熱溫度過高，將使奧氏體晶粒顯著粗化，影響最終形變晶粒的細化效果。在控軋控冷工藝中，軋制採用再結晶區和未再結晶區兩階段軋制，一階段的軋制在奧氏體再結晶區進行，通過奧氏體的反覆再結晶進行細化晶粒。高溫下可使奧氏體再結晶完全，因此在設備允許的情況下，增加單道次的壓下率，細化晶粒，為了避免造成混晶，每道次壓下率不得小於15%，二階段軋制在奧氏體的未再結晶區進行，獲得充分壓扁的變形奧氏體，積累位錯，創造更多的形核位置，促進相變後獲得細小的相變組織。軋制過程中氮化鈮及氮化釩依靠形變誘導析出，也能夠阻止奧氏體晶粒長大，從而使奧氏體晶粒細化；已經充分固溶的碳化鈮及碳化釩在冷卻過程彌散沉澱析出，阻止晶界和位錯遷移，從而顯著提高強度。晶粒細化及沉澱析出強化作用促使鋼材具有良好的強韌性。
本發明的優點是:該船用鋼材強度高、低溫韌性好、製成碳當量低、有良好的焊接和加工成型等性能，製成高強度中厚船板具有良好的抗腐蝕性和耐疲勞性，抗拉強度達530±20MPa以上，適用於大型船舶、海上石油鑽井平臺等領域。


圖1為該船用低碳高強度低合金鋼動態控軋控冷工藝控溫曲線。圖2為該船用低碳高強度低合金鋼經奧氏體高溫變形後在不同冷速下的動態CCT曲線。圖3為該船用低碳高強度低合金鋼高溫變形後在不同冷速下得到的常溫顯微組織照片。
具體實施例方式實施例:一種Nb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼，成分包括C、S1、Mn、V、Nb、P、S、Al 和 Fe，各組分的重量百分含量為:C0.10%, Si0.26%,Mnl.55%, V0.09%, Nb0.32%,P0.009%, S0.010%, A10.412%、餘量為Fe及其他不可避免的雜質。所述Nb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼的製備方法是:在高爐煉鐵、鐵水預處理脫硫、轉爐冶煉脫碳和升溫後鋼水脫氧後，加入鈮、釩使其微合金化，經吹氬精煉鋁絲脫氧後，進行板坯連鑄。所述Nb-V複合微合金 化船用低碳高強度低合金鋼的應用，用於軋制船用中厚板材，成型工藝為:將他；複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼在1210°C下進行管坯連鑄，管坯均熱於1080°C後進行軋制，於980°C開軋，880°C終軋，總變形量控制在100% ;控制冷卻，於880°C開冷，冷卻速度控制在5-21°C /s，640°C終冷；精整後製得船用中厚板材成品。圖1為該船用低碳高強度低合金鋼動態控軋控冷工藝控溫曲線。圖2為該船用低碳高強度低合金鋼經奧氏體高溫變形後在不同冷速下的動態CCT曲線，該曲線與材料化學組分有關，提供了冷卻速度的選擇範圍，在5-21°C /s的冷速範圍內才可以得到圖3所示的顯微組織並達到強度要求。。圖3為該船用低碳高強度低合金鋼高溫變形後在不同冷速下得到的常溫顯微組織照片，其中:a)冷速為5°C /s時，抗拉強度521MPa ；b)冷速為11°C /s時，抗拉強度529MPa ；c)冷速為17°C /s時，抗拉強度537MPa ；d)冷速為21°C /s時，抗拉強度548MPa。
權利要求
1.一種Nb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼，其特徵在於:成分包括碳(C)、矽(Si)、錳(Mn)、釩(V)、鈮(Nb)、磷(P)、硫(S)、鋁(Al)和鐵(Fe)，各組分的重量百分含量為:C0.10-0.15 % ；Si0.25-0.35 % ；Mnl.50-1.70 % ；V0.06-0.09 % ；Nb0.23-0.32 % ；P<0.025% ；S < 0.020%, A10.402-0.424%，餘量為Fe及其他不可避免的雜質。
2.一種所述Nb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼的應用，其特徵在於:用於軋制船用中厚板材，成型工藝為^fNb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼在1210°C下進行管坯連鑄，管坯均熱於1080-1200°C後進行軋制，於960±20°C開軋，總變形量控制在100%，860±20°C終軋；控制冷卻，於860±20°C開冷，冷卻速度控制在5_21°C /s，620±20°C終冷；精整後 製得船用 中厚板材成品。
全文摘要
一種Nb-V複合微合金化船用低碳高強度低合金鋼，成分包括碳、矽、錳、釩、鈮、磷、硫、鋁和鐵，其中碳、釩、鈮組分的重量百分含量為C0.10-0.15％、V0.06-0.09％、Nb0.23-0.32％；其製備方法是在高爐煉鐵、鐵水預處理脫硫、轉爐冶煉脫碳和升溫後鋼水脫氧後，加入鈮、釩使其微合金化，經吹氬精煉鋁絲脫氧後，進行板坯連鑄；其應用是用於軋制船用中厚板材。本發明的優點是該船用鋼材強度高、低溫韌性好、製成碳當量低、有良好的焊接和加工成型等性能，製成高強度中厚船板具有良好的抗腐蝕性和耐疲勞性，抗拉強度達530±20MPa以上，適用於大型船舶、海上石油鑽井平臺等領域。
文檔編號C21D8/02GK103194671SQ20131009816
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月25日 優先權日2013年3月25日
發明者包俊成, 趙捷, 寧保群 申請人:天津理工大學