專利名稱：一種80mm厚Q345F級鋼板及其制造方法
技術領域：
本發明屬于厚鋼板生產技術領域，具體地說是一種80mm厚Q345F級鋼板及制造方法。

背景技術：
在我國寒冷的東北、華北和西北地區，在建和規劃的大型石化裝備和高層建筑，對具有優異低溫韌性的寬厚鋼板，具有顯著而迫切的需求。其中Q345級高強度厚鋼板在上述工程結構中使用量大、應用面廣，要求集多種特性為一體，即不但要求鋼板具有較高的強度和塑性，還要求鋼板具有較低的屈強比、良好的低溫韌性、良好的抗層狀撕裂性能和焊接性能。但是，厚鋼板受連鑄坯內部冶金質量、壓縮比小和坯料加熱間長等因素的限制，性能合格率往往難以保證。因此，目前國內僅有少數幾家鋼廠具有批量生產厚度80mm(或以上)特厚鋼板的能力，而且，這類特厚鋼板低溫沖擊功普遍只能達到E級，探傷也普遍采用II級標準。另外，為了確保低溫韌性，軋后通常還需要對鋼板進行正火熱處理。如能通過探索優化的合金成分、合理的TMCP工藝，軋后不需熱處理就能生產出具有良好-60℃低溫沖擊韌性的特厚鋼板，將不僅可以降低鋼板的生產成本，而且還將大大提高結構的使用安全性。


發明內容
為解決現有技術在制造80mm厚Q345F級鋼板中存在的上述問題，本發明的目的是提供一種80mm厚Q345F級鋼板及其制造方法。該鋼板具有優異的低溫韌性、碳當量低，具有良好的焊接性能；且制造方法簡便，性能質量穩定。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的 一種80mm厚Q345F級鋼板，其特征在于該鋼板的化學成分重量百分比為C0.08～0.13％，Mn1.20～1.60％，Si0.10～0.40％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ni0.10～0.30％，Nb0.010～0.030％，V0.010～0.030％，Al0.020～0.035％，余量為Fe及不可避免的雜質。
為使所述鋼達到良好的強度與-60℃低溫沖擊韌性匹配，可以對鋼中碳含量與微合金化元素Nb、V的含量之間的配比關系加以限定，即所述鋼板中C和Nb、V的化學成分重量百分比還符合如下配比關系0.26％≤C+6Nb+4V≤0.40％。
為使所述鋼達到良好焊接性能，所述鋼板中的化學成分符合碳當量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.40％。
一種80mm厚Q345F級鋼板的制造方法，其特征在于該方法采用如下控軋控冷工藝得到80mm厚Q345F級鋼板 (1)連鑄坯加熱工藝厚度240～260mm的連鑄坯料加熱溫度為1220～1260℃，均熱段溫度為1200～1250℃，在爐加熱時間控制在4.0～4.5小時； (2)軋制工藝連鑄坯料出爐溫度控制在1180～1220℃；采用奧氏體再結晶區和奧氏體未再結晶區兩階段控制軋制，粗軋每道次壓下率10～20％，終軋溫度1000～1050℃，粗軋成1.7～2.0倍成品厚度的中間坯，精軋開軋溫度為880～900℃，每道次壓下率為8～12％； (3)軋后冷卻工藝采用層流冷卻，終冷溫度650～725℃，冷卻速率5～10℃/s； (4)高溫下線緩冷工藝鋼板熱矯后置于冷床冷卻，下線溫度400～450℃，堆冷時間60～72小時。
由于鋼的化學成分是影響力學性能的關鍵因素之一，本發明為了使所述鋼獲得優異的低溫沖擊韌性能，對所述鋼的化學成分進行了特別的限定，主要原因在于 1、碳是影響低合金高強度特厚鋼板力學性能的主要元素，當碳含量高于0.13％時，所述鋼在TMCP交貨狀態下，-60℃沖擊功偏低。但是，當碳含量低于0.08％時，要使鋼的強度達到Q345，必須添加較高的合金成分，增加鋼的生產成本。因此，碳含量宜控制在0.08～0.13％的范圍內。其中，TMCP(ThermoMechanicalControlProcess熱機械控制工藝)就是在熱軋過程中，在控制加熱溫度、軋制溫度和壓下量的控制軋制(ControlRolling)的基礎上，再實施空冷或控制冷卻及加速冷卻(AcceleratedCooling)的技術總稱。
2、錳在所述鋼中推遲奧氏體向鐵素體的轉變，對細化鐵素體，提高強度和韌性有利。當錳的含量低于1.20％時，上述作用不顯著，使強度和韌性偏低。當錳的含量高于1.60％時，易在軋態特厚鋼板中形成嚴重的帶狀偏析和帶狀珠光體組織。因此，錳含量應控制在1.20～1.60％的范圍內。
3、硅在連鑄坯加熱時在氧化鐵皮/鋼基本界面上生成層狀鐵橄欖石(Fe2SiO4)，當溫度低于1170℃時，Fe2SiO4呈固相，使氧化鐵皮(FeO)對鋼基體附著力增加而降低除鱗效果，在后續軋制過制中氧化鐵皮壓入鋼板而造成表面缺陷，因此，硅的含量不宜高于0.25％；但由于硅是煉鋼時最有效的脫氧元素之一，當硅含量低于0.10％時，鋼水易被氧化。因此，硅含量應控制在0.10～0.25％的范圍內。
4、硫和磷嚴重損害所述鋼和焊接近縫區的低溫韌性。因此，硫、磷含量應分別控制在≤0.005％和≤0.015％以下。
5、鎳是一種能顯著提高低溫韌性的元素，但由于鎳的價格偏高，不宜多加。因此，適宜的鎳含量范圍是0.10～0.30％。
6、微量鈮的溶質拖曳作用和Nb(C，N)對奧氏體晶界的釘扎作用，均抑制形變奧氏體的再結晶，結合TMCP，可以細化鐵素體晶粒，但過高的鈮，促進連鑄坯產生表面裂紋，因此，鈮含量應控制在0.010～0.030％的范圍內。
7、釩在所述鋼中與氮結合形成VN粒子，VN粒子在鋼板層流冷卻的返紅過程中析出，可提高鋼的強度。當釩的含量低于0.010％時，上述作用不顯著。但是，隨著釩含量的增加，鋼的強度提高，但低溫韌性有降低的趨勢，其含量不宜超過0.030％。因此，釩含量應控制在0.010～0.030％。
8、鋁是煉鋼過程中一種重要的脫氧元素，即使在鋼水中加入微量的鋁，也可以有效減少鋼中的夾雜物含量，并細化晶粒。但過多的鋁，會促進連鑄坯產生表面裂紋，降低連鑄工藝性能，因此，鋁含量應控制在0.020～0.035％。
9、關于碳含量與Nb、V等微合金成分之間的匹配關系。降碳的同時復合添加Nb和V，是保持鋼的強度且提高韌性的行之有效的冶金措施。但是，對于Q345級的特厚鋼板來說，在碳含量與Nb、V含量之間存在最佳的配比范圍。申請人經過大量試驗，發現，在上述工藝條件下，當C+6Nb+4V≥0.40％，鋼的強度偏高，韌性偏低；當C+6Nb+4V≤0.40％，鋼的韌性改善，但強度不足。因此，要使所述鋼達到良好的強度與-60℃低溫沖擊韌性匹配，所述鋼中C和Nb、V的化學成分重量百分比必須滿足0.26％≤C+6Nb+4V≤0.40％這一配比關系。
與現有技術相比，本發明具有如下優點 1、本發明所述的一種80mm厚Q345F級鋼板，具有優異的低溫韌性，鋼板在表層下1/4處的-40℃縱向沖擊功≥200J、表層下1/4處的-60℃縱向沖擊功≥140J。
2、本發明所述的一種80mm厚Q345F級鋼板，碳當量低，具有良好的焊接性能。
3、本發明所述的一種80mm厚Q345F級鋼板的制造方法，生產工藝簡便，性能質量穩定。
本發明力學性能沿厚向分布差異小，-60℃低溫沖擊韌性優異，無需熱處理，生產成本較低。



圖1是本發明所述鋼板表層的金相組織主要由貝氏體構成的示意圖。
圖2是本發明所述鋼板表層下1/4處的金相組織是由多邊形鐵素體和珠光體構成，晶粒度達到8～9級的示意圖。
圖3是本發明所述鋼板表層下1/2處的金相組織是由多邊形鐵素體和珠光體構成，晶粒度達到8～9級的示意圖。

具體實施例方式 以下結合具體實施例對本發明涉及的一種低溫韌性優異的低碳當量高強度厚鋼板及制造方法作進一步的詳細描述。
按本發明所述方法，試制了6爐試驗鋼，作為實施例。工藝流程為轉爐冶煉→LF精煉→RH真空處理→鋼坯連鑄→鋼坯驗收→表面清理→鋼坯加熱→高壓水除鱗→粗軋機軋制→中間坯待溫→精軋機軋制→ACC→矯直→高溫下線緩冷→探傷→檢查→入庫。
連鑄坯料厚度為260mm，坯料化學成分見表1。
表1本發明實施例的化學成分(wt％) 從表1可以看出，按照本發明制備的6種試驗鋼，化學成分均符合本發明所述要求。
鋼坯按所述方法，采用控軋控冷工藝生產厚度80mm的Q345F厚鋼板，主要工藝要點如下 (1)連鑄坯加熱工藝厚度240～260mm的連鑄坯料加熱溫度為1220～1260℃，均熱段溫度為1200～1240℃，在爐加熱時間控制在4.0～4.5小時。
(2)軋制工藝連鑄坯料出爐溫度控制在1180～1220℃；采用奧氏體再結晶區和奧氏體未再結晶區兩階段控制軋制，粗軋每道次壓下率10～20％，終軋溫度1000～1050℃，粗軋成1.7～2.0倍成品厚度的中間坯，精軋開軋溫度為880～900℃，每道次壓下率為8～12％。
(3)軋后冷卻工藝采用層流冷卻，終冷溫度650～725℃，冷卻速率5～10℃/s。
(4)高溫下線緩冷工藝鋼板熱矯后置于冷床冷卻，下線溫度400～450℃，堆冷時間60～72小時。
坯料實際加熱工藝參數見表2。
表2本發明實施例的坯料加熱工藝 鋼板實際控軋和控冷工藝參數見表3。
表3本發明實施例的控軋和控冷工藝參數 對各實施例試驗鋼板和比較鋼取樣，按照GB/T 13239-2006標準，采用MTS NEW810型拉伸試驗機，以3mm/min恒定的夾頭移動速率進行拉伸，測試橫向拉伸性能，取樣部位為板厚的1/4處，試驗結果取2個試樣的平均值。按照GB/T 229-2007標準，采用NCS系列500J儀器化擺錘式沖擊試驗機，測試-60℃夏比沖擊功，取樣部位為板厚的1/4處，試驗結果取3個試樣的平均值。鋼板力學性能測試結果見表4。
表4本發明實施例的實物性能 可以看出，按照本發明生產的試驗厚鋼板，屈服強度均達到Q345級，抗拉強度≥490Mpa，且-60℃沖擊功均≥100J。
本發明力學性能沿厚向分布差異小，-60℃低溫沖擊韌性優異，無需熱處理，生產成本較低。
權利要求
1.一種80mm厚Q345F級鋼板，其特征在于該鋼板的化學成分重量百分比為C0.08～0.13％，Mn1.20～1.60％，Si0.10～0.40％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ni0.10～0.30％，Nb0.010～0.030％，V0.010～0.030％，Al0.020～0.035％，余量為Fe及不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的一種80mm厚Q345F級鋼板，其特征在于所述鋼板中C和Nb、V的化學成分重量百分比符合如下配比關系0.26％≤C+6Nb+4V≤0.40％。
3.根據權利要求1所述的一種80mm厚Q345F級鋼板，其特征在于所述鋼板中的化學成分重量百分比符合碳當量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.40％。
4.一種權利要求1所述的80mm厚Q345F級鋼板的制造方法，其特征在于該方法采用如下控軋控冷工藝得到80mm厚Q345F級鋼板，具體如下
(1)連鑄坯加熱工藝厚度240～260mm的連鑄坯料加熱溫度為1220～1260℃，均熱段溫度為1200～1250℃，在爐加熱時間控制在4.0～4.5小時；
(2)軋制工藝連鑄坯料出爐溫度控制在1180～1220℃；采用奧氏體再結晶區和奧氏體未再結晶區兩階段控制軋制，粗軋每道次壓下率10～20％，終軋溫度1000～1050℃，粗軋成1.7～2.0倍成品厚度的中間坯，精軋開軋溫度為880～900℃，每道次壓下率為8～12％；
(3)軋后冷卻工藝采用層流冷卻，終冷溫度650～725℃，冷卻速率5～10℃/s；
(4)高溫下線緩冷工藝鋼板熱矯后置于冷床冷卻，下線溫度400～450℃，堆冷時間60～72小時。
全文摘要
本發明公開了一種80mm厚Q345F級鋼板及制造方法。鋼板中的化學成分重量百分數為C0.08～0.13％，Mn1.20～1.60％，Si0.10～0.40％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ni0.10～0.30％，Nb0.010～0.030％，V0.010～0.030％，Al0.020～0.035％，余量為Fe及不可避免的雜質，且符合0.26％≤C+6Nb+4V≤0.40％的配比關系。軋制工藝為厚度240～260mm連鑄坯加熱溫度1200～1250℃，保溫時間4.0～4.5小時，出爐溫度1180～1220℃；采用兩階段控制軋制，軋后采用層流冷卻，終冷溫度650～725℃，冷卻速率5～10℃/s，高溫下線溫度400～450℃，堆冷時間60～72小時。本發明力學性能沿厚向分布差異小，-60℃低溫沖擊韌性優異，無需熱處理，生產成本較低。
文檔編號B21B37/74GK101812635SQ20101015916
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月28日 優先權日2010年4月28日
發明者楚覺非, 邱紅雷, 范益, 趙亞娟, 王端軍, 車馬俊, 王從道, 王青峰, 劉利剛 申請人:南京鋼鐵股份有限公司, 燕山大學