[发明专利]一种低成本高强度造船用钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于厚度规格为10～40mm造船用钢板的生产技术，特别涉及一种低成本、屈服强度大于315N/mm2的造船用钢板及其制造方法。

背景技术

根据世界船舶工业对未来市场需求的预测，随着造船业的发展，船用钢材的品种和规格将有较大的提升，高强度、厚规格造船用钢板的需求量将不断攀升。

高强度造船用钢不仅要有较高的强度，而且要有好的韧塑性，特别是低温冲击韧性。细化晶粒是提高强韧性的有效手段。钢铁工业应用实践已经证实控制轧制与控制冷却(TMCP)技术可以有效控制晶粒尺寸，提高强韧性。一般采用再结晶区和未再结晶区两阶段控轧和层冷冷却(ACC)方式生产高强度造船用钢，层冷冷却速率不超过10℃/S。在高温奥氏体再结晶区经多道次连轧使其中的奥氏体组织承受反复的强烈变形，利用轧制过程中动态再结晶强化机制形成均匀细小的奥氏体再结晶晶粒；再在未再结晶区进行多道次大变形轧制，在晶粒内部形成变形带，提供铁素体形核点，进一步细化晶粒。通常应用TMCP技术要结合在钢中添加0.02-0.08wt％的Nb、Ti、V等微合金化元素，以扩大奥氏体未再结晶区，达到细化晶粒、析出强化等综合性能优化的目的。据查阅大量文献，研究者们普遍认为高强度船板钢中均应加入铌元素，如王永然等在《DH36高强度船板钢的开发与试制》一文中介绍的高强度船板钢的Nb含量高达0.05％。我国铌铁资源贫乏，主要从国外进口。随着船舶行业对高强度造船用钢需求的快速增加，采用目前的高强度造船用钢生产技术将消耗大量的Nb、V、Ti等资源，促使这些原料价格上涨，从而增加高强度造船用钢生产成本，给钢厂带来巨大的成本压力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种不添加微合金元素Nb、V、Ti，采用控制轧制+超快速冷却工艺生产的低成本、韧塑性优异、屈服强度大于315N/mm2的造船用钢板及其制造方法。

为实现上述目的，本发明所设计的高强度造船用钢板的化学成分重量百分比为：C：0.05％～0.16％，Si：0.10％～0.50％，Mn：0.90％～1.50％，杂质元素P≤0.020％、S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明造船用钢板各合金成分作用机理：

C是钢中主要的固溶强化元素。C含量若低于0.05％，则很难保证钢的强度。另一方面C含量若高于0.18％则恶化钢的焊接性能和韧性。低碳可以减少产生裂纹源的碳化物从而提高韧性并降低韧脆转变温度，因此，C含量要控制在0.05％～0.16％。从经济性和产品性能角度考虑，最好C含量控制在0.07％～0.13％。

Mn是保证钢的强度和韧性的必要元素，Mn与S结合形成MnS，避免晶界处形成FeS而导致的热裂纹，同时Mn也是良好的脱氧剂并增加淬透性。若Mn含量低于0.90％，则很难保证上述效果，若Mn含量太高则会恶化焊接性能，因此Mn含量应控制在0.90％～1.50％。

Si是钢中很强的脱氧剂，但含量过高将降低韧性和焊接性能。固溶形态的Si能提高屈服强度。本发明Si含量控制在0.10％～0.50％。

P和S都是钢中不可避免的有害杂质，它们的存在会严重恶化钢的韧性，因此要采取措施使钢中的P和S含量尽可能降低。根据本发明，最高P含量限制在0.020％，最高S含量限制在0.015％。

本发明所述高强度造船用钢板的制造方法包括冶炼、连铸和热轧，炉外精炼后确保钢质的纯净度，其特征在于铸坯的加热温度为1100～1150℃，以保证钢的原始奥氏体晶粒尺寸细小；铸坯进入轧机前使用高压水除磷，高压水压力大于15MPa，以保证钢板超快速冷却后的表面质量；采用再结晶区和未再结晶区两阶段控制轧制工艺，开轧温度为1120～1050℃，连续轧制3～5道次，道次压下量大于20％，保证奥氏体完全再结晶，一阶段终轧温度控制在970～1000℃，待温厚度为成品厚度的2～3倍；二阶段未再结晶区开轧温度为920～950℃，轧制5～10道次，累积变形量大于50％，终轧温度控制在800～900℃，使奥氏体晶粒内部形成均匀分布的变形带，相变时提供较多的形核点，以保证相变后铁素体晶粒更加细小；轧后迅速进入超快速冷却系统，瞬时冷却到相变点附近，抑制再结晶奥氏体晶粒长大，同时通过调节冷却水喷嘴出水量和钢板移动速度控制冷却速度，以避免形成马氏体和贝氏体组织，保证钢板韧塑性，钢板在超快速冷却系统内冷却5～10s，钢板返红温度为580～650℃，钢板平均冷却速率为30～40℃/s，保证奥氏体迅速转变为均匀细小的铁素体+珠光体组织。