專利名稱：一種Ti、Zr復(fù)合脫氧的超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼及生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低合金高強(qiáng)度鋼生產(chǎn)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種使用Ti、Zr復(fù)合脫氧的超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼及生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
船體結(jié)構(gòu)材料及其性能關(guān)系著船舶的先進(jìn)程度、使用壽命和安全可靠性。船體結(jié)構(gòu)用鋼在造船材料中占有及其重要的位置。隨著造船技術(shù)的發(fā)展，船舶的大型化、高速化要求能夠提供具有高強(qiáng)度、良好低溫沖擊韌性、優(yōu)良焊接性能的船體結(jié)構(gòu)用鋼。在船板鋼的傳統(tǒng)冶煉工藝中，由于鋁和氧具有很強(qiáng)的親和力，鋁是被廣泛使用的脫氧元素。在感應(yīng)冶煉的條件下，鋁的脫氧速度很快。在對(duì)感應(yīng)爐內(nèi)含CO. 04 0.07%的鋼液中加入1.0%鋁以后，3 4分鐘內(nèi)鋼液含氧量降低到原始含氧量的1/10以下。鋁脫氧效率高而且成本較低，因此鋼用鋁脫氧是目前使用最廣泛的脫氧方法。但是，鋁脫氧的反應(yīng)產(chǎn)物及殘留在鋼中的鋁常引起耐熱鋼的蠕變脆性，降低鋼的高溫強(qiáng)度。殘留在鋼液中的夾雜物，沿鋼材變形方向呈鏈狀分布，不僅降低了鋼材的橫向以及Z向力學(xué)性能，還是疲勞裂紋的形核核心，使鋼的疲勞抗力和抗應(yīng)力腐蝕能力降低。鈦，鋯也可做為脫氧劑，鋯的脫氧能力比鋁強(qiáng)，鈦的脫氧能力比鋁弱。隨鋼液中Ti 濃度的變化，在鋼液中脫氧時(shí)能生成不同的氧化物。當(dāng)[Ti]=0.001 0. 時(shí)，脫氧產(chǎn)物為 TiO2 或11305。近年來(lái)煉鋼領(lǐng)域提出一項(xiàng)特殊技術(shù)即氧化物冶金技術(shù)。其原理是通過(guò)加入合適的脫氧劑和采用合理的脫氧制度來(lái)控制氧化物的性質(zhì)，使鋼中形成超細(xì)的(顆粒直徑為 0. 2 3.0 μ m)、均勻分布的、成分可控的高熔點(diǎn)氧化物夾雜，利用它們作為凝固時(shí)或固-固相變時(shí)的結(jié)晶核心，以改變鋼的組織和晶粒度，使鋼材具有良好的韌性、較高的強(qiáng)度和優(yōu)良的可焊性。在已研究的各種Ti、Al和ττ等氧化物中，Ti氧化物被認(rèn)為可誘導(dǎo)針狀鐵素體形核，在含Ti氧化物的鋼中，通常以Ti氧化物為核心形成取向雜亂、相互交叉連接的鐵素體板條，稱為晶內(nèi)鐵素體，又稱為針狀鐵素體，這種針狀鐵素體是開發(fā)屈服強(qiáng)度> 550Mpa超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼的有利組織，能夠提供高強(qiáng)度和高韌性的良好結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種Ti、Zr復(fù)合脫氧的超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼及生產(chǎn)工藝，該鋼采用Nb、Ti微合金成分，通過(guò)Ti、&復(fù)合脫氧以及TMCP+RQ+T工藝生產(chǎn)寬厚規(guī)格船板鋼。得到的船板鋼具備良好的綜合性能，冷彎性能良好。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的
一種Ti、Zr復(fù)合脫氧的超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼，其特征在于該船體結(jié)構(gòu)用鋼化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C :0. 05-0. 14% ；Si 0. 10-0. 35% ；Mn 1. 0-1. 6% ；Nb:0. 02-0. 05% ；Ti 0. 007-0. 02% ；Zr: 0. 002-0. 010% ；Als 0. 001-0. 020% ；Mo 0. 15-0. 5%, Cr 0. 2-0. 6%, Ni
30. 2-0. 8%，Cu 0. 2-0. 8%，余量為！^和微量雜質(zhì)；其中，微量雜質(zhì)中有害元素的含量為 Ρ<0· 015%, S<0. 005%, 0<0· 002%, Ν<0· 0045%, Η<0·0002%。本發(fā)明中，該船體結(jié)構(gòu)用鋼化學(xué)成分質(zhì)量百分比優(yōu)選為C:0.09%，Si :0. 28%, Mn: 1. 5%, P:0. 008%, S:0. 001%, Als:0. 006%, Nb :0. 024%, Ti :0. 012%, Zr: 0. 008%, Cr+Mo+Ni+Cu=2. 0%，其余為！^和不可避免雜質(zhì)。一種Ti、&復(fù)合脫氧的超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼的生產(chǎn)工藝，其特征在于該工藝包括冶煉、加熱、粗軋、精軋、ACC、淬火、回火工序，具體如下
1)將鋼水澆鑄成150-320mm滿足化學(xué)成分要求的厚板坯；軋前進(jìn)行裝爐加熱，加熱爐出鋼溫度為1150-1230°C，加熱時(shí)間10-13min/CmX板坯厚度cm ；厚板坯的化學(xué)成分為:C :0. 05-0. 14% ；Si 0. 10-0. 35% ；Mn 1. 0-1. 6% ；Nb 0. 02-0. 05% ；Ti 0. 007-0. 02% ； Zr 0. 002-0. 010% ；Als :0. 001-0. 020% ；Mo :0. 15-0. 5%, Cr :0. 2-0. 6%, Ni :0. 2-0. 8%, Cu 0. 2-0. 8%，余量為！^和微量雜質(zhì)；其中，微量雜質(zhì)中有害元素的含量為P<0. 015%， S<0. 005%, 0<0· 002%, Ν<0· 0045%, Η<0·0002% ；
2)粗軋工序中，開軋溫度為1100-1150°C，粗軋終軋溫度>1000°C;中間坯待溫厚度為成品厚度的1.5-3倍；
3)精軋開軋溫度彡900°C，精軋終軋溫度彡830°C；
4)精軋后快速進(jìn)入ACC控冷，冷速5-10°C/s ；
5)返紅溫度580-680°C；
6)再加熱淬火溫度860-930°C；
7)回火溫度550-650°C；得到超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼。本發(fā)明中基于氧化物冶金技術(shù)的鈦、鋯脫氧技術(shù)特點(diǎn)如下
加鈦、鋯后鋼中大部分夾雜物的形態(tài)為球形，Ti氧化物、Ti-Zr復(fù)合氧化物，二者均是針狀鐵素體的有效形核核心，并且鐵素體板條形成具有激發(fā)形核效應(yīng)。MnS以Ti-^ 氧化物的夾雜為基底或以氧化鈦+氧化鋯為基底的復(fù)合生長(zhǎng)方式的夾雜物也可作為針狀鐵素體的異質(zhì)形核核心。這些細(xì)小的夾雜物可以在奧氏體晶粒內(nèi)部誘導(dǎo)針狀鐵素體析出，從而產(chǎn)生細(xì)化組織的效果。鈦、鋯脫氧后，在鋼的凝固組織中可以獲得較多細(xì)小、彌散分布的復(fù)合夾雜物，鋼中粒徑小于1 μ m的夾雜物數(shù)目較多，粒徑大于2 μ m的夾雜物很少，粒徑范圍基本都在2 μ m 以內(nèi)，夾雜物呈細(xì)小彌散分布。鈦、鋯脫氧后，鋼的凝固組織由網(wǎng)狀鐵素體變?yōu)榧?xì)小的針狀鐵素體結(jié)構(gòu)，針狀片條彼此咬合，互相交錯(cuò)分布，組織得到明顯細(xì)化。鈦、鋯脫氧鋼中含有大量超細(xì)含鈦氧化物，從奧氏體到鐵素體的相變過(guò)程中可以誘導(dǎo)針狀鐵素體析出，這種組織細(xì)化了鐵素體的晶粒，同時(shí)因晶粒交叉互鎖而抑制了裂紋的延伸，可同時(shí)提高鋼的強(qiáng)度和韌性。本發(fā)明生產(chǎn)出的超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼產(chǎn)品具備良好的綜合性能力學(xué)性能 ReH>550MPa, Rm>670MPa,橫向伸長(zhǎng)率A>16%，_60°C夏比沖擊吸收功橫、縱向值>55J，Z向拉伸斷面收縮率>35%，冷彎性能良好。


圖1是本實(shí)施例的心部金相組織圖。
具體實(shí)施例方式一種本發(fā)明所述的Ti、^ 復(fù)合脫氧的超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼，按重量百分比設(shè)計(jì)成分為:C:0. 09%, Si :0. 28%, Mn: 1.5%，P:0. 008%, S:0. 001%, Als:0. 006%, Nb0. 024%, Ti :0. 012%, Zr: 0. 008%, Cr+Mo+Ni+Cu=2. 0%，其余為 Fe 和不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明采用的TMCP+RQ+T工藝生產(chǎn)的成品厚度規(guī)格為60mm，包括冶煉、加熱、粗軋、精軋、ACC、淬火、回火工序，具體工藝步驟為
按以上成分冶煉并澆鑄成220mm厚板坯；將板坯送入加熱爐，加熱爐出鋼溫度1180°C， 加熱時(shí)間266min ；粗軋開軋溫度為1100°C，粗軋終軋溫度1000°C ；中間坯待溫厚度90mm ； 精軋開軋溫度840°C，精軋終軋溫度820°C ；精軋后快速進(jìn)入ACC控冷，冷速8°C /s ；返紅溫度610°C，淬火前加熱溫度880°C，回火溫度600°C，產(chǎn)品厚度60mm。圖1是本實(shí)施例的心部金相組織圖，由圖可知鋼板心部金相組織為針狀鐵素體+ 粒狀貝氏體組織。產(chǎn)品的Rell = 620MPa, Rm = 735MPa，橫向伸長(zhǎng)率A=22%，一 60°C夏比沖擊吸收功橫、縱向值達(dá)150J以上，Z向拉伸斷面收縮率均在35%以上，冷彎性能良好，是一種高品質(zhì)的超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼。
權(quán)利要求
1. 一種Ti、^ 復(fù)合脫氧的超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼，其特征在于該船體結(jié)構(gòu)用鋼化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C :0. 05-0. 14% ；Si 0. 10-0. 35% ；Mn :1. 0-1. 6% ；Nb:0. 02-0. 05% ； Ti 0. 007-0. 02% ；Zr: 0. 002-0. 010% ；Als 0. 001-0. 020% ；Mo 0. 15-0. 5%, Cr 0. 2-0. 6%, Ni 0. 2-0. 8%，Cu 0. 2-0. 8%，余量為！^和微量雜質(zhì)；其中，微量雜質(zhì)中有害元素的含量為 Ρ<0· 015%, S<0. 005%, 0<0· 002%, Ν<0·0045%, Η<0·0002%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti、Zr復(fù)合脫氧的超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼，其特征在于該船體結(jié)構(gòu)用鋼化學(xué)成分質(zhì)量百分比為;C:0. 09%, Si:0. 28%, Mn: 1· 5%, Ρ:0· 008%, S:0. 001%, Als:0· 006%, Nb:0. 024%, Ti:0· 012%, Zr: 0. 008%, Cr+Mo+Ni+Cu=2. 0%，其余為 Fe 和不可避免雜質(zhì)。
3.—種權(quán)利要求1所述的Ti、&復(fù)合脫氧的超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼的生產(chǎn)工藝，其特征在于該工藝包括冶煉、加熱、粗軋、精軋、ACC、淬火、回火工序，具體如下1)將鋼水澆鑄成150-320mm滿足化學(xué)成分要求的厚板坯；軋前進(jìn)行裝爐加熱，加熱爐出鋼溫度為1150-1230°C，加熱時(shí)間10-13min/cmX板坯厚度cm ；2)粗軋工序中，開軋溫度為1100-1150°C，粗軋終軋溫度>1000°C;中間坯待溫厚度為成品厚度的1.5-3倍；3)精軋開軋溫度彡900°C，精軋終軋溫度彡830°C；4)精軋后快速進(jìn)入ACC控冷，冷速5-10°C/s ；5)返紅溫度580-680°C；6)再加熱淬火溫度860-930°C；7)回火溫度550-650°C；得到超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Ti、^ 復(fù)合脫氧的超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼的生產(chǎn)工藝， 其特征在于步驟1)中，厚板坯的化學(xué)成分為C :0. 05-0. 14% ；Si 0. 10-0. 35% ；Mn 1. 0-1. 6% ；Nb 0. 02-0. 05% ；Ti 0. 007-0. 02% ；Zr 0. 002-0. 010% ；Als 0. 001-0. 020% ； Mo 0. 15-0. 5%, Cr :0. 2-0. 6%, Ni :0. 2-0. 8%, Cu :0. 2-0. 8%，余量為 Fe 和微量雜質(zhì)；其中，微量雜質(zhì)中有害元素的含量為:P<0. 015%, S<0. 005%, 0<0· 002%, Ν<0· 0045%, Η<0· 0002%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Ti、Zr復(fù)合脫氧的超高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼及生產(chǎn)工藝，化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C0.05-0.14%；Si0.10-0.35%；Mn1.0-1.6%；Nb0.02-0.05%；Ti0.007-0.02%；Zr0.002-0.010%；Als0.001-0.020%；Mo0.15-0.5%，Cr0.2-0.6%，Ni0.2-0.8%，Cu0.2-0.8%，余量為Fe和微量雜質(zhì)。本發(fā)明包括冶煉、加熱、粗軋、精軋、ACC、淬火、回火工序，得到的超高強(qiáng)船板具備良好的綜合力學(xué)性能。
文檔編號(hào)C22C38/50GK102199740SQ201110121919
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者余偉, 唐荻, 張 杰, 朱愛(ài)玲, 武會(huì)賓, 許俊貽 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué), 南京鋼鐵股份有限公司