一种厚规格FH690级超高强度海工钢板及其制备方法与流程

一种厚规格fh690级超高强度海工钢板及其制备方法
技术领域
1.本发明属于钢铁材料技术领域，涉及一种厚规格fh690级超高强度海工钢板及其制备方法，尤其是一种厚度50mm~100mm的fh690级超高强度海洋工程结构用调质钢板及其制备方法。


背景技术：

2.当今世界，资源的开发、利用和战略储备已成为制约一个国家发展的重要因素。地球上绝大部分资源蕴藏在海洋，各国都在积极开发各自的海域，建造了多种海洋工程装备。多变复杂的海洋服役环境决定了海洋工程用钢必须具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性以及好的加工性等性能，这对于保证操作人员的安全、提高海洋工程装备的使用寿命及开发海洋资源具有重要意义。f级高强韧大厚度海工钢是未来重要的发展方向，也是目前国内高端板材市场的紧缺品种。其中fh690级别海工钢要求屈服强度≥690mpa，抗拉强度≥770mpa，低温冲击要通过-60℃考核，具备极高的强韧性，在整个厚度上具有组织和性能均匀性，这对材料的成分和工艺设计提出了很高的挑战。
3.目前很多钢厂公布了690mpa级海工钢的生产工艺，公开号cn113549827a的专利文件“一种低温韧性优异的fh690级海工钢及其制造方法”、公开号cn101984119a的专利文件“nv-f690超高强度船板钢及其制备方法”和公开号cn109055657a的专利文件“690mpa级低成本高强韧性贝氏体钢板及其生产工艺”，采用在线淬火方式生产的690mpa级别钢板，最大厚度只有40mm~60mm，生产的规格范围受限，此材质需求量较大的反而是厚度≥50mm的厚规格钢板。
4.公开号cn103710640a的专利文件“一种经济节约型调质处理690mpa级高强高韧钢板”采用连铸坯只能生产小于80mm钢板，更厚规格需采用模铸锭开坯生产，成材率较低，应用受限；且此发明并未介绍具体的生产工艺。
5.公开号cn111455256a的专利文件“一种690mpa易焊接耐蚀高强钢及其制造方法”，采用调质工艺生产690mpa易焊接耐蚀高强钢，但只保证-40℃冲击性能，不能满足fh690级钢板要求的-60℃冲击标准。
6.针对以上不足，本发明通过采用合金成分设计-冶炼-加热-控制轧制-控制冷却-淬火-回火工艺，得到最大厚度100mm各项性能优异的fh690级海工钢。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种厚规格fh690级超高强度海工钢板及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
8.本发明是通过如下技术方案实现的：本发明公开了一种厚规格fh690级超高强度海工钢板，其特征在于：包括如下重量百分比的各组分：c：0.08%~0.16%、si：0.15%~0.35%、mn：0.80%~1.50%、cr：0.40%~0.60%、ni：1.00%~1.65%、mo：0.20%~0.50%、cu：0.10%~0.35%、nb：0.02%~0.04%、v：0.04%~0.06%、zr：
0.01%~0.03%、b：0.001%~0.002%、alt：0.02%~0.05%、p：≤0.015%、s：≤0.005%、n：≤0.006%，余量为fe和少量不可避免的杂质。
9.进一步的：所述海工钢厚度为50mm~100mm，屈服强度≥690mpa，抗拉强度≥770mpa~940mpa，断后伸长率≥14%，屈强比≤0.94，-60℃横向冲击功≥46j，z向拉伸断面收缩率≥35%，具有超高强度、低温韧性优异、组织性能均匀的特点。
10.本发明还公开了一种厚规格fh690级超高强度海工钢板的制备方法，包括：冶炼和浇铸过程、加热过程、轧制过程、冷却过程和热处理过程；其特征在于：1）冶炼和浇铸过程：采用转炉冶炼、炉外精炼、真空处理和连铸工艺进行生产，o含量控制在30ppm以下，n含量控制在60ppm以下，h含量控制在2ppm以下，中包钢水过热度≤25℃，投用电磁搅拌和轻压下，全程保护浇铸，连铸后得到连铸坯，连铸坯厚度250~350mm，宽度2000~2400mm；连铸坯内部低倍检验结果满足：中心偏析≤c类1.5级，中间裂纹≤1.0级，无其它裂纹缺陷；2）加热过程：钢坯加热温度1220
±
30℃，加热系数≥11min/cm，出炉后进行高压水除鳞；3）轧制过程：采用两阶段控轧工艺，一阶段开轧温度≥1020℃，保证最后一道次压下率≥18%，二阶段终轧温度为820
±
30℃；4）冷却过程：对轧后钢板进行在线冷却，返红温度为630
±
30℃，冷速≥8℃/s，后空冷至室温；5）热处理过程：将空冷至室温的热轧钢板加热至870℃~910℃进行充分奥氏体化，在炉时间3.0*t分钟后出炉水淬冷却至室温；将淬火后的钢板加热至620℃~680℃进行回火，在炉时间（3.5~4.0）*t分钟；其中t为钢板厚度，单位为mm。
11.本发明的优点是：本发明主要是针对目前船舶海洋工程对厚规格fh690级超高强海工钢的大量需求，优化合金成分，采用控轧控冷和后续热处理工艺相结合，创新地采用zr元素来替代ti元素，通过添加一定量的zr元素和合理的热加工工艺来确保大厚度海工钢的组织均匀性，效果显著，强韧性匹配良好，从而制备出组织均匀稳定、具有超高强韧性匹配的厚规格海工钢，满足船级社对fh690海工钢的认证要求，厚度可达50mm~100mm。
12.本发明所制备的钢板，优点如下：（1）制定优化的化学成分，通过适量的c、mn、si固溶强化；采用稳定的zr氧化物和析出物达到细晶强化和析出强化的目的，使组织均匀稳定，保证强度与低温冲击韧性的良好匹配；合理控制cr、ni、mo贵金属元素含量，降低成本；适当添加b元素，提高钢板淬透性，具有良好的力学性能。
13.（2）本发明采用350mm厚铸坯生产具有厚度大、强度高、强韧性匹配综合性能优异的fh690海工钢，提高了再结晶区粗轧阶段压下率，保证粗轧最后一道次压下率大于18%，在压缩比低的条件下保证了钢板的组织均匀性和低温冲击韧性。
14.（3）本发明设计工艺条件下生产的50mm~100mm厚规格海工钢，力学性能优异，屈服强度≥690mpa，抗拉强度≥770mpa，断后延伸率≥14%，屈强比≤0.94，-60℃横纵向冲击功≥46j，z向拉伸断面收缩率≥35%。
附图说明
15.图1是100mm厚钢板厚度1/2处金相组织；图2是100mm厚钢板厚度1/4处金相组织；图3是拉伸断口形貌及典型夹杂物分析；图4是50mm厚钢板厚度1/4处金相组织；图5是50mm厚钢板厚度1/4处金相组织。
具体实施方式
16.本发明公开了一种厚规格fh690级超高强度海工钢板及其制备方法，所生产的钢板具有良好的强韧性匹配，优良的综合力学性能，满足船级社对fh690级钢板的性能要求，钢板厚度范围50mm~100mm，制造工艺简单，适应性广。
17.本发明的所述钢板化学成分（重量百分比）为：c：0.08%~0.16%、si：0.15%~0.35%、mn：0.80%~1.50%、cr：0.40%~0.60%、ni：1.00%~1.65%、mo：0.20%~0.50%、cu：0.10%~0.35%、nb：0.02%~0.04%、v：0.04%~0.06%、zr：0.01%~0.03%、b：0.001%~0.002%、alt：0.02%~0.05%、p：≤0.015%、s：≤0.005%、n：≤0.006%，余量为fe和少量不可避免的杂质。
18.其中，所述钢板厚度为50mm~100mm，屈服强度≥690mpa，抗拉强度≥770mpa~940mpa，断后伸长率≥14%，-60℃横向冲击功≥46j，z向拉伸断面收缩率≥35%。
19.本发明的另一目的是提供上述钢板的制备方法，具体包括以下生产过程：1）冶炼和浇铸过程：采用转炉冶炼、炉外精炼、真空处理和连铸工艺进行生产，o含量控制在30ppm以下，n含量控制在60ppm以下，h含量控制在2ppm以下，中包钢水过热度≤25℃，投用电磁搅拌和轻压下，全程保护浇铸，连铸后得到连铸坯，连铸坯厚度250~350mm，宽度2000~2400mm。连铸坯内部低倍检验结果满足：中心偏析≤c类1.5级，中间裂纹≤1.0级，无其它裂纹缺陷；2）加热过程：钢坯加热温度1220
±
30℃，加热系数≥11min/cm，出炉后进行高压水除鳞；3）轧制过程：采用两阶段控轧工艺，一阶段开轧温度≥1020℃，保证最后一道次压下率≥18%，二阶段终轧温度为820
±
30℃；4）冷却过程：对轧后钢板进行在线冷却，返红温度为630
±
30℃，冷速≥8℃/s，后空冷至室温；5）热处理过程：将空冷至室温的热轧钢板加热至870℃~910℃进行充分奥氏体化，在炉时间3.0*t分钟后出炉水淬冷却至室温；将淬火后的钢板加热至620℃~680℃进行回火，在炉时间（3.5~4.0）*t分钟；其中t为钢板厚度，单位为mm。
20.本发明主要是针对目前船舶海洋工程对厚规格fh690级超高强海工钢的大量需求，优化合金成分，采用控轧控冷和后续热处理工艺相结合，制备出组织均匀稳定、具有超高强韧性匹配厚规格海工钢，满足船级社对fh690海工钢的认证要求，厚度可达50mm~100mm。
21.下面通过实施例来进一步说明本发明的技术方案，但不局限于以下实施例。
22.表1本发明实施例的化学成分（wt.%）。
csimnpsaltcrnimocunbvzrbceq
0.140.230.970.0140.0020.0360.521.240.420.160.0230.0410.0230.00120.59
23.实施例1100mm厚海工钢，连铸坯尺寸350mm厚
×
2000mm宽
×
3700mm长，轧制后成品钢板尺寸100mm厚
×
2690mm宽
×
9400mm长，冷装，加热温度1220℃~1250℃，加热时间425分钟，双机架两阶段控制轧制，粗轧开轧温度1059℃，连续轧制至116mm厚中间坯，终轧温度970℃，粗轧轧制最后一道压下率24.5%。精轧开轧温度为827℃，终轧温度为805℃，轧后层流冷却，冷速15.5℃/s，返红温度为604℃，后空冷至室温。采用qt工艺进行热处理，具体为：将空冷至室温的热轧钢板加热至880℃进行充分奥氏体化，在炉时间300分钟，然后出炉水淬冷却至室温；再将淬火后的钢板加热至630℃进行回火，在炉时间350分钟。钢板力学性能见表2，金相组织见附图1和附图2，拉伸断口形貌及典型夹杂物分析见附图3。可以看出：钢板组织主要为回火索氏体+少量铁素体，且显微组织在厚度方向上差异不大，说明钢板淬透性较好。通过对拉伸断口韧窝内的夹杂物进行能谱分析，发现有锆的氧化物存在。
24.表2 100mm厚海工钢力学性能检验结果实施例250mm厚海工钢，连铸坯尺寸350mm厚
×
2000mm宽
×
2410mm长，轧制后成品钢板尺寸50mm厚
×
2690mm宽
×
13000mm长，冷装，加热温度1220℃~1250℃，加热时间422分钟；双机架两阶段控制轧制，粗轧开轧温度1027℃，连续轧制至111mm厚中间坯，终轧温度983℃，粗轧轧制最后一道压下率19.95%。精轧开轧温度855℃，终轧温度为845℃，轧后层流冷却，冷速19.6℃/s，返红温度为633℃，后空冷至室温。采用qt工艺进行热处理，具体为：将空冷至室温的热轧钢板加热至880℃进行充分奥氏体化，在炉时间150分钟，严格控制奥氏体化温度和保温时间，防止晶粒异常粗大，然后水淬冷却至室温；再将淬火后的钢板加热至670℃进行回火，在炉时间200分钟。钢板力学性能见表3，金相组织见附图4和附图5。钢的组织类型仍为回火索氏体+少量铁素体，晶粒更加细小。
25.表3 50mm厚海工钢力学性能检验结果
从以上两个实施例可以看出，按本发明的成分和工艺，生产的50mm和100mm厚钢板，组织性能均匀，强韧匹配良好，达到fh690标准的各项要求，且有较大余量。