150mm厚保探伤保性能Q345B钢板及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种150mm厚保探伤保性能Q345B钢板，其化学成分及含量按照重量百分比计，包括：C0.16-0.19％、Si0.25-0.40％、Mn1.50-1.90％、P≤0.020％，S≤0.015％、Als0.020-0.030％，余量为Fe和杂质。本发明还公开了一种50mm厚保探伤保性能Q345B钢板的生产方法。150mm厚保探伤保性能Q345B钢板力学性能优异，各实施例的钢板的屈服强度大于345MPa，抗拉强度为500MPa以上，延伸率大于25.0％，钢板室温冲击功可达150J以上。
【专利说明】150mm厚保探伤保性能Q345B钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热轧中厚板技术，具体说，涉及一种150mm厚保探伤保性能Q345B钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002]厚规格钢板广泛应用于各类重要设施或构件的关键结构，通常对厚规格钢板的探伤性能和力学性能有严格要求。长期生产经验表明，为了确保成品钢板的探伤性能和力学性能，板坯到钢板的压缩比不小于3.0。然而由于生产线设计限制，连铸坯的厚度一般不会太厚，常规厚度为200mm-300mm,少数企业连铸还厚度可达400mm。但是板还越厚其内部质量越差，不利于生产高性能厚钢板，通常采用的板坯厚度为250mm-300mm。因此，实现小压缩比条件下生产保探伤、保性能厚钢板对提升企业的技术水平有非常重要的意义。
[0003]专利申请号201010208311.9，名称为“超厚低合金高强度Q345系列钢板及其生产方法”的专利文件中，采用模铸工艺生产了厚规格Q345B钢板，目前主流铸造工艺为连铸，模铸并不适用。专利申请号201010599326.2，名称为“ 160mm厚高层建筑用Q345E-Z35钢板及其生产方法”的专利文件中，同样采用模铸工艺生产了 160mm厚规格Q345B钢板。
[0004]专利申请号201110176674.3，名称为“一种特厚低合金高强度Q345C钢板及其生产方法”的专利文件中，采用模铸工艺生产，同时通过添加一定量的Nb、V、Ti等元素制备了厚规格Q345B钢板。不添加合金元素，采用连铸坯轧制特厚规格保性能保探伤钢板尚未见到公开报道。
【发明内容】
[0005]本发明所解决的技术问题是提供一种150mm厚保探伤保性能Q345B钢板，力学性能优异，各实施例的钢板的屈服强度大于345MPa，抗拉强度为500MPa以上，延伸率大于25.0%，钢板室温冲击功可达150J以上。
[0006]技术方案如下:
[0007]—种150mm厚保探伤保性能Q345B钢板，其化学成分及含量按照重量百分比计，包括:C0.16-0.19 %、Si0.25-0.40 %、Mnl.50-1.90 %, P ^ 0.020 %, S ≤ 0.015 %、Als0.020-0.030%，余量为 Fe 和杂质。
[0008]进一步，其化学成分的质量百分含量计，包括:C0.15%, Si0.40%, Mnl.73%,P0.016%, S0.012%, Als0.029%，余量为 Fe 和杂质。
[0009]进一步，其化学成分的质量百分含量计，包括:C0.16%, Si0.36%, Mnl.90%,P0.012%, S0.003%, Als0.030%，余量为 Fe 和杂质。
[0010]进一步，其化学成分的质量百分含量计，包括:C0.17%, Si0.25%, Mnl.68%,P0.0015%, S0.013%, Als0.020%，余量为 Fe 和杂质。
[0011]进一步，其化学成分的质量百分含量计，包括:C0.18%, Si0.29%, Mnl.50%,P0.008%, S0.010%, Als0.023%，余量为 Fe 和杂质。[0012]进一步，其化学成分的质量百分含量计，包括:C0.19%, Si0.27%, Mnl.62%,P0.005%, S0.012%, Als0.022%，余量为 Fe 和杂质。
[0013]进一步，其化学成分的质量百分含量计，包括:C0.19%, Si0.27%, Mnl.89%,P0.014%, S0.001%, Als0.021%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0014]本发明所解决的另一个技术问题是提供一种150mm厚保探伤保性能Q345B钢板的生产方法，突出优点是基于控制轧制控制冷却和正火热处理工艺，用250mm厚板坯轧制150mm厚保探伤保性能Q345B钢板。
[0015]技术方案如下:
[0016]一种150mm厚保探伤保性能Q345B钢板的生产方法，步骤包括:冶炼、连铸、板坯再加热、除鳞、粗轧、精轧、冷却、热矫直、剪切、正火、取样、检验和成品入库；其中，连铸后铸板坯的厚度为250mm;板坯再加热过程中，再加热温度为1180-1220°C，再加热过程包括加热段和均热段，板坯再加热的总再加热时间为250-350分钟，加热时板坯移动速度按10-20分钟/厘米控制，均热段时间为30-60分钟；粗轧过程中，粗轧高温延伸阶段有效轧制道次数不超过2道，开轧温度为1160-1200°C，2道次压下率均大于20%，中间坯的厚度为成品板坯的厚度的1.2倍，粗轧阶段开轧第一道次、转钢后第一道次采取机架除鳞设备进行除鳞；精轧过程中，精轧开轧温度为930-960°C，钢板I道次轧完；冷却过程中，终冷温度为650-700°C，冷却速度为10-15°C /s ;热处理过程中，正火温度为830-880°C，保温时间为20-30分钟；成品钢板的厚度为150mm，化学成分及含量按照重量百分比计，包括 C0.16-0.19 %、Si0.25-0.40 %、Mnl.50-1.90 %, P ≤ 0.020 %, S ≤ 0.015 %、Als0.020-0.030%，余量为 Fe 和杂质。
[0017]进一步:在钢板进行加速冷却过程中，为了确保钢板整体头部、尾部、边部及板身温度均匀，采用头尾遮蔽和边部遮挡，头部遮蔽0-2.0m,尾部遮蔽0-2.5m，边部遮挡0-2.0m，控制钢板返红后整体温度差≤50°C。
[0018]进一步:连铸过程中，控制钢水过热度15_50°C，连铸机为直弧形连铸机；使用低碳高锰合金钢保护渣，渣子保持干燥；中包使用碱性空心颗粒无碳覆盖剂；保持恒速浇注，浇注速度控制在0.8-1.2m/min ;铸坯低倍检验结果满足C类中心偏析≥ 2.0级，中间裂纹≤1.5级，中心疏松≤1.0级。
[0019]与现有技术相比，本发明技术效果包括:
[0020]1、本发明的突出优点是基于控制轧制控制冷却和正火热处理工艺，用250mm厚板坯轧制150mm厚保探伤保性能Q345B钢板。经实际生产并检验，其力学性能优异，各实施例的钢板的屈服强度大于345MPa，抗拉强度为500MPa以上，延伸率大于25.0%，钢板室温冲击功可达150J以上。
[0021]2、经济社会效益显著。
[0022]吨钢利润1000元以上，按每年生产1000吨计算，年可盈利约100万元。此外，该
产品填补了包钢及自治区的空白。
【具体实施方式】
[0023]本发明中，不添加合金元素，用250mm厚连铸板坯轧制150mm厚保探伤保性能Q345B钢板，压缩比小于1.7，成品钢板探伤符合国标I级，力学性能满足GB1591的要求，且有较大富余量。本发明通过合理设计化学成分、控制轧制控制冷却和正火热处理工艺，在极小压缩比条件下成功开发了厚规格钢板。一方面通过轧制过程大压下充分细化钢板晶粒，轧后通过手动走水提升钢板强度，另一方面通过合理的正火工艺均匀钢板组织，提升保证成品钢板的内部质量。
[0024]用250mm厚板坯轧制150mm厚Q345B钢板的方法，生产步骤包括:冶炼一连铸一板还再加热一除鱗一粗轧一精轧一冷却一热矫直一到切一正火一取样、检验一成品入库。
[0025]成品的化学成分及含量(重量百分比)为:C0.16-0.19 %、Si0.25-0.40 %、Mnl.50-1.90%,P ≤0.020%, S≤0.015%、Als (酸溶铝)0.020-0.030%，余量为 Fe 和不
可避免的杂质。
[0026]本发明主要合金元素作用和范围说明如下:
[0027]C:C作为间隙固溶体元素可以显著提高钢材的强度，但对韧性、塑性、冷成型性及焊接性能带来极大不利。本发明采用低碳设计，规定C的质量百分含量为0.16-0.19%。
[0028]Si:Si对过冷奥氏体影响不大，主要作为固溶强化元素而起作用，但Si含量较多时会造成基体塑性下降。本发明的Si的质量百分含量为0.25-0.40%。
[0029]Mn:Mn可以提高贝氏体钢淬透性，同时降低贝氏体转变温度促进组织细化，同时增大贝氏体基体中C含量，提高强度。本发明的Mn的质量百分含量为1.5-1.9%。
[0030]P和S:P、S作为有害元素会富集在晶界上，破坏钢板低温冲击韧性，因此要尽量低。本发明规定P的质量百分含量不大于0.020%, S的质量百分含量不大于0.015%.[0031]Al:A1 一方面作为脱氧元素加入钢中，另一方面Al与N结合形成A1N，细化晶粒。本发明的酸溶Al的质量百分含量为0.020-0.030%。
[0032]用250mm厚板坯轧制150mm厚Q345B钢板的方法，具体步骤如下:
[0033]步骤1:冶炼；
[0034]铁水需经过预处理进行深脱硫，然后进行转炉冶炼。铁水和废钢总装入量为230±15吨，其中废钢加入量为30~60吨，铁水温度为1250~1350°C。
[0035]采用单渣工艺冶炼，采用硅铝铁、低碳锰铁和硅铁脱氧合金化，锰回收率按95%计算，铝线收得率按55~70%计算，出钢挡渣，保证一次拉碳成功，转炉出钢温度控制在1620-1660°C。出钢过程钢包要进行底吹IS操作。钢水经转炉冶炼后进行LF (钢包精炼炉)炉外精炼，本工序要求转炉出钢后，钢包内钢水温度大于1500°C，该阶段对钢水配S1、Mn等合金，确保合金命中目标，金属锰铁收得率按99%计算，铌铁收得率按100%计算，硅增加
0.01%娃铁加入量不小于25kg。
[0036]步骤2:连铸；
[0037]冶炼成功的钢水送到铸机进行连铸，控制钢水过热度15_50°C。连铸机为直弧形连铸机，详细工艺及参数控制如下:使用低碳高锰合金钢保护渣，渣子要保持干燥；中包使用碱性空心颗粒无碳覆盖剂；保持恒速浇注，浇注速度控制在0.8-1.2m/min ;做好保护浇注，谨防钢水二次氧化和吸气增氮；铸坯低倍检验结果应满足C类中心偏析> 2.0级、中间裂纹≤1.5级、中心疏松≤1.0级；铸板坯的厚度为250mm。
[0038]步骤3:板坯再加热；
[0039]钢水连铸成坯时温度从1500°C左右冷却到1200°C左右，再冷却到室温，板坯再加热是指板坯又从室温升高到1200°C之上，温度再次升高的加热过程。[0040]板坯再加热过程在推钢式加热炉或步进式加热炉中进行。再加热温度的制定主要依赖于合金元素的溶解度。加热过程要求合适的温度和合理的时间，促进合金元素的充分溶解和成分、组织均匀。一般情况下，合金元素碳(氮)化物的溶解温度约为1150°C-1200°C。为了促进合金元素碳(氮)化物的充分溶解，并考虑现场的实际生产条件，本发明的再加热温度为1180-1220°C，再加热过程包括加热段和均热段，由于加热段板坯内外温差很大，需要最后进行均热以保证板坯温度均匀。板坯再加热的总再加热时间为250-350分钟，加热时板坯移动速度按10-20分钟/厘米控制，其中均热段时间为30-60分钟。
[0041]步骤4:除磷；
[0042]板坯在再加热过程中表面会严重生成氧化铁皮，因此，板坯出炉后需要进行除鳞以消除其表面氧化铁皮。板坯采用高压水除鳞，要求除鳞压力不小于18MPa。一般情况下除鳞压力在25MPa以内即可。
[0043]步骤5:粗轧；
[0044]板坯经除鳞后送到粗轧机进行粗轧。粗轧分为三个阶段:整形阶段、展宽阶段和高温延伸阶段。整形阶段消除板坯表面的凹凸不平等缺陷，并促进板坯厚度均匀，该阶段总压下率为10%左右，分1-2道次完成。展宽阶段主要是将板坯宽度增加到成品宽度，该阶段总压下率视板坯展宽程度而定，分2-4道次完成。一般认为，整形阶段和展宽阶段不会对钢板性能产生明显影响。高温延伸阶段要充分发挥轧机能力，实现强力大压下，以最少道次数将板坯轧到中间坯厚度，促进奥氏体晶粒反复再结晶以细化晶粒，要求粗轧高温延伸阶段有效轧制道次数不超过2道。本发明的粗轧的开轧温度为1160-1200°C，2道次压下率均大于20%，中间坯的厚度为成品板坯的厚度的1.2倍。粗轧阶段开轧第一道次、转钢后第一道次必须采取机架除鳞设备进行除鳞，高温延伸阶段视钢板表面情况灵活进行除鳞，保证钢板表面质量。
[0045]步骤6:精轧；
[0046]精轧阶段从中间坯温度降到奥氏体未再结晶区后开始。板坯经粗轧阶段轧制成中间坯后在粗轧机和精轧机之间的辊道上进行摆动待温，中间坯温度降低到精轧阶段开轧温度范围后输送到精轧机进行精轧阶段轧制。精轧阶段开轧第一道次必须采取机架除鳞设备进行除鳞，精轧轧制过程中视钢板表面情况灵活进行除鳞，保证钢板表面质量。精轧阶段在奥氏体未再结晶区进行，该阶段变形逐渐累积，一方面促进奥氏体晶粒“扁平化”，另一方面在奥氏体经理内形成大量位错，增加铁素体晶粒形核位置，细化晶粒。要求精轧阶段有效轧制道次数为I道。本发明的精轧开轧温度为930_960°C，钢板I道次轧完，终轧温度不做要求。
[0047]步骤7:冷却；
[0048]本发明采用加速冷却系统(ACC)对钢板冷却过程进行控制。钢板经控制轧制后，奥氏体晶粒被拉长呈“扁平化”，晶粒内部累积有大量位错和胞状亚结构，在较大冷速作用下变形奥氏体“过冷”，较大的相变驱动力作用下促进新相在变形奥氏体内和晶界处形核，形成细小均匀的铁素体珠光体组织。本发明的冷却的终冷温度650-700°C，冷却速度10-15°C /S。在钢板进行加速冷却过程中，为了确保钢板整体头部、尾部、边部及板身温度均匀，需要采用头尾遮蔽和边部遮挡，一般头部遮蔽0-2.0m，尾部遮蔽0-2.5m，边部遮挡0-2.0m，控制钢板返红后整体温度差≤50°C。
[0049]步骤8:热矫直；
[0050]钢板从ACC出来后需要进行热矫直处理以使钢板具有良好板形，综合考虑钢板矫直难度和热矫直机能力，要求钢板矫直温度为400-1000°C。若钢板一道次不能矫平，可以采用多道次矫直，但原则上不超过3道次，钢板不平度达到< 6mm/2m。热矫直后的钢板通过剪切后加工成要求的规格。
[0051]矫直温度大于1000°C，温度太高，矫直机无法工作，因为矫直机自身冷却能力有限，会把矫直机烫坏，而且温度很高矫直后钢板还会变形，失去了矫直的意义。温度低于400°C钢板太硬，热矫直机也能力有限“矫不动”。矫直温度主要由钢板终冷温度决定，钢板出ACC后约I分钟左右后就开始矫直。
[0052]步骤9:热处理；
[0053]钢板的热处理工艺为正火。正火是将钢板加热到Ac3以上适当温度，保温以后在空气中冷却得到珠光体类组织的工艺。正火的实质是钢板完全奥氏体化加伪共析转变，可以均匀钢板组织，消除心部过冷组织，减轻带状组织程度，细化晶粒。本发明的热处理工艺为正火温度为830-880°C，保温时间为20-30分钟。
[0054]对成品的钢板取样、检验。检验合格的成品入库、发货。
[0055]整体来看本发明的特征在于:
[0056](I)钢板厚度为150mm。
[0057](2)生产中压缩比不大于1.7 ；
[0058](3)对钢板采用控轧控冷工艺生产，并进行正火处理，保证了钢板全厚度组织的均匀性，在保证钢板力学性能前提下也是钢板探伤性能达到国标I级。
[0059]下面结合实施例，对本发明技术方案作进一步的描述。
[0060]实施例1
[0061]将冶炼、连铸后的拟轧制的板坯放入加热炉，加热时间为265分钟，均热时间为40分钟。板坯厚度250mm，化学成分的质量百分含量为:C0.15%, Si0.40%, Mnl.73%,P0.016%,S0.012%,Als0.029%，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为150mm的钢板，详细的轧制工艺见表1，其力学性能见表2。
[0062]实施例2
[0063]将冶炼、连铸后的拟轧制的板坯放入加热炉，加热时间为250分钟，均热时间为30分钟。板坯厚度250mm，化学成分的质量百分含量为:C0.16%, Si0.36%, Mnl.90%,P0.012%,S0.003%,Als0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为150mm的钢板，详细的轧制工艺见表1，其力学性能见表2。
[0064]实施例3[0065]将冶炼、连铸后的拟轧制的板坯放入加热炉，加热时间300分钟，均热时间为45分钟。板坯厚度250mm，化学成分的质量百分含量为:C0.17%, Si0.25%, Mnl.68%,P0.0015%、S0.013%、Als0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为150mm的钢板，详细的轧制工艺见表1，其力学性能见表2。
[0066]实施例4
[0067]将冶炼、连铸后的拟轧制的板坯放入加热炉，加热时间300分钟，均热时间为45分钟。板坯厚度250mm，化学成分的质量百分含量为:C0.18%, Si0.29%, Mnl.50%,P0.008%,S0.010%,Als0.023%，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为150mm的钢板，详细的轧制工艺见表1，其力学性能见表2。
[0068]实施例5
[0069]将冶炼、连铸后的拟轧制的板坯放入加热炉，加热时间330分钟，均热时间为50分钟，板坯厚度250mm，化学成分的质量百分含量为:C0.19%, Si0.27%, Mnl.62%,P0.005%,S0.012%,Als0.022%，余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为150mm的钢板，详细的轧制工艺见表1，其力学性能见表2。
[0070]实施例6
[0071]将冶炼、连铸后的拟轧制的板坯放入加热炉，加热时间330分钟，均热时间为50分钟，板坯厚度250mm，化学成分的质量百分含量为:C0.19%, Si0.27 %、Mnl.89 %、P0.014%,S0.001%,Als0.021%,余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为150mm的钢板，详细的轧制工艺见表1，其力学性能见表2。
[0072]表1实施例1~6的工艺参数
[0073]
【权利要求】
1.一种150mm厚保探伤保性能Q345B钢板，其特征在于，其化学成分及含量按照重量百分比计，包括:C0.16-0.19%,Si0.25-0.40%,Mnl.50-1.90%,P ( 0.020%,S ( 0.015%,Als0.020-0.030%，余量为 Fe 和杂质。
2.如权利要求1所述150mm厚保探伤保性能Q345B钢板，其特征在于，其化学成分的质量百分含量计，包括:C0.15%,Si0.40%,Mnl.73%,P0.016%,S0.012%,Als0.029%，余量为Fe和杂质。
3.如权利要求1所述150mm厚保探伤保性能Q345B钢板，其特征在于，其化学成分的质量百分含量计，包括:C0.16%,Si0.36%,Mnl.90%,P0.012%,S0.003%,Als0.030%，余量为Fe和杂质。
4.权利要求1所述150mm厚保探伤保性能Q345B钢板，其特征在于，其化学成分的质量百分含量计，包括:C0.17%, Si0.25%, Mnl.68%, P0.0015%, S0.013%,Als0.020%，余量为Fe和杂质。
5.权利要求1所述150mm厚保探伤保性能Q345B钢板，其特征在于，其化学成分的质量百分含量计，包括:C0.18%,Si0.29%,Mnl.50%,P0.008%,S0.010%,Als0.023%，余量为Fe和杂质。
6.权利要求1所述150mm厚保探伤保性能Q345B钢板，其特征在于，其化学成分的质量百分含量计，包括:C0.19%,Si0.27%,Mnl.62%,P0.005%,S0.012%,Als0.022%，余量为Fe和杂质。
7.权利要求1所述150mm厚保探伤保性能Q345B钢板，其特征在于，其化学成分的质量百分含量计，包括:C0.19%,Si0.27%,Mnl.89%,P0.014%,S0.001%,Als0.021%，余量为Fe和不可避免的杂质。
8.一种150mm厚保探伤保性能Q345B钢板的生产方法，步骤包括:冶炼、连铸、板坯再加热、除鳞、粗轧、精轧、冷却、热矫直、剪切、正火、取样、检验和成品入库；其中，连铸后铸板坯的厚度为250mm ;板坯再加热过程中，再加热温度为1180-1220°C，再加热过程包括加热段和均热段，板坯再加热的总再加热时间为250-350分钟，加热时板坯移动速度按10-20分钟/厘米控制，均热段时间为30-60分钟；粗轧过程中，粗轧高温延伸阶段有效轧制道次数不超过2道，开轧温度为1160-1200°C，2道次压下率均大于20%，中间坯的厚度为成品板坯的厚度的1.2倍，粗轧阶段开轧第一道次、转钢后第一道次采取机架除鳞设备进行除鳞；精轧过程中，精轧开轧温度为930-960°C，钢板I道次轧完；冷却过程中，终冷温度为650-700°C，冷却速度为10-15°C /s ;热处理过程中，正火温度为830-880°C，保温时间为20-30分钟；成品钢板的厚度为150mm，化学成分及含量按照重量百分比计，包括 C0.16-0.19 %、Si0.25-0.40 %、Mnl.50-1.90 %, P ^ 0.020 %, S ≤ 0.015 %、Als0.020-0.030%，余量为 Fe 和杂质。
9.如权利要求8所述150mm厚保探伤保性能Q345B钢板的生产方法，其特征在于:在钢板进行加速冷却过程中，为了确保钢板整体头部、尾部、边部及板身温度均匀，采用头尾遮蔽和边部遮挡，头部遮蔽0-2.0m，尾部遮蔽0-2.5m，边部遮挡0-2.0m，控制钢板返红后整体温度差≤50°C。
10.如权利要求8所述150mm厚保探伤保性能Q345B钢板的生产方法，其特征在于:连铸过程中，控制钢水过热度15-50°C，连铸机为直弧形连铸机；使用低碳高锰合金钢保护渣，渣子保持干燥；中包使用碱性空心颗粒无碳覆盖剂；保持恒速浇注，浇注速度控制在.0.8-1.2m/min ;铸坯低倍检验结果满足C类中心偏析≥2.0级，中间裂纹≤1.5级，中心疏松≤1. 0级。
【文档编号】C21D8/02GK104018060SQ201410221740
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】刘泽田, 陆斌, 张大治, 赵福生, 李 浩, 黄楠, 吴鹏飞, 岳祎楠, 高军, 华国龙, 王皓, 赵超, 孙长玉, 张晓燕, 白永强, 惠鑫, 刘丹, 宋立全 申请人:内蒙古包钢钢联股份有限公司