技术领域本发明涉及一种船用球扁钢，具体的涉及一种40号及以上大规格高强度E36船用球扁钢及生产工艺，属于冶炼技术领域。
背景技术：
40号及以上大规格高强度E36船用球扁钢用于大型船舶扶强材，可在不大幅度提高船体重量的条件下显著提高船体刚度和低温条件下的使用安全系数。目前国内没有企业可以生产40号及以上大规格高强度E36球扁钢，需求量全部依靠进口。主要是国内企业没有掌握钢坯化学成分合理控制及轧制工艺技术，产品不能满足符合标准要求的强度及韧性指标。本发明填补了国内空白。
技术实现要素：
本发明的目的在于：解决钢坯化学成分适当的配比技术及配套的轧制工艺，以生产出大规格高强度E36球扁钢。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E36球扁钢的化学成分按重量百分比为C:0.08～0.13,Si:0.10～0.40,Mn:1.15～1.75,S,P≤0.020,V:0.08～0.12,Ni:0.10～0.50,Ti:0.0l～0.03,Mg:0.001～0.01,Ca:0.001～0.01,O: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E36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，根据前期DH40摸索数据,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，因此将C含量上限进行小幅压缩,上限控制在0.13%。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0.40%时，促进组织粗化，低温韧性降低，焊接性变差。本发明Si按照国家标准控制在0.10-0.40%。Mn是保证钢板强度的重要元素，也是增加碳当量的重要元素。当Mn含量低于1.15%时，无法满足钢板屈服强度和抗拉强度的下限要求，同时S化物的有害作用增强。当Mn含量高于1.75时，低温韧性显著降低。此外，Mn和C含量需要满足Mn/C≥14.0，是本发明中重要控制因素，这主要基于DH40研发中的新发现:Mn/C低于14.0时，组织中会得到少量粒状贝氏体组织，显著降低钢的低温韧性。P是钢铁中的有害元素,含量越少是本专利中所希望的，但在炼钢中降低P含量需要花费较大的成本，因此含量范围规定为0.02%以下。S是钢铁中的有害元素,含量越少是本专利中所希望的，但在炼钢中降低S含量需要花费较大的成本，因此含量范围规定为0.02%以下。v是一种沉淀强化效果显著的微合金化元素，也是本发明中的重要元素。当钒含量低于0.08%时，钢的强度偏低，无法满足屈服强度最低要求。同时，钒的析出还能促进晶内铁素体的形成，可在提高强度的同时提高钢的韧性。但是，随着钒含量的增加，析出物尺寸显著增多，粒子增大，反而降低钢的低温韧性，同时促进了钢中M-A岛状组织的形成，因此钒含量应控制在0.12%。Ni是本发明中的重要元素，需要添加最少0.10%，出于成本考虑，上限应控制在0.50%。同时应严格控制Ni/Mn≥0.15，这主要是由于Mn的增加会使组织中增加粒状贝氏体，从而使Ni带来的韧性的提高效果消失。Ti可以和钢中的氮结合生成TiN颗粒，有利于抑制再加热奥氏体晶粒的粗化，钢中最低Ti含量应控制在0.01%。但是，过量的Ti会使得大量大颗粒Ti的氮化物存在，降低钢的低温韧性，因此上限规定为0.03%。Mg,Ca是本发明中的关键元素，其均为钢中强脱氧元素，会和钢中。结合形成细小的氧化物颗粒，VN粒子在细小的MgCa氧化物上形核析出，复合粒子能较好的促进晶内铁素体的形核，细化铁素体晶粒尺寸，显著的提高低温韧性。为保证大量细小粒子的析出，Mg,Ca,O下限均控制为0.001%。但是过量的Mg,Ca和O均会使得钢中氧化物夹杂数量增多，尺寸增大，且无法起到细化钢中组织作用，降低钢的低温韧性。因此，钢中Mg,Ca,O含量的上限均控制为0.01%。同时，(Mg+Ca)/O≥1时，钢中形成的氧化物数量较多，尺寸较小，且能使得VN粒子大量在氧化物上复合析出，显著的细化最终的显微组织，提高低温韧性。N是本发明中的一种关键微合金化元素。N会和钢中的V和Ti结合形成第二相析出物粒子，其中VN粒子会显著的提高钢的屈服强度以及促进晶内铁素体形核，细化最终的铁素体晶粒尺寸。因此，要充分发挥钢中V和Ti的作用，含量不宜低于0.016%。过高的增N，出对连铸操作和铸坯质量有负面影响外，还会在钢中形成大量有力的氮，增加时效脆性，显著降低钢的低温韧性，其含量不宜超过0.025%。本发明的40号及以上大规格高强度E36船用球扁钢，主要面向的是屈服强度大于或等于355MPa，腹板1/3部位纵向-60℃夏比冲击功大于或等于34J性能要求。本发明的生产工艺步骤及控制的技术参数如下：冶炼：在炼钢过程中采用直径为12mm的钒氮合金丝在真空结束后喂入钢液中，并底吹氢搅动钢液。由于真空处理会显著降低钢液中自由氮的含量，因此在真空后喂入钒氮合金丝有利于提高钒和氮的回收率，同时底吹氢气搅拌，避免N原子相互结合生成氮气，降低钢中氮的回收率。随后采用直径l0mm的Mg-Ca合金丝喂入钢液中，主要为了获得大量细小的Mg,Ca氧化物颗粒，采用氢气搅拌可以让氧化物颗粒均匀、细小的分部在钢液中。热轧：其坯料加热温度为1100-1200℃，主要放置原始奥氏体晶粒尺寸显著粗大化。采用低温(终轧温度≤865℃)以及终轧道次大变形量20%，均会显著的细化最终的铁素体晶粒尺寸，提高低温韧性。终轧后采用喷雾冷却，冷速为2-10℃/s，可以进一步的细化最终的铁素体晶粒尺寸，提高钢的低温韧性。本发明具有以下优点:本发明通过对钢坯原料、加热温度温度、终轧温度和终轧变形量的控制，生产出的40号及以上大规格高强度E36球扁钢符合标准要求的强度及韧性指标，并且能够达到-60℃超低温冲击韧性值，冲击韧性够实现200J以上。附图说明图1为本发明第一轮工业试制E36球扁钢的常规力学性能图一。图2为本发明第一轮工业试制E36球扁钢的常规力学性能图二。图3为本发明第二轮工业试制E36球扁钢的常规力学性能图一。图4为本发明第二轮工业试制E36球扁钢的常规力学性能图二。具体实施方式下面将通过不同的实施例和对比例的比较来描述本发明。这些实施例仅用于解释的目的，本发明不限于这些实施例中。E36球扁钢第一轮工业试制采用精炼+真空处理，其化学成分见表1。从表中可看出，采用了V-N微合金化技术。表1E36球扁钢的化学成分结合以往球扁钢生产及实验室研究结果，第一轮工业试制试验钢的化学成分如表1和图1所示，结果显示，试验钢成分控制较为理想，钢质纯净。P含量为0.008，S含量0.003，显示了较高的冶炼工艺控制水平。力学性能分析：第一轮工业试制E36球扁钢的常规力学性能经检测，如表2和图2所示，-40℃冲击功较高，但-60℃冲击功易出现低值。表2E36球扁钢的常规力学性能数据二、第二轮工业试制：第二轮工业试制采用与第一轮工业试制相同的冶炼钢坯。第二轮工业试制重点控制轧制过程中的加热温度以及其它轧制工艺参数。由于第一轮工业试制加热温度高达1250℃，影响了V-N微合金发挥细化晶粒的作用,但＜1100℃的加热温度会造成钢坯温度过低,影响轧制节奏和顺行,因此第二轮工业试制严格控制加热温度控制在1100℃～1200℃。同时考虑到终轧道次的变形量和温度对破碎晶粒具有决定性的作用，结合轧制设备能力将终轧变形量从17%提高到20%以上，终轧温度≤865℃。第二轮试验钢力学性能结果示于表3，并参见图3和图4。结果表明，试验钢在满足强韧性的基础上低温冲击功稳定性大幅度提高，试制的六支球扁钢-60℃冲击功全部在200J以上。表3试验钢的常规拉伸试验结果综上：钢坯冶炼采用精炼+真空处理、V-N微合金化技术，通过控制加热温度温度、终轧温度和终轧变形量，可以满足国家标准室温拉伸强度和-40℃冲击要求，并达到-60℃超低温冲击韧性值温度且富有余量。