[发明专利]大规格高强度D40船用热轧球扁钢及生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于船用结构钢技术领域，特别是涉及一种大规格高强度D40船用热轧球扁钢及其生产工艺，所述的大规格是指40号及以上。

背景技术

球扁钢是一种主要应用于各类大中型船舶建造的辅助型材，其用量仅次于船用钢板。研究表明，当剖面模数相同或者相近时，球扁钢的贯性矩一般都比不等边角钢、等边角钢、扁钢和T型材大，而截面面积则更小，因此其成为提高主船体贯性矩、保证船体刚度，降低船体重量必不可少的构件。随着船体建造大型化、高速化以及自动化方向发展，对船用球扁钢提出了高强度、高低温韧性以及大规格化的需求。

球扁钢属于截面极度不对称的异型截面钢，一般采用孔型轧制，和板材轧制不同，型钢轧制往往受装备条件、孔型设计等影响，在生产时无法采用在奥氏体未再结晶区的大压下，只能采用在奥氏体再结晶区多道次的轻压下，一次的加工变形量和累计的压下量均比较小，粗大的原始奥氏体晶粒很难细化，轧后又以空冷为主，整个截面均匀加速冷却也很困难，导致组织粗化，无法得到细晶组织，因而无法像板材通过控轧控冷产生晶粒细化来获得较好的强韧性配合。

在高强度要求方面，传统民用球扁钢主要采用C-Mn合金设计，屈服强度一般不高于355MPa，如国内生产的各类A32、A36高强度船用球扁钢。对于其它各类屈服强度要求更高的军用球扁钢，如10CrNi3MoV球扁钢，虽然屈服强度可以达到390MPa，但交货状态为调质热处理态，组织状态为低碳回火马氏体组织，同时还要添加较高含量Ni、Cr、Mo等合金元素，成分较高。专利“高强度球扁钢的生产工艺”(公开号：CN101229565A)介绍了一种高强度球扁钢及其生产工艺，通过添加0.01～0.025％的Nb来细化最终的组织来提高钢的强度，但生产的球扁钢最高强度级别为A/D36。

在低温韧性要求方面，传统民用高强度球扁钢最低考核-20℃冲击韧性。专利“提高高强度球扁钢低温冲击性能合格率的生产方法”(公开号：CN101229564B)介绍了通过控制终轧后组织状态来提高高强度球扁钢低温冲击韧性的方法，但是该专利面向的是A/D36球扁钢，也仅仅可以提高球扁钢-20℃低温冲击功。

在大规格需求方面，传统球扁钢球头尺寸均小于400mm(37号及以下)，为提高船体结构的整体贯性矩，减轻船体结构的重量，通常10万吨级以上的船体舭龙骨部位需要40号及以上的大规格高强度球扁钢，但是大规格球扁钢由于坯料总体变形量小，终轧温度高等特点，无法实现高强度和高低温韧性的要求。

因此，现有技术无法同时满足球扁钢高强度(390MPa及以上)、高韧性(最低考核-40℃冲击功)以及大规格(40号及以上)的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种40号及以上大规格高强度D40船用球扁钢及其生产工艺，用于解决40号及以上大规格船用球扁钢的高屈服强度和-40℃低温冲击功问题；可以满足10万吨级以上船体结构对于40号及以上大规格球扁钢高屈服强度和-40℃低温冲击功的要求。

本发明所述问题由以下技术方案解决：

本发明的40号及以上大规格高强度D40球扁钢的化学成分按重量百分比为：C：0.08～0.15，Si：0.10～0.50，Mn：1.15～1.75，S、P≤0.020，V：0.08～0.15，Ni：0.10～0.50，Ti：0.01～0.03，Mg：0.001～0.01，Ca：0.001～0.01，0：0.001～0.01，N：0.016～0.025，其中Mn/C≥14.0，Ni≥0.15，(Mg+Ca)/O≥1.0，余量为Fe和不可避免的杂质。

对本发明中使用的40号及以上大规格高强度D40球扁钢的成分组成的限定理由进行说明，以下仅用％表示组成中的质量百分比。

C是提高钢强度的有效成分，下限规定为0.08％，碳含量过低钢的屈服强度、抗拉强度不能满足要求。此外，过量的碳会生产大量碳化物，增加珠光体的数量，显著降低钢的低温韧性以及提高韧脆转变温度，因此上限规定为0.15％。

Si作为脱氧元素而添加，也是固溶强化元素，最低添加为0.10％。Si含量大于0.50％时，促进组织粗化，低温韧性降低，焊接性变差。本发明Si控制在0.10～0.50％。