一种低屈强比碳锰低温钢的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种低屈强比碳锰低温钢的制造方法，化学成分重量百分比为C=0.05~0.09、Si=0.10~‑0.40、Mn=1.30~1.50、P≤0.010、S≤0.003、Nb≤0.010、Al=0.030~0.060，余为Fe和不可避免的杂质。本发明专利技术采用低C高Mn、高Al的成分设计，通过连铸过程中动态轻压下控制技术，并配合轧制过程中高温大压下及轧后快速冷却控制工艺，获得细小的准多边形铁素体及少量针状铁素体+珠光体组织。本发明专利技术的低屈强比碳锰低温钢针对液化石油气船用钢，具有钢质纯净、低屈强比、高韧性及低温焊接性能优异的特点，钢板厚度方向韧脆转变温度低于‑80℃，焊后‑70℃焊接性能优良，此外，无需添加Cu、Cr等微合金元素，制造成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种低屈强比碳锰低温钢的制造方法
本专利技术属于低合金结构钢制造领域，具体涉及一种低屈强比碳锰低温钢的制造方法。技术背景液化石油气（LiquefiedPetroleumGas），简称LPG，以其使用方便、清洁、少污染的特点受到广泛的采用。由于民用及商用液化气需求的不断增加，全球液化石油气贸易量大幅增长。与之相适应，LPG船运市场也随之发展起来。LPG船作为目前世界四大主力发展船型之一，主要运输以丙烷和丁烷为主要成份的石油碳氢化合物或两者混合气，包括丙烯和丁烯等化工产品。对于普通运输船而言，-40℃已是运输使用极限，而LPG船液货舱正常工作温度在-55~-60℃。船用碳锰低温钢则主要应用于LPG/VLGC船液货舱及次屏蔽等船体结构，船用低温钢在母材及焊接应用中至少需要接受-70℃的考验，属于高端船用钢板。一般对于0℃以下服役环境的钢板，生产过程中都需要添加一定量的Nb、Ni等微合金元素进行晶粒细化，提高低温韧性。CN201610815114公开的“一种用于-70℃的高强度、高韧性、低屈强比低温钢及其制造方法”，该钢板化学成分的质量百分含量为：C=0.05～0.20、Si≤0.30、Mn=0.85～1.50、P≤0.005、S≤0.003、Al=0.015～0.050、Ni=0.35～0.70，此外还含有Mo≤0.10、Nb≤0.05，Ti≤0.025，Ca≤0.005中的一种或多种，余为Fe和不可避免的杂质。该专利技术方案中由于添加Ni、Mo等贵重合金，合金成本高，且钢板需正火+回火热处理，制造成本高且工艺复杂。CN201611003652公开的“一种液化气体船用碳锰低温钢及制造方法”，该钢板化学成分为：C=0.03～0.08、Si=0.10～0.30、Mn=0.60～1.30、P≤0.015、S≤0.005、Nb=0.010～0.080、Al=0.010～0.060，余为Fe和不可避免的杂质。该专利技术方案由于大量添加Nb元素，一定程度上增加了合金成本，另外Nb元素轧制过程中会析出碳氮化物，使屈强比增高。且在较高输入量焊接速度下，固溶Nb会增加HAZ区贝氏体转变的倾向，对焊接后低温性能存在一定影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：如何在不添加Ni、Cu等贵重合金元素的条件下，采用低C高Mn、Al脱氧细晶成分设计，配合冶炼连铸过程中动态轻压下控制技术，轧制阶段高温大压下及轧后快速冷却控制工艺，使钢板获得均匀细小的准多边形铁素体及少量针状铁素体+珠光体组织，从而获得良好的低温韧性及屈强比性能，韧脆转变温度可达到-80℃，屈强比≤0.85。本专利技术解决以上技术问题的技术方案是：一种低屈强比碳锰低温钢的制造方法，钢的化学成分重量百分比为C=0.05～0.09、Si=0.10～0.40、Mn=1.30～1.50、P≤0.010、S≤0.003、Nb≤0.010、Al=0.030～0.060、Ti=0.01～0.02，余为Fe和不可避免的杂质；包括以下工艺步骤：（1）冶炼和铸造：采用转炉或电炉冶炼，铸造采用连铸或模铸，铁水经预处理脱硫，转炉终点控制出钢[C]≤0.005，[P]≤0.005，出钢时开启全程吹氩，采用挡渣棒或挡渣球挡渣；钢水到LF精炼炉后进行加热升温及造白渣操作，保持白渣时间≥15min，精炼总在站时间≥45min；VD炉真空度0.5tor以下保持时间不小于15min，钢水定氢[H]≤2.0ppm，经转炉及精炼操作后，铁水硫含量S≤0.003；连铸采用全程保护浇铸，过热度≤35℃，结晶器采用低碳保护渣，连铸过程配合采用动态轻压下，控制低倍偏析达到GB226要求偏析C类0.5级。（2）加热炉加热：将连铸坯或钢锭装入加热炉中加热，加热温度为1100~1180℃，均热时间10~60min，钢坯获得细小均匀的原始奥氏体组织。（3）中厚板轧机轧制：在中厚板轧机上进行轧制，采用控轧控冷工艺，粗轧轧制温度不低于980℃，设定粗轧中间坯厚度不小于3倍轧制厚度，粗轧阶段至少有一道次压下率≥20%，并至少有二道次平均压下率≥18%；精轧开轧温度830~920℃，终轧温度800~840℃，轧后经加速冷却，冷却速度10~18℃/s，返红温度560~640℃，钢板经热矫后上冷床空冷。所述钢的化学成分重量百分比优化为C=0.06~0.09、Si=0.10~0.40、Mn=1.30~1.50、P≤0.010、S≤0.003、Nb≤0.010、Al=0.043~0.060、Ti=0.01~0.02，余为Fe和不可避免的杂质。通过粗轧阶段高温大压下及控轧控冷，钢板获得细小均匀的准多边形铁素体及少量针状铁素体+珠光体组织，晶粒度10~13级，采用上屈服取值，屈强比≤0.85，钢板表面及心部韧脆转变温度均低于-80℃。本专利技术各元素的作用及配比依据如下：碳：具有显著的固溶强化作用，提高钢的淬透性，C含量的提高虽然能够提高强度和降低Ar3温度，但恶化钢的低温韧性和焊接性能，因此本专利技术涉及的钢种对碳含量进行平衡，最终碳含量控制在0.05～0.09wt.。硅：钢种脱氧元素之一，同时具有较强的固溶强化作用，但过量的Si将恶化钢的低温韧性及焊接性能，因此对本专利技术涉及的钢种碳含量进行平衡，最终碳含量控制在0.10～0.40wt.。锰：锰是弱碳化物形成元素，它可以降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒，同时具有一定的固溶强化作用，扩大微合金碳氮化物在奥氏体中德固溶度积，可以避免过多的微合金碳氮化物在轧制过程中形变诱导析出，对提高钢板强度和韧性，降低钢板屈强比有益，因此对本专利技术涉及的钢种采用高Mn设计，含量控制在1.30～1.50wt.。由于Mn含量的提高，导致在铸坯中偏析倾向增加，则通过连铸动态轻压下工艺进行控制，使低倍满足GB226要求偏析C类0.5级。铌：轧制过程中固溶于奥氏体中德Nb和形变诱导析出碳氮化铌离子显著提高奥氏体未再结晶温度，有助于细化铁素体组织，但会显著提高钢板屈强比，且在较高输入量焊接速度下，固溶Nb会增加HAZ区贝氏体转变的倾向，对焊接后低温性能存在一定影响。因此对本专利技术涉及的钢种采用低Nb设计，含量控制在0.10wt.以下。铝：铝是强脱氧元素，增加Al含量，可以提高铁素体相变点和抑制碳化物析出，促进碳原子在铁素体基体和残余奥氏体之间迁移，可以提高M-A组元内部残余奥氏体含量，改善M-A组元的形貌和尺寸，从而显著提高低温冲击性能及大线能量焊接性能。本专利技术Al含量控制在0.030～0.060wt。钛：钢中进行微Ti处理，有利于加热过程中控制奥氏体晶粒长大、轧制过程细化奥氏体及铁素体晶粒、改善船板焊接性能。本专利技术Ti含量控制在0.010～0.020wt。磷和硫：钢种杂志元素，显著降低低温韧性和焊接性能，其含量应分别控制在P≤0.010、S≤0.003。本专利技术控轧控冷的工艺控制原理如下：在铸坯加热阶段，在高于本专利技术涉及的钢板的完全奥氏体化温度的前提下，尽量降低加热温度，获得细小均匀的原始奥氏体组织。控制均热时间，确保钢坯加热温度均匀。在轧制过程中，粗轧阶段采用高温大压下，提高展宽后道次压下率，增大钢坯心部金属变形程度，在动态再结晶过程中是钢坯厚度方向均匀的获得细小奥氏体晶粒；精轧阶段在奥氏体再结晶温度以下变形，总的变形率在40%本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低屈强比碳锰低温钢的制造方法，其特征在于：钢的化学成分重量百分比为C=0.05～0.09、Si=0.10～0.40、Mn=1.30～1.50、P≤0.010、S≤0.003、Nb≤0.010、Al=0.030～0.060、Ti=0.01～0.02，余为Fe和不可避免的杂质；包括以下工艺步骤：（1）冶炼和铸造：采用转炉或电炉冶炼，铸造采用连铸或模铸，铁水经预处理脱硫，转炉终点控制出钢[C]≤0.005，[P]≤0.005，出钢时开启全程吹氩，采用挡渣棒或挡渣球挡渣；钢水到LF精炼炉后进行加热升温及造白渣操作，保持白渣时间≥15min，精炼总在站时间≥45min；VD炉真空度0.5 tor以下保持时间不小于15min，钢水定氢[H]≤2.0ppm，经转炉及精炼操作后，铁水硫含量S≤0.003；连铸采用全程保护浇铸，过热度≤35℃，结晶器采用低碳保护渣，连铸过程配合采用动态轻压下，控制低倍偏析达到GB226要求偏析C类0.5级；（2）加热炉加热：将连铸坯或钢锭装入加热炉中加热，加热温度为1100~1180℃，均热时间10~60min，钢坯获得细小均匀的原始奥氏体组织；（3）中厚板轧机轧制：在中厚板轧机上进行轧制，采用控轧控冷工艺，粗轧轧制温度不低于980℃，设定粗轧中间坯厚度不小于3倍轧制厚度，粗轧阶段至少有一道次压下率≥20%，并至少有二道次平均压下率≥18%；精轧开轧温度830~920℃，终轧温度800~840℃，轧后经加速冷却，冷却速度10~18℃/s，返红温度560~640℃，钢板经热矫后上冷床空冷。...

【技术特征摘要】
1.一种低屈强比碳锰低温钢的制造方法，其特征在于：钢的化学成分重量百分比为C=0.05～0.09、Si=0.10～0.40、Mn=1.30～1.50、P≤0.010、S≤0.003、Nb≤0.010、Al=0.030～0.060、Ti=0.01～0.02，余为Fe和不可避免的杂质；包括以下工艺步骤：（1）冶炼和铸造：采用转炉或电炉冶炼，铸造采用连铸或模铸，铁水经预处理脱硫，转炉终点控制出钢[C]≤0.005，[P]≤0.005，出钢时开启全程吹氩，采用挡渣棒或挡渣球挡渣；钢水到LF精炼炉后进行加热升温及造白渣操作，保持白渣时间≥15min，精炼总在站时间≥45min；VD炉真空度0.5tor以下保持时间不小于15min，钢水定氢[H]≤2.0ppm，经转炉及精炼操作后，铁水硫含量S≤0.003；连铸采用全程保护浇铸，过热度≤35℃，结晶器采用低碳保护渣，连铸过程配合采用动态轻压下，控制低倍偏析达到GB226...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振，汤伟，罗登，肖大恒，于青，高海亮，冯赞，脱臣德，王蓉晖，
申请(专利权)人：湖南华菱湘潭钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43