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CN108396241B - 一种420MPa级LP钢板及其生产方法 - Google Patents

一种420MPa级LP钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种420MPa级LP钢板及其生产方法，所述LP钢板为一端薄、一端厚的楔形钢板，LP钢板薄端的化学成分为化学成分一，LP钢板厚端的化学成分为化学成分二，LP钢板中部的化学成分自薄端向厚端由化学成分一向化学成分二过渡；所述LP钢板的屈服强度位于420～495MPa之间，‑20℃冲击功≥210J。本发明采用具有不同化学成分的2罐钢水浇注连铸钢坯，并使连铸钢坯沿纵向具有均匀变化的化学成分，连铸钢坯经轧制直接生产LP钢板，且LP钢板具有从薄端到厚端性能均匀一致的特点；该LP钢板的整体性能优异，适用性强。

Description

一种420MPa级LP钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种420MPa级LP钢板及其生产方法。
背景技术
LP(纵向变厚度)钢板是指厚度沿轧制方向连续变化的具有特殊纵向形状的钢板，是在轧制过程中通过连续改变轧辊的开口度来改变纵向厚度的钢板。由于纵向变厚度钢板可根据承受载荷的情况来改变其厚度，因而可优化桥梁、船体、建筑等结构断面的设计，不仅可减少钢材用量、减少焊接次数，而且可通过连接处的等厚化改善操作性，如省略垫板和锥度加工等。
申请号为CN200910175208.6的中国专利，公开了“一种用于轧制楔形钢板的厚度控制方法”，楔形钢板的轧制过程为：前若干道次按照常规矩形钢板轧制技术轧制，末道次由TDC控制器控制轧机液压缸油柱高度变化，连续改变辊缝距离，实现钢板纵向厚度的连续变化；由于该方法是在轧制的末道次轧制出横向楔形钢板，也就是仅由一道次轧制来完成楔形钢板的轧制，必然导致其厚度变化范围较小，钢板板型较差的问题。
申请号为CN201310227028.4的中国专利，公开了“一种横向楔形轧制变厚度钢板的生产方法”，包括横向轧制：在横轧阶段末道次轧制时，按照钢板头部和尾部平均厚度设定值对钢板进行纵向变截面轧制；纵向轧制；首先，在纵轧阶段，按照横轧阶段产生的头尾纵向变厚度值进行横向等比例楔形轧制；然后，按照轧制规程分配采用影响函数方法确定辊缝调整量和弯辊力设定值，保证纵轧道次的横向厚度分布满足等比例楔形要求。由于该方法是在横向轧制的末道次设定辊缝参数轧制出横向楔形钢板，必然导致其厚度变化范围较小，钢板板型较差且无法在矫直机上进行矫正导致废板率增加。
申请号为CN200610046457.1的中国专利，公开了“一种变厚度钢板的连续轧制方法”，首先钢板头尾各留出一定的裕量，为轧出最小厚度，根据轧制力模型算出轧件预计算塑性曲线，然后结合轧机弹跳曲线确定轧辊的辊缝，然后在该辊缝下进行轧制；在头部轧制过程中计算轧出长度，直至轧出长度等于L；头部过渡阶段轧制完成后，继续进行变厚度轧制；根据变厚度轧制长度的变化，辊缝进行相应的调整；上述轧制过程持续进行，直至变厚度段轧出长度等于L，此时轧件的厚度已经过渡到最大厚度，之后进行尾部轧制，基于预计算塑性曲线与实际塑性曲线存在的偏差，在尾部轧制过程中，根据实际计算出口厚度的差别，通过调整辊缝的位置，消除尾部厚度偏差，直至尾部轧制完成。采用本发明方法能够以方便快捷的工艺连续轧制变厚度钢板。该方法采用分段式轧制，在实际批量生产中会导致生产效率低，控制稳定差的缺点。
由以上分析可知，目前楔形LP钢板生产存在如下不足：
1)钢板厚度变化规格较小，适用范围窄；
2)采用末道次轧制钢板的楔形，控制精度较差；
3)生产工艺复杂，生产效率低，控制稳定性较差。
发明内容
本发明提供了一种420MPa级LP钢板及其生产方法，采用具有不同化学成分的2罐钢水浇注连铸钢坯，并使连铸钢坯沿纵向具有均匀变化的化学成分，连铸钢坯经轧制直接生产LP钢板，且LP钢板具有从薄端到厚端性能均匀一致的特点；该LP钢板的整体性能优异，适用性强。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种420MPa级LP钢板，所述LP钢板为一端薄、一端厚的楔形钢板，LP钢板薄端的化学成分为化学成分一，其重量百分比含量为：C 0.04～0.06％；Si 0.4～0.6％；Mn 1.00～1.60％；P≤0.020％；S≤0.015％；Cr 0.2～0.6％；V 0.4～0.6％；Als 0.005～0.045％；其余为Fe以及不可避免的杂质；LP钢板厚端的化学成分为化学成分二，其重量百分比含量为：C 0.12～0.14％；Si 0.20～0.45％；Mn 0.40～0.60％；P≤0.020％；S≤0.015％；Nb 0.01～0.03％；Ti 0.01～0.03％；V 0.6～1.0％；Cr 0.4～0.6％；Als 0.005～0.045％；其余为Fe以及不可避免的杂质；LP钢板中部的化学成分自薄端向厚端由化学成分一向化学成分二过渡；
所述LP钢板的屈服强度位于420～495MPa之间，-20℃冲击功≥210J。
一种420MPa级LP钢板的生产方法，包括如下步骤：
1)LP钢板由连铸钢坯轧制成型；连铸时，采用钢水罐一、钢水罐二2个钢水罐配合浇注，钢水罐一内的钢水具有化学成分一，钢水罐二内的钢水化学成分二，2罐钢水同时冶炼，其搬出温度和浇注温度一致，其中浇注温度为1530～1550℃；
2)2个钢水罐分别通过浇注水口连接钢水混合器，通过动态调整2个浇注水口的开度调整对应钢水罐的钢水流量；具体为：
开始浇注时，先将钢水罐一对应的浇注水口一全开，浇注1～3s将钢水罐二对应的浇注水口二打开到最小开度；浇注过程中，浇注水口一的开度由大逐渐减小，至浇注结束前1～3s关闭；浇注水口二的开度由小逐渐增大，至浇注结束前1～3s全开；浇注过程中保证钢水总流量符合浇注要求；
3)在钢水混合器中均匀混合后的钢水注入结晶器中进行浇注，得到从头部到尾部化学成分均匀变化的连铸钢坯；
4)将钢坯放入具有动态调整辊缝功能的轧机上进行轧制，得到从薄端到厚端性能均匀一致的LP钢板。
所述浇注水口为滑动水口。
所述钢水混合器为管状混合器，内壁设耐火材料层及向内凸起的螺旋状膛线，螺旋状膛线与内壁为一体结构，由耐火材料砌筑形成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)通过调整LP钢板纵向的化学成分，使所生产的LP钢板从薄端到厚端具有均匀一致的性能，整体性能优于具有单一化学成分的同规格LP钢板；
2)调整化学成分通过采用2个钢水罐浇注连铸钢坯实现，LP钢板通过连铸钢坯直接成型，工艺流程简捷。
具体实施方式
本发明所述一种420MPa级LP钢板，所述LP钢板为一端薄、一端厚的楔形钢板，LP钢板薄端的化学成分为化学成分一，其重量百分比含量为：C 0.04～0.06％；Si 0.4～0.6％；Mn 1.00～1.60％；P≤0.020％；S≤0.015％；Cr 0.2～0.6％；V 0.4～0.6％；Als 0.005～0.045％；其余为Fe以及不可避免的杂质；LP钢板厚端的化学成分为化学成分二，其重量百分比含量为：C 0.12～0.14％；Si 0.20～0.45％；Mn 0.40～0.60％；P≤0.020％；S≤0.015％；Nb 0.01～0.03％；Ti 0.01～0.03％；V 0.6～1.0％；Cr 0.4～0.6％；Als 0.005～0.045％；其余为Fe以及不可避免的杂质；LP钢板中部的化学成分自薄端向厚端由化学成分一向化学成分二过渡；
所述LP钢板的屈服强度位于420～495MPa之间，-20℃冲击功≥210J。
一种420MPa级LP钢板的生产方法，包括如下步骤：
1)LP钢板由连铸钢坯轧制成型；连铸时，采用钢水罐一、钢水罐二2个钢水罐配合浇注，钢水罐一内的钢水具有化学成分一，钢水罐二内的钢水化学成分二，2罐钢水同时冶炼，其搬出温度和浇注温度一致，其中浇注温度为1530～1550℃；
2)2个钢水罐分别通过浇注水口连接钢水混合器，通过动态调整2个浇注水口的开度调整对应钢水罐的钢水流量；具体为：
开始浇注时，先将钢水罐一对应的浇注水口一全开，浇注1～3s将钢水罐二对应的浇注水口二打开到最小开度；浇注过程中，浇注水口一的开度由大逐渐减小，至浇注结束前1～3s关闭；浇注水口二的开度由小逐渐增大，至浇注结束前1～3s全开；浇注过程中保证钢水总流量符合浇注要求；
3)在钢水混合器中均匀混合后的钢水注入结晶器中进行浇注，得到从头部到尾部化学成分均匀变化的连铸钢坯；
4)将钢坯放入具有动态调整辊缝功能的轧机上进行轧制，得到从薄端到厚端性能均匀一致的LP钢板。
所述浇注水口为滑动水口。
所述钢水混合器为管状混合器，内壁设耐火材料层及向内凸起的螺旋状膛线，螺旋状膛线与内壁为一体结构，由耐火材料砌筑形成。
本发明根据LP钢板薄、厚选择不同化学成分的依据是：
C是影响钢板组织性能的关键元素，在钢水化学成分中其含量范围较宽，C含量不同可获得硬度和韧性的不同匹配关系，也是提高钢材硬度最便宜、最直接的元素。但是高碳合金硬度高而韧性不足，不利于结构件的焊接，低碳合金韧性较高而硬度偏低。本发明确定最适合LP钢板薄端的碳含量0.04～0.06％、厚端的碳含量0.12～0.14％。
Si是炼钢脱氧的必要元素，具有一定固溶强化的作用，也能抑制第一类回火脆性，改善马氏体的回火稳定性，提高回火温度，获得较好性能。本发明LP钢板薄端Si的含量范围为0.4～0.6％、厚端Si含量0.20～0.45％。
Mn是提高钢板强度和韧性的主要元素，能显著提高钢淬透性的元素，成本十分低廉，是主要添加元素，但Mn过高会使钢的延展性降低。因此，本发明LP钢板东薄端Mn含量限定在1.0～1.60％，厚端Mn含量0.40～0.60％。
Cr能扩大铁素体区，提高淬火硬化、耐蚀性，本发明的PL钢薄端Cr含量为0.2～0.6％，厚端Cr含量为0.4～0.6％。
微量的Nb、V、Ti可以有效的细化晶粒，提高钢材的强韧性，本发明LP钢板薄端加入Nb 0.01～0.03％，V 0.6～1.0％，Ti0.01～0.03％，厚端加入V 0.4～0.6％。
Al是脱氧元素，可以作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，为了达到很好的脱氧效果，本发明PL钢板中Al含量的范围为Al0.005～0.045％。
P、S为有害元素，本发明中PL钢板中P≤0.020％，S≤0.015％。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
钢水罐1中钢水的化学成分一为：C 0.04％；Si 0.4％；Mn 1.00％；P 0.020％；S0.015％；Cr 0.2％；V 0.4％；Als 0.005％；其余为Fe和不可避免的杂质；
钢水罐2中钢水的化学成分二为：C 0.12％；Si 0.20％；Mn 0.40％；P 0.020％；S0.015％；Nb 0.01％；Ti 0.01％；V 0.6％；Cr 0.4％；Als 0.005％；其余为Fe和不可避免的杂质；
通过2罐钢水混合浇注连铸钢坯，连铸钢坯经抽样检验，其头部(对应LP钢板薄端)的化学成分为化学成分一，尾部(对应LP钢板厚端)的化学成分为化学成分二，中部化学成分为：C 0.081％；Si 0.29％；Mn 0.57％；V 0.50％；Nb 0.01％；Ti 0.005％；Cr 0.3％；Als0.005％；其余为Fe和不可避免的杂质。
将连铸钢坯轧制成楔形的LP钢板，其薄端厚度12mm，厚端厚度30mm，长26m，LP钢板从薄端至厚端的屈服强度位于432～465MPa之间，-20℃冲击功≥240J。
【实施例2】
钢水罐1中钢水的化学成分一为：C 0.06％；Si 0.6％；Mn 1.60％；P 0.015％；S0.010％；Cr 0.6％；V 0.6％；Als 0.045％；其余为Fe和不可避免的杂质；
钢水罐2中钢水的化学成分二为：C 0.14％；Si 0.45％；Mn 0.60％；P 0.015％；S0.010％；Nb 0.03％；Ti 0.03％；V 1.0％；Cr 0.6％；Als 0.045％；其余为Fe和不可避免的杂质；
通过2罐钢水混合浇注连铸钢坯，连铸钢坯经抽样检验，其头部(对应LP钢板薄端)的化学成分为化学成分一，尾部(对应LP钢板厚端)的化学成分为化学成分二，中部化学成分为：C 0.11％；Si 0.25％；Mn 1.18％；V 0.8％；Nb 0.015％；Ti 0.015％；Cr 0.6％；Als0.045％；其余为Fe和不可避免的杂质。
将连铸钢坯轧制成楔形的LP钢板，其薄端厚度20mm，厚端60mm，长18m，LP钢板从薄端至厚端的屈服强度位于448～468MPa之间，-20℃冲击功≥210J。
【实施例3】
钢水罐1中钢水的化学成分一为：C 0.05％；Si 0.5％；Mn 1.30％；P 0.010％；S0.005％；Cr 0.4％；V 0.5％；Als 0.025％；其余为Fe和不可避免的杂质；
钢水罐2中钢水的化学成分二为：C 0.13％；Si 0.35％；Mn 0.50％；P 0.010％；S0.005％；Nb 0.02％；Ti 0.02％；V 0.8％；Cr 0.5％；Als 0.035％；其余为Fe和不可避免的杂质；
通过2罐钢水混合浇注连铸钢坯，连铸钢坯经抽样检验，其头部(对应LP钢板薄端)的化学成分为化学成分一，尾部(对应LP钢板厚端)的化学成分为化学成分二，中部化学成分为：C 0.10％；Si 0.43％；Mn 1.06％；Nb 0.01％；V 0.065％；Ti 0.015％；Cr 0.45％；Als 0.030％；其余为Fe和不可避免的杂质。
将连铸钢坯轧制成楔形的LP钢板，其薄端厚度16mm，厚端35mm，长20m，LP钢板从薄端至厚端的屈服强度位于435～486MPa之间，-20℃冲击功≥225J。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种420MPa级LP钢板的生产方法，所述LP钢板为一端薄、一端厚的楔形钢板，LP钢板薄端的化学成分为化学成分一，其重量百分比含量为：C 0.04～0.06％；Si 0.4～0.6％；Mn1.00～1.60％；P≤0.020％；S≤0.015％；Cr 0.2～0.6％；V 0.4～0.6％；Als 0.005～0.045％；其余为Fe以及不可避免的杂质；LP钢板厚端的化学成分为化学成分二，其重量百分比含量为：C 0.12～0.14％；Si 0.20～0.45％；Mn 0.40～0.60％；P≤0.020％；S≤0.015％；Nb 0.01～0.03％；Ti 0.01～0.03％；V 0.6～1.0％；Cr 0.4～0.6％；Als 0.005～0.045％；其余为Fe以及不可避免的杂质；LP钢板中部的化学成分自薄端向厚端由化学成分一向化学成分二过渡；所述LP钢板的屈服强度位于420～495MPa之间，-20℃冲击功≥210J；所述的一种420MPa级LP钢板的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)LP钢板由连铸钢坯轧制成型；连铸时，采用钢水罐一、钢水罐二2个钢水罐配合浇注，钢水罐一内的钢水具有化学成分一，钢水罐二内的钢水化学成分二，2罐钢水同时冶炼，其搬出温度和浇注温度一致，其中浇注温度为1530～1550℃；
2)2个钢水罐分别通过浇注水口连接钢水混合器，通过动态调整2个浇注水口的开度调整对应钢水罐的钢水流量；具体为：
开始浇注时，先将钢水罐一对应的浇注水口一全开，浇注1～3s将钢水罐二对应的浇注水口二打开到最小开度；浇注过程中，浇注水口一的开度由大逐渐减小，至浇注结束前1～3s关闭；浇注水口二的开度由小逐渐增大，至浇注结束前1～3s全开；浇注过程中保证钢水总流量符合浇注要求；
3)在钢水混合器中均匀混合后的钢水注入结晶器中进行浇注，得到从头部到尾部化学成分均匀变化的连铸钢坯；
4)将钢坯放入具有动态调整辊缝功能的轧机上进行轧制，得到从薄端到厚端性能均匀一致的LP钢板。
2.根据权利要求1所述的一种420MPa级LP钢板的生产方法，其特征在于，所述浇注水口为滑动水口。
3.根据权利要求1所述的一种420MPa级LP钢板的生产方法，其特征在于，所述钢水混合器为管状混合器，内壁设耐火材料层及向内凸起的螺旋状膛线，螺旋状膛线与内壁为一体结构，由耐火材料砌筑形成。
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