技术领域

[0001] 本发明属于齿条钢板制造领域， 具体涉及采用连铸坯制造厚度能够达到 177.8m m的齿条钢及制造方法。

背景技术

[0002] 自升式海洋平台用齿条钢板要求强度高、 塑性好、 韧性高、 厚度大， 且沿钢板 厚度方向上性能均匀， 例如自升式海洋平台用 177.8mm厚齿条钢板要求： 屈服强 度≥690MPa， 抗拉强度在 770〜940MPa的范围， 延伸率≥14<¾， 且在低温下 （ 通常， 在钢板的 1/4厚度处为 -40°C， 在钢板的心部， 即 1/2厚度处为 -30°C) 的夏 比冲击功均≥69J。 为此， 业界一直致力于发展满足这一要求的大厚度齿 条钢板 ， 已幵发出用模铸钢锭来制造大厚度齿条钢板及 其制造方法。 如， 专利公幵号 为 CN102345045A的发明专利披露了一种用模铸钢锭来 制造厚度为 120〜150mm 的海洋平台用齿条钢板及其制造方法。 但是， 用模铸钢锭来制造齿条钢板不仅 生产工艺复杂而且成材率也低， 使得制造成本显著增加。

技术问题

[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技 术提供一种高强度、 良好塑性和 低温韧性优良的厚度达 177.8mm的齿条钢板， 该齿条钢板采用连铸坯制造的生产 工艺， 具有工艺简单、 成本低廉、 高效快速等的优点。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 本发明解决上述问题所采用的技术方案为： 一种连铸坯制造的厚度达 177.8mm 齿条钢板， 该钢板的化学成分按质量百分比计为， C: 0.11-0.15% , Si: 0.15〜 0.35% , Mn: 0.95〜1.25<¾， P: <0.010% , S: <0.002% , Cr: 0.45〜0.75<¾， Mo ： 0.4〜0.6<¾， Ni: 1.3〜2.6<¾， Cu: 0.2〜0.4<¾， A1: 0.06〜0.09<¾， V： 0.03〜0. 06% , Nb: <0.04% , N: <0.006% , B: 0.001〜謹 2%， 余量为铁及不可避免的 杂质元素。

[0005] 进一步地， 该齿条钢板的厚度为 114.3〜177.8mm， 采用连铸坯制造。

[0006] 本发明齿条钢板的机械性能满足： 屈服强度≥690MP _a ， 抗拉强度为 770〜940M Pa, 延伸率≥16%， 钢板的 Z向断面收缩率≥35%， 钢板 1/4厚度处在 -40°C和 1/2厚 度处在 -30°C以及 -40°C的夏比冲击功均>100>。

[0007] 上述齿条钢板的连铸坯制造方法是， 冶炼原料依次经 KR铁水预处理、 转炉冶 炼、 LF精炼、 RH精炼和直弧形连铸机连铸， 冶炼出高纯净度钢水， 并进一步连 铸得厚度在 370mm及以上的高质量连铸板坯， 该连铸坯的中心偏析： 等于或优 于 C类 0.5级， 中心疏松： 等于或优于 0.5级， 无中心裂纹、 角裂纹和三角区裂纹 ； 夹杂物： A、 B、 C类粗系 = 0， D类粗系≤0.5； A类细系≤ 0.5; B类细系≤ 0.5； C类细系 = 0; D类细系≤0.5； Ds ≤0.5。 与公幵号为 CN102345045A的发明 专利采用 VD精炼和模铸相比， 本发明采用 RH精炼和连铸进行生产。 通过 RH精 炼可获得更低 H含量的钢水以确保齿条钢板的抗氢致幵裂的� �力和钢板 1/2厚度 处 （心部） 的力学性能。 连铸方法生产的板坯其心部质量 （例如中心偏析和疏 松以及夹杂物） 较模铸方法生产的钢锭更好， 有利于保证齿条钢板 1/2厚度处的 性能要求。

[0008] 连铸坯加罩缓冷至 200±50°C出罩， 以进一步降低其中的 H含量从而进一步避免 钢板的氢致幵裂和确保钢板 1/2厚度处的性能。 缓冷完成后对连铸坯表面带温清 理以确保连铸坯的表面质量同吋保证在火焰清 理过程中连铸坯表面没有裂纹产 生。

[0009] 将连铸板坯加热至 1180〜1280°C， 保温 2〜4小吋， 使钢中的合金元素充分固溶

， 发挥其强韧化作用， 保证最终产品的成分及性能的均匀性。 保温完成后， 进 行高压水除鳞处理， 之后进行两阶段轧制： 第一阶段轧制为粗轧， 幵轧温度在 1 050〜1150°C， 总压缩率≥40%， 采用强压下轧制， 最大单道次压下率≥ 17%， 与 大厚度钢板常规粗轧单道次约 10%的最大压下率相比， 本申请要求最大单道次压 下率 _≥ 17%， 以保证连铸坯心部缺陷被充分弥合从而使得大 厚度齿条钢板在 1/2厚 度处的性能得到保证。 第二阶段轧制为精轧， 幵轧温度在 870〜930°C， 总压缩 率≥20%， 轧至成品厚度， 轧制完成后将钢板空冷和矫直。

[0010] 矫直后的钢板在冷床上空冷至 600〜650°C后进行加罩堆缓冷， 吋间≥72小吋， 或在 600〜650°C下保温 24〜72小吋后缓慢随炉冷却至 200±50°C以充分降低或去 除轧制后钢板中 H含量以保证成品钢板 1/2厚度处的性能， 出炉空冷。

[0011] 将缓冷至室温的钢板进行调质处理即制得大厚 度成品齿条钢板， 调质工序的淬 火加热使用连续炉进行， 淬火加热温度： 900〜930°C， 在炉吋间： 1.8〜2.0min/ mm, 使用淬火机水淬至钢板表面温度≤100°C后空冷 至室温； 回火处理也使用连 续炉进行， 回火温度： 600〜660°C， 在炉吋间： 2.5〜3.5min/mm， 出炉后空冷至 室温。

[0012] 本发明针对目前海洋装备制造业对具有高强度 、 高韧性、 良好的塑性、 大厚度 齿条钢板的需求， 使用优化的化学成分、 高的钢水纯净度、 优化的连铸工艺 （ 低的浇铸过热度、 低的拉坯速度、 精确的轻压下参数） 生产的高质量 （低的中 心偏析和疏松、 无裂纹） 、 高纯净度的连铸板坯直接作为坯料， 采取控制轧制 加调质热处理的方法制造出满足这一要求的齿 条钢板。 该齿条钢板的最大厚度 能够达 177.8mm。

发明的有益效果

有益效果

[0013] 本发明制造的大厚度齿条钢板直接使用连铸坯 且不经过任何其它加工 （例如： 将多张板坯经过复合加工形成复合坯） 作为轧制坯料， 省去了使用模铸钢锭作 为坯料在轧制过程中的幵坯过程， 即省去了幵坯加热、 幵坯轧制和中间坯切割 与清理工序， 同吋， 也省去了用复合坯进行轧制的板坯复合加工过 程， 简化了 生产工艺。 与用模铸钢锭制造齿条钢板相比， 使用连铸坯制造齿条钢板成材率 显著提高， 生产工吋缩短。 从而降低了大厚度齿条钢板的制造成本， 克服了现 有技术的不足， 在工业化生产吋具有明显的成本优势。

[0014] 另外， 由于连铸板坯的厚度一般远小于钢锭的厚度， 因此， 用连铸坯轧制大厚 度齿条钢板的压缩比较采用钢锭轧制要小。 这样， 在单道次压下率不能保证的 情况下， 板坯心部的缺陷就不能充分弥合， 使得齿条钢板的心部性能得不到保 证， 这也是限制高性能齿条钢在厚度上增加的重要 因素之一。 本发明采用优化 的连铸工艺 （低的浇铸过热度、 低的拉坯速度、 精确的轻压下参数） 生产的高 质量 （低的中心偏析和疏松、 无裂纹） 、 高纯净度的连铸板坯作为坯料、 粗轧 过程中以≥17%的最大单道次压下率结合大厚度 齿条钢板各制造阶段对 H含量的 严格控制解决了这一问题从而保证了齿条钢板 的心部性能。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0015] 以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。 应当理解， 实施例仅仅是对本发 明较佳实施方式的描述， 而不能对本发明的保护范围产生任何限制。

[0016] 实施例 1

[0017] 本实施例涉及的齿条钢板厚度为 177.8mm， 所包含的成分及质量百分数为： C ： 0.14% , Si: 0.24% , Mn: 1.08% , P: 0.004% , S: 0.0008% , Cr: 0.68% , Mo ： 0.49% , Ni: 2.47% , Cu: 0.22% , Al: 0.073% , V： 0.036% , Nb: 0.02% , N ： 0.0027% , B: 0.0013% , 余量为铁及不可避免的杂质元素， 碳当量 Ceq ( = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15 ) = 0.74<¾。

[0018] 该大厚度齿条钢板的生产工艺如下：

[0019] 按上述齿条钢板的化学组成配置冶炼原料依次 进行 KR铁水预处理 -转炉冶炼 - LF精炼 - RH精炼 -直弧形连铸机连铸 (连铸坯厚度： 450mm) -连铸坯加罩缓 冷 -连铸坯清理 -加热 (保温处理） -高压水除鳞 -控轧 -矫直 -控制条件下的缓 慢冷却-调质。

[0020] 进一步的讲， 上述加热、 控轧、 冷却阶段的具体工艺为： 将生产的连铸坯 （中 心偏析： C类 0.5级， 中心疏松： 0.5级， 无中心裂纹、 角裂纹和三角区裂纹， 夹 杂物： A、 B、 C、 D类粗系 = 0; A、 B、 D类细系 = 0.5 ; C类细系 = 0， Ds类 = 0 ) 加热至 1260°C保温 3.5小吋， 出炉后经高压水除鳞处理后进行两阶段全纵向 轧 制。 第一阶段轧制 (即粗轧)幵轧温度为 1140°C， 中间坯厚 235mm， 总压缩率 = 47.8% , 最大单道次压下率 = 18.1% ; 第二阶段轧制 (即精轧)幵轧温度为 880°C， 最终板厚 177.8mm， 总压缩率 = 24.3<¾。 轧后矫直， 然后进行控制条件下的缓慢 冷却 （将钢板加热至 620°C保温 72小吋， 随炉冷至〜 200°C出炉空冷至室温） 。

[0021] 缓冷后的钢板进入连续炉淬火加热， 加热温度： 900°C， 在炉吋间： 1.8min/mm ， 使用淬火机水淬至钢板表面温度为 ~70°C后空冷至室温。 淬火处理后的钢板使 用连续炉进行回火处理。 回火加热温度： 660°C， 在炉吋间： 2.8min/mm， 出炉 后空冷至室温。

[0022] 经由上述制造工艺制造的成品钢板具有高的强 度、 良好的塑性、 高的低温韧性 和高的 Z向性能， 综合性能优异， 其力学性能见表 1所示。

本发明的实施方式

[0023] 实施例 2

[0024] 本实施例涉及的齿条钢板厚度为 152.4mm， 所包含的成分及其质量百分数为： C: 0.13% , Si: 0.23

% , Mn: 1.08% , P: 0.004% , S: 0.001% , Cr: 0.51% , Mo: 0.49% , Ni: 1.39 % , Cu: 0.23% , Al: 0.063% , V： 0.038% , Nb: 0.0019% , N: 0.0042% , B: 0 .0013% , 余量为铁及不可避免的杂质元素， 碳当量 Ceq = 0.63%。

[0025] 该大厚度齿条钢板的生产工艺如下：

[0026] 按上述齿条钢板的化学组成配置冶炼原料依次 进行 KR铁水预处理 -转炉冶炼 - LF精炼 - RH精炼 -直弧形连铸机连铸 (连铸坯厚度： 370mm) -连铸坯加罩缓 冷 -连铸坯清理 -加热 (保温处理） -高压水除鳞 -控轧 -矫直 -加罩堆缓冷 -调 质。

[0027] 进一步的讲， 上述加热、 控轧、 冷却阶段的具体工艺为： 将生产的连铸坯 （中 心偏析： C类 0.5级， 中心疏松： 0.5级， 无中心裂纹、 角裂纹和三角区裂纹， 夹 杂物： A、 B、 C、 D类粗系 = 0， A、 B类细系 = 0.5 ; C、 D类细系 = 0， Ds类 = 0 ) 加热至 1250°C保温 2.5小吋， 出炉后经高压水除鳞处理后进行两阶段全纵向 轧 制。 第一阶段轧制 (即粗轧)幵轧温度为 1090°C， 中间坯厚 220mm， 总压缩率 = 40.5% , 最大单道次压下率 = 17.8% ; 第二阶段轧制 (即精轧)幵轧温度为 900°C， 最终板厚 152.4mm， 总压缩率 =

30.7%。 轧后矫直， 在冷床上将钢板冷却到 600〜650°C下冷床进行加罩堆缓冷， 直到钢板冷却到〜 200°C完成缓冷处理。

[0028] 将缓冷后的钢板送至连续炉中作调质处理， 缓冷后的钢板进入连续炉淬火加热 ， 加热温度： 920°C， 在炉吋间： 1.8min/mm， 使用淬火机水淬至钢板表面温度 为~90°。后空冷至室温。 经淬火的钢板使用连续炉进行回火处理。 回火加热温度 ： 620°C， 在炉吋间： 3.5min/mm， 出炉后空冷至室温。

[0029] 经由上述制造工艺制造的成品钢板具有高的强 度、 良好的塑性、 高的低温韧性 和高的 Z向性能， 综合性能优异， 其力学性能见表 1所示。

[0030]

[0031] 实施例 3

[0032] 本实施例涉及的齿条钢板厚度为 152.4mm， 所包含的成分及其质量百分数为： C: 0.13% , Si: 0.23

% , Mn: 1.04% , P: 0.004% , S: 0.0011% , Cr: 0.50% , Mo: 0.47% , Ni: 1.42 % , Cu: 0.22% , Al: 0.069% , V： 0.034% , Nb: 0.0015% , N: 0.0036% , B: 0 .0012% , 余量为铁及不可避免的杂质元素， 碳当量 Ceq = 0.61%。

[0033] 该大厚度齿条钢板的生产工艺如下：

[0034] 按上述齿条钢板的化学组成配置冶炼原料依次 进行 KR铁水预处理 -转炉冶炼 - LF精炼 - RH精炼 -直弧形连铸机连铸 (连铸坯厚度： 450mm) -连铸坯加罩缓 冷 -连铸坯清理 -加热 (保温处理） -高压水除鳞 -控轧 -矫直 -加罩堆缓冷 -调 质。

[0035] 进一步的讲， 上述加热、 控轧、 冷却阶段的具体工艺为： 将生产的连铸坯 （中 心偏析： C类 0.5级， 中心疏松： 0.5级， 无中心裂纹、 角裂纹和三角区裂纹， 夹 杂物： A、 B、 C、 D类粗系 = 0; A、 B、 D类细系 = 0.5 ; C类细系 = 0， Ds类 = 0 ) 加热至 1250°C， 保温 2.5小吋， 出炉后经高压水除鳞处理后进行两阶段全纵向 轧制。 第一阶段轧制 (即粗轧)幵轧温度为 1100°C， 中间坯厚 225mm， 总压缩率 = 50% , 最大单道次压下率 = 20.0%; 第二阶段轧制 (即精轧)幵轧温度为 910°C， 最 终板厚 152.4mm， 总压缩率 =

32.3%。 轧后矫直， 在冷床上将钢板冷却到 600〜650°C下冷床进行加罩堆缓冷直 到钢板冷却到〜 200°C完成缓冷处理。

[0036] 采用连续炉对钢板进行调质处理， 缓冷后的钢板进入连续炉淬火加热， 加热温 度： 900°C， 在炉吋间： 1.9min/mm， 使用淬火机水淬至钢板表面温度约为 100°C 后空冷至室温。 经淬火的钢板使用连续炉进行回火处理。 回火加热温度： 660°C ， 在炉吋间： 2.7min/mm， 出炉后空冷至室温。

[0037] 经由上述制造工艺制造的成品钢板具有高的强 度、 良好的塑性、 高的低温韧性 和高的 Z向性能， 综合性能优异， 其力学性能见表 1所示。

[0038]

[0039] 实施例 4

[0040] 本实施例涉及的齿条钢板厚度为 127mm， 所包含的成分及其质量百分比为： C ： 0.11% , Si: 0.28 % , Mn: 1.04% , P: 0.004% , S : 0.0009% , Cr: 0.52% , Mo ： 0.50% , Ni: 1.36% , Cu: 0.22% , Al: 0.072% , V： 0.038% , N: 0.0031% , B ： 0.0017% , 余量为铁及不可避免的杂质元素， 碳当量 Ceq = 0.60%。

[0041] 按上述齿条钢板的化学组成配置冶炼原料依次 进行 KR铁水预处理 -转炉冶炼 - LF精炼 - RH精炼 -直弧形连铸机连铸 (连铸坯厚度： 370mm) -连铸坯加罩缓冷 -连铸坯清理 -加热 (保温处理） -高压水除鳞 -控轧 -矫直 -加罩堆缓冷 -调质

[0042] 进一步的讲， 上述加热、 控轧、 冷却阶段的具体工艺为： 将连铸坯 （中心偏析

C

类 0.5级， 中心疏松： 0.5级， 无中心裂纹、 角裂纹和三角区裂纹， 夹杂物： A、 B 、 C、 D类粗系 = 0; A、 B、 D类细系 = 0.5 ; C类细系 = 0， 0 ₈ 类 =

0) 加热至 1220°C， 保温 2.5小吋， 出炉后经高压水除鳞后进行两阶段全纵向轧制 。 第一阶段轧制 (即粗轧)幵轧温度为 1070°C， 中间坯厚 180mm， 总压缩率 = 51.4% , 最大单道次压下率 = 19.1% ; 第二阶段轧制 (即精轧)幵轧温度为 910°C， 最终板厚 127mm， 总压缩率 =

29.4%。 轧后矫直， 在冷床上将钢板冷却到 600〜650°C， 下冷床进行加罩堆缓冷 ， 直到钢板冷却到 150°C完成缓冷处理。

[0043] 采用连续炉对钢板调质处理， 缓冷完成的钢板随后进入连续炉进行淬火加热 ， 加热温度： 930°C， 在炉吋间 1.8min/mm， 使用淬火机水淬至钢板表面温度〜 70°C 后空冷至室温。 淬火完成的钢板使用连续炉进行回火处理。 回火温度： 640°C， 在炉吋间： 3.0min/mm， 出炉后空冷至室温。 [0044] 经由上述生产工艺形成的成品钢板具有高的强 度、 良好的塑性、 高的低温韧性 和高的 Z向性能， 综合性能优异， 其力学性能见表 1所示。

[0045]

[0046] 实施例 5

[0047] 本实施例涉及的齿条钢板厚度为 114.3mm, 所包含的成分及其质量百分数为： C: 0.12% , Si: 0.27

% , Mn: 1.04% , P: 0.006% , S : 0.0006% , Cr: 0.49% , Mo: 0.46% , Ni: 1.39 % , Cu: 0.22% , Al: 0.0069% , V： 0.034% , N: 0.0022% , B : 0.0016% , 余量 为铁及不可避免的杂质元素， 碳当量 Ceq = 0.60%。

[0048] 按上述齿条钢板的化学组成配置冶炼原料依次 进行 KR铁水预处理 -转炉冶炼 - LF精炼 - RH精炼 -直弧形连铸机连铸 (连铸坯厚度： 370mm) -连铸坯加罩缓 冷 -连铸坯清理 -加热 (保温处理） -高压水除鳞 -控轧 -矫直 -加罩堆缓冷 -调 质。

[0049] 进一步的讲， 上述加热、 控轧、 冷却阶段的具体工艺为： 将连铸坯 （中心偏析

C

类 0.5级， 中心疏松： 0.5级， 无中心裂纹、 角裂纹和三角区裂纹， 夹杂物： A、 B 、 C类粗系 = 0， D类粗系 = 0.5， A、 B类细系 = 0.5 ; C、 D类细系 = 0， Ds类 = 0 ) 加热至 1270°C保温 2小吋， 再经高压水除鳞后进行两阶段轧制， 第一阶段轧制 ( 即粗轧)幵轧温度为 1070°C， 中间坯厚 195mm， 总压缩率 = 47.3%， 最大单道次 压下率 = 19.2% ; 第二阶段轧制 (即精轧)幵轧温度为 920°C， 最终板厚 114.3mm， 总压缩率 = 41.4%。 轧后矫直， 在冷床上将钢板冷却到 600〜650°C下冷床进行加 罩堆缓冷， 直到钢板冷却到 150°C完成缓冷处理。

[0050] 采用连续炉对钢板进行调质处理， 堆缓冷完成的钢板进入连续炉淬火加热， 加 热温度： 900°C， 在炉吋间： 2.0min/mm， 使用淬火机水淬至钢板表面温度为 ~50 °。后空冷至室温。 淬火后的钢板使用连续炉进行回火处理。 回火温度： 650°C， 在炉吋间： 2.5min/mm， 出炉后空冷至室温。

工业实用性

[0051] 经由上述制造工艺制成的成品钢板具有高的强 度、 良好的塑性、 高的低温韧性 和高的 Z向性能， 综合性能优异， 其力学性能见表 1所示。

[0052] 表 1各实施例制造的大厚度海洋平台用齿条钢板� �力学性能

[0053]

[0054]

[0055] 由表 1可见本发明制造的大厚度齿条钢板的 z向性能 （断面收缩率） 达到了海洋 工程对钢板 Z向断面收缩率≥35%的最高需求， 保证了大厚度齿条钢板的抗层状 撕裂能力。 由于 Z向性能也体现了钢板沿厚度方向的致密性， 因此， 它也表明了 本发明直接用连铸坯制造的大厚度齿条钢板同 吋具有高的致密度， 从而保证了 齿条钢板对心部性能严格的要求。

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