本发明专利技术公开了一种截面性能均匀的高强度球扁钢及其生产工艺。球扁钢中化学成分以质量百分比计：C:0.07％～0.12％，Si:0.30％～0.50％，Mn:1.00％～1.50％，P≤0.015％，S≤0.010％，Ni:0.50％～1.00％，V:0.05％～0.12％，Ti:0.005％～0.012％，N:0.014％～0.024％，其中C/N≤5.5，Ti/V≤0.15，Mn/Ni≤2.0，余量为Fe和不可避免的杂质。生产工艺是经过电炉冶炼、炉外精炼、连铸、开坯、轧制和热处理工艺。本发明专利技术的有益效果为所制备的球扁钢的球头和腹板屈服强度不低于440MPa，‑40℃低温冲击功不低于49J，截面屈服强度差在15MPa之内，且从根本上解决了球扁钢无法同时满足高强度、高韧性及截面性能均匀的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于船用结构钢
，特别提供了一种截面性能均匀的高强度球扁钢及其生产工艺。
技术介绍
球扁钢是船舶专用结构型钢，主要用作扶强材、防挠材。球扁钢由球头和腹板两部分组成，其独特的形状使得球扁钢比其他型钢(如角钢、扁钢、工字钢、T型材等)在船舶的应用上具备较轻的质量和更好的强重比。因此，在船体型材中，球扁钢占总量的80％左右，所占的份额最大。近年来，随着世界造船业向着大型化、高速化、自动化方向发展，对船用球扁钢提出高强度、高韧性以及大规格化的需求。然而，球扁钢因其截面尺寸差异非常悬殊，球头和腹板尺寸最大比例达到4:1，在实际轧制生产中，导致不同部位的变形比和冷却速率存在很大的差异，球头的变形量最小、冷却速率小，腹板的变形量大、冷却速率大，使得球扁钢截面性能非常不均匀，通常球头强度低、腹板强度高，强度差值大于30MPa，而这种差异随着球扁钢规格的增大和强度要求的提高而越加明显。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的生产工艺，通过添加0.01～0.025％的Nb及控轧控冷的手段来提高钢的强度，但其生产的球扁钢最高强度级别为A/D36。专利“大规格高强度D40船用热轧球扁钢及生产工艺”(公开号：CN102400045A)公开了通过添加V-N合金丝并结合控扎控冷手段来提高钢的屈服强度，其屈服强度达到了390MPa级别，无法实现更高强度的要求。这两个专利因其对只能采用孔型轧制生产的球扁钢采用控轧控冷的手段，终轧温度又非常低(800～950℃)，其对轧机的轧制力和控冷设备要求是非常高的。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：CN101229564A)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，但其生产的球扁钢最高强度级别是A/D36球扁钢，提高的是-20℃低温冲击功。在球扁钢截面性能均匀性方面，国内相关研究较少，“V-N微合金化高强度球扁钢截面均匀性研究”一文针对14号球扁钢做了相关研究，但并不满足更高规格球扁钢的需求。综上所述，现有技术无法同时满足球扁钢高强度(屈服强度≥440MPa)、高韧性(-40℃冲击功≥49J)以及截面性能均匀的使用要求，因此，本专利技术提供一种截面性能均匀的高强度球扁钢及其生产工艺，以解决现有技术中的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种截面性能均匀的高强度球扁钢及其生产工艺，通过改变球扁钢内化学组分之间的比例，从根本上解决了球扁钢无法同时满足高强度、高韧性及截面性能均匀的问题。本专利技术的技术方案是：一种截面性能均匀的高强度球扁钢，球扁钢中化学成分以质量百分比计：C:0.07％～0.12％，Si:0.30％～0.50％，Mn:1.00％～1.50％，P≤0.015％，S≤0.010％，Ni:0.50％～1.00％，V:0.05％～0.12％，Ti:0.005％～0.012％，N:0.014％～0.024％，其中C/N≤5.5，Ti/V≤0.15，Mn/Ni≤2.0，余量为Fe和不可避免的杂质。进一步的，球扁钢中化学成分以质量百分比计：C:0.075％～0.083％，Si:0.345％～0.469％，Mn:1.02％～1.10％，P≤0.012％，S≤0.009％，Ni:0.567％～0.89％，V:0.057％～0.063％，Ti:0.005％～0.0097％，N:0.0145％～0.0156％，其中C/N≤5.1，Ti/V≤0.13，Mn/Ni≤1.9，余量为Fe和不可避免的杂质。进一步的，球扁钢中化学成分以质量百分比计：C:0.089％～0.112％，Si:0.471％～0.495％，Mn:1.15％～1.43％，P≤0.011％，S≤0.007％，Ni:0.901％～0.99％5，V:0.069％～0.117％，Ti:0.0101％～0.0117％，N:0.0159％～0.0237％，其中C/N≤5.0，Ti/V≤0.11，Mn/Ni≤1.8，余量为Fe和不可避免的杂质。各成分的作用如下：C是提高钢材强度的有效元素，为了获得所需要的强度，C含量需要在0.07％以上，但是当其含量超过0.12％时，会使钢的低温韧性和焊接性显著降低，因此，将其范围规定为0.07～0.12％。Si是脱氧元素，也是固溶强化元素，为了确保脱氧效果和所需要的强度，Si含量需要在0.03％以上，但是当其含量超过0.50％时，会使钢的韧性和焊接性变差，因此，为了保证球扁钢的强度、韧性和焊接性，本专利技术将Si的范围规定为0.30～0.50％。Mn是微合金化钢相变强化和固溶强化机制中起主要作用的合金元素，本专利技术中为了获得所需要的强度，Mn含量需要在1.00％以上，但是当其含量超过1.50％时，会使钢的低温韧性和焊接性降低，因此，Mn的范围规定为1.00～1.50％。P是钢中的杂质元素，P含量越少，本专利技术中球扁钢的性能越好，因此，限制P≤0.015％。S是钢中不可避免存在的有害元素，会形成MnS夹杂物，降低钢的韧性和焊接性，因此，其含量要尽可能地减少，控制其含量在0.01％以下。Ni是本专利技术球扁钢中的重要元素，能降低钢表面活性，提高钢的低温韧性和抗腐蚀性能，为了达到保护效果，Ni含量应在0.5％以上。但出于成本考虑，上限应控制在1.0％。此外，Ni和Mn含量需要满足Mn/Ni≤2.0，Mn/Ni≤2.0是本专利技术中重要控制因素，主要原因是Mn的增加会促进组织中粒状贝氏体的形成，致使Ni元素所带来的韧性提高效果消失。V是本专利技术球扁钢中的关键微合金化元素，V在奥氏体中析出，可以细化奥氏体晶粒；同时这些粒子与铁素体的界面能小，促进了铁素体的形核，能起到诱导晶内铁素体形核，细化铁素体晶粒的作用。另外，在铁素体中弥散析出，起到沉淀强化作用，进一步提高了球扁钢的强度。当钒含量低于0.05％时，无法满足本专利技术需要的最低强度要求。同时出于成本考虑，上限应控制在0.12％。Ti是本专利技术球扁钢中的关键微合金化元素，也是微合金化钢中析出强化元素，能在高温区形成非常稳定的TiN颗粒，可以有效阻止奥氏体晶粒长大，要达到此目的，最低Ti含量应控制在0.005％。但是，Ti含量过高会使得钢中的TiN颗粒粗大，降低钢的低温韧性，因此本专利技术将Ti的范围规定为0.005％～0.012％。同时应严格控制Ti/V≤0.15，这主要是由于Ti和N的结合会降低钢中的N含量，从而影响V在奥氏体和铁素体中的析出。N是本专利技术球扁钢中的关键微合金化元素。N能和钢中的V和Ti结合形成第二相粒子析出，而且钢中增氮能控制V在奥氏体中的析出，改变了起细晶强化作用和沉淀强化作用的V的分配，可以发挥V的细晶强化作用的工艺路线，用细晶强化取代部分沉淀强化作用，在强度不变的情况下改善基体的塑韧性，而且氮的增加促进了V的析出，从而降低了V的用量，起到降低成本的作用。但是N含量过高，会增加钢的时效脆性，降低钢的低温韧性。因此结合V和Ti的含量，N含量应控制在0.014％～0.024％。此外，N和C含量需要满足C/N≤5.5，是本专利技术中重要控制因素，这主要是由于N含量较少时，剩余的V会与C结合析出，反而降低钢的强度。进一步的，高强度球扁钢宽度为140本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种截面性能均匀的高强度球扁钢，其特征在于，球扁钢中化学成分以质量百分比计：C:0.07％～0.12％，Si:0.30％～0.50％，Mn:1.00％～1.50％，P≤0.015％，S≤0.010％，Ni:0.50％～1.00％，V:0.05％～0.12％，Ti:0.005％～0.012％，N:0.014％～0.024％，其中C/N≤5.5，Ti/V≤0.15，Mn/Ni≤2.0，余量为Fe和不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
1.一种截面性能均匀的高强度球扁钢，其特征在于，球扁钢中化学成分以质量百分比计：C:0.07％～0.12％，Si:0.30％～0.50％，Mn:1.00％～1.50％，P≤0.015％，S≤0.010％，Ni:0.50％～1.00％，V:0.05％～0.12％，Ti:0.005％～0.012％，N:0.014％～0.024％，其中C/N≤5.5，Ti/V≤0.15，Mn/Ni≤2.0，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种截面性能均匀的高强度球扁钢，其特征在于，所述球扁钢中化学成分以质量百分比计：C:0.075％～0.083％，Si:0.345％～0.469％，Mn:1.02％～1.10％，P≤0.012％，S≤0.009％，Ni:0.567％～0.89％，V:0.057％～0.063％，Ti:0.005％～0.0097％，N:0.0145％～0.0156％，其中C/N≤5.1，Ti/V≤0.13，Mn/Ni≤1.9，余量为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的一种截面性能均匀的高强度球扁钢，其特征在于，所述球扁钢中化学成分以质量百分比计：C:0.089％～0.112％，Si:0.471％～0.495％，Mn:1.15％～1.43％，P≤0.011％，S≤0.007％，Ni:0.901％～0.99％5，V:0.069％～0.117％，Ti:0.0101％～0.0117％，N:0.0159％～0.0237％，其中C/N≤5.0，Ti/V≤0.11，Mn/Ni≤1.8，余量为Fe和不可避免的杂质。4.根据权利要求3所述的一种截面性能均匀的高强度球扁钢，其特征在于，所述高强度球扁钢宽度为140～430mm，球头高度为26～83mm、腹板厚度为7～20mm。5.根据权利要求4所述的一种截面性能均匀的高...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈雪慧，杨才福，苏航，柴锋，张倩，王瑞珍，薛东妹，李丽，罗小兵，梁丰瑞，师仲然，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，中联先进钢铁材料技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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