本发明涉及金属材料制造，具体提供了一种超宽幅中厚钢板的制备方法。
背景技术：
1、随着经济社会发展，油气运输、船舶、工程机械等领域对超宽幅中厚钢板的需求量日益增加。超宽幅中厚钢板在控轧控冷和淬火过程中面临高温快速冷却后的板形控制难题，其中，中厚规格钢板从高温下快速冷却会产生大量残余应力，使得钢板容易出现浪形、瓢曲等板形不良问题，超宽幅钢板在高温下快速冷却更容易因散热不均匀而造成更加严重的不均匀变形。同时，钢板在淬火后的板形问题一旦产生就难以矫正挽救，成为废板，造成重大损失。对于宽度为4000～4800mm、厚度为10～40mm的超宽幅度中厚钢板，在生产过程中容易产生板形不良、性能不稳定和性能分布不均匀等现象，生产次品率高，生产难度大，经济效益难以保障，亟需中厚规格超宽幅钢板的高精度成形技术。
2、专利cn 114134387b公开了一种抗拉强度1300mpa级厚规格超高强钢板及其制造方法，其采用低温终轧模式，提高位错密度，保证超高的强度满足服役条件。但是，其未考虑控轧控冷和淬火过程中的板形控制问题，其采用的低温终轧模式也使得轧制变形抗力大，不利于板形的控制。
3、专利cn 114657466a公开了一种大宽厚比钢板的制备方法，其对淬火工艺的控制未考虑到钢板在散热时沿宽度方向的热量不均匀分布，没有采用对钢板的分区域淬火，同时也未涉及除淬火外的轧制等工艺，难以保障钢板在实际生产过程中的板形和性能稳定性。
4、专利cn109252107b公开了一种高平直度超高强钢的生产方法，其通过优化的控制轧制工艺配合多道次矫直，获得不平度≤3mm/m的钢板。但是，由于其技术方案缺乏对淬火冷却的精确控制，难以获得厚度超过25mm且宽度超过3800mm的厚规格超宽幅钢板。
5、现有技术中，钢板宽度通常不到4000mm，难以满足大口径管道、大型或超大型设备的应用需求。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种超宽幅中厚钢板的制备方法。合理的轧制和矫直工艺是保障淬火态钢板质量的前提和基础，淬火和回火工艺也与成品质量直接相关，本发明通过合理的轧制坯料尺寸控制、轧制参数控制、轧后冷却过程中轧板头尾板形与不平度控制和淬火工艺设计，实现超宽幅钢板的高精度成形，搭配合适的回火工艺，获得的钢板厚度为10～40mm，宽度4000～4800mm，不平度≤4mm/2m的。本发明可根据不同服役场景制备出差异化性能的超宽幅钢板，所得钢板板形优良、性能稳定，具有广泛的适应性。利用本发明制备超宽幅钢板，所得工程机械用高强钢屈服强度≥1190mpa，抗拉强度≥1370mpa，-40℃冲击值≥60j，所得高钢级管线钢屈服强度≥630mpa，抗拉强度≥680mpa，45℃冲击吸收功≥170j。
2、本发明的技术方案：
3、一种超宽幅中厚钢板的制备方法，钢的生产工艺路线依次包括开坯轧制、控制轧制、控冷矫直、淬火、回火。
4、所述开坯轧制，坯料厚度为150～200mm，将坯料轧至目标宽度，在冷却至180～240℃、优选为200℃时将板坯装炉，重新加热至1240～1260℃，均热30～50min后出钢，钢板的上下表面温度差≤15℃、优选为≤10℃，为后续轧制过程做准备。坯料加热温度过低不利于合金成分固溶，过高会导致晶粒的异常长大，因此本发明将再加热温度控制在1240～1260℃。
5、所述控制轧制包括粗轧和精轧。
6、所述粗轧，其直接纵轧不展宽，开轧温度≥1200℃、优选为1200～1250℃，中间坯厚度为65～80mm、优选为70～75mm，大板长度≤20m，轧制道次数≤5，道次压下率为16～22％，至少一道次的压下率≥20％，除鳞道次数≥3，粗轧结束后不待温，直接进入精轧阶段。粗轧采用不展宽轧制方式，区别于常规的展宽轧制方式，有利于晶粒的纵向延展，增加晶界面积和形核点，有利于晶粒细化，精确控制板宽的同时提高钢板的力学性能。
7、所述精轧，其开轧温度≥1050℃、优选为1050～1100℃，终轧温度≥850℃、优选为850～880℃，轧制道次为7～9道次，道次压下率为6～15％，在第一道次除鳞，精轧过程将板坯轧至目标厚度。本发明的精轧过程在较高温度下进行，轧制时变形抗力小，有利于板形的控制。
8、所述控制轧制，控制钢板上下表面温度差≤15℃，边缘温度和中心温度温度差≤15℃。坯料的温度均匀性影响轧制过程中板坯变形的均匀性，从而导致轧后板材厚度分布不均匀，影响钢板的平直度，因此，需要通过高精度控轧控冷设备控制钢板热度分布的均匀性。
9、所述控冷矫直包含三个阶段，控制冷却和矫直相互协调，共同保障钢板平直度；
10、第一阶段，精轧完成后将钢板空冷至ar3～ar3+30℃、优选为ar3～ar3+20℃，开始高温预矫直；
11、第二阶段，将钢板以15～20℃/s的速度水冷至545～600℃、优选为545～580℃，均热10～30s，开始中温矫直；
12、第三阶段，将钢板以3～8℃/s、优选为4～6℃/s的速度风冷至200～300℃、均热30～60s，开始低温矫直，最后将钢板入垛缓冷至室温。
13、在本发明中ar3是指对应钢材由奥氏体向铁素体转变的开始温度。
14、ar3的计算公式为ar3＝910-308[c]-78.6[mn]-20[cu]-15.4[cr]-79.2[mo]。
15、所述多阶段控冷矫直的第一阶段，在精轧完成后将钢板高温矫直，在ar3～ar3+30℃(优选为ar3～ar3+20℃)高温下进行矫直，钢组织主要为奥氏体，变形抗力小，矫直效果好。第二阶段，将钢板以15～20℃/s、优选为16～20℃/s快速水冷至545～600℃进行中温矫直，快速冷却过程保留轧制的有益效果，中温矫直可以优化在快速冷却过程中的钢板形变。第三阶段，将钢板以3～8℃/s的速度风冷至200～300℃矫直，以较快冷却速度通过回火脆性温度区间，有利于钢板性能的稳定。每次矫直前将钢板进行短时间均热，促进钢板内部温度分布均匀性，提高矫直效果。
16、所述分区分段淬火，保温温度为870～930℃，在该温度下保温时间30～50min，然后开始采用水淬工艺进行淬火，在工业上应用时，采用三区域两阶段淬火，
17、三区域指将钢板宽度方向分成三个区域，区域宽度比为1.0:7.0:1.0～9.0:1.0:1.0，水量比为1.0:1.2:1.0～1.0:1.6:1.0，考虑到水冷过程边部散热速度大于心部，通过分区域控制水量比，提高钢板散热的均匀性，从而促使宽幅钢板获得优良板形。
18、两阶段淬火分为前、后两个阶段，淬火温度为870～930℃，当钢板冷却至550～600℃时，控制钢板从第一阶段淬火进入第二阶段淬火，在本发明中，第一阶段淬火的冷却速度大于第二阶段的冷却速度。在本发明中，淬火过程中，对钢板的上下两面进行喷水淬火。
19、在工业上应用时，第一阶段采用两组缝隙式喷嘴，第二阶段采用高密度喷嘴。
20、作为优选第一阶段水流量6000～8000m3/h，水压6～10bar，上下水量比0.90～1.05，控制冷却速度在15～25℃/s，第二阶段水流量1000～2000m3/h，水压3～6bar，上下水量比0.90～1.10，控制冷却速度在10～15℃/s。
21、作为进一步的优选，所述两阶段淬火中，第一阶淬火时控制冷却速度在18～22℃/s，第二阶淬火时控制冷却速度在10～12℃/s。
22、分阶段淬火，既保证钢板的充分淬透，又能尽可能降低因淬火而导致的内应力，获得性能优良且稳定的超宽幅钢板。
23、所述回火，回火温度为250～650℃，回火时间为30～90min，最后空冷至室温。
24、在工程上应用时，回火后，还可以进行精整，完成精整后性能检验。性能检验后入库或直接发售。
25、本发明一种超宽幅中厚钢板的制备方法，所述钢板为工程机械用高强钢时，各化学成分质量百分比为：
26、c:0.15～0.21wt％，
27、si:0.20～0.50wt％，
28、mn:1.00～1.50wt％，
29、cr:0.50～0.80wt％，
30、mo:0.30～0.7wt0％，
31、b:0.002～0.005wt％
32、p:≤0.015wt％，
33、s:≤0.005wt％，
34、ceq:0.48～0.76％，余量为fe和其它不可避免的杂质。
35、作为优选，淬火的温度为870～890℃，保温30～50min，回火温度为250～300℃，回火时间为60～120min，
36、所得钢板厚度为10～40mm，宽度4000～4800mm，不平度≤4mm/2m，屈服强度≥1190mpa，抗拉强度≥1370mpa，-40℃冲击值≥60j。
37、所述钢板为工程机械用高强钢板时，多阶段控冷矫直过程，第一阶段在精轧完成后将钢板控冷至700～710℃，开始矫直，第二阶段将钢板以16～20℃/s的冷速冷却至545～555℃，均热后矫直，第三阶段将钢板冷速冷却至200～300℃，均热后矫直，最后将钢板入垛缓冷至室温；
38、淬火过程，淬火温度为875～885℃，保温时间为30～40min，沿宽度方向将钢板分为三个区域进行散热，区域宽度比为1.0:8.0:1.0，水量比为1.0:1.4:1.0，第一阶段以18～25℃/s冷速冷却至545～555℃，第二阶段以15～17℃/s冷却至室温。回火温度250～260℃，保温时间100～140min。
39、本发明一种超宽幅中厚钢板的制备方法，所述钢板为高钢级管线钢时，各化学成分质量百分比为：
40、c:0.04～0.08％wt、优选为0.05～0.08％wt，
41、si:0.15～0.25％wt、优选为0.18～0.22％wt，
42、mn:1.50～1.80％wt，
43、cr:0.15～0.25％wt、优选为0.18～0.22％wt，
44、mo:0.10～0.20％wt、优选为0.10～0.12％wt，
45、nb:0.04～0.06％wt、优选为0.045～0.055％wt，
46、ti:0.01～0.03％wt，
47、al:0.02～0.04％wt，
48、cu:0.10～0.20％wt，
49、p:≤0.015％wt，
50、s:≤0.004％wt，
51、ceq:0.35～0.48％，余量为fe和其它不可避免的杂质。
52、作为优选，淬火的温度为890～920℃，保温30～50min，回火温度为640～680℃，回火时间为60～90min。
53、所得钢板厚度为10～40mm，宽度4000～4800mm，不平度≤4mm/2m，屈服强度≥630mpa，抗拉强度≥680mpa，-40℃冲击吸收功≥170j。
54、所述钢板为所述钢板为高钢级管线钢板时，多阶段控冷矫直过程，第一阶段在精轧完成后将钢板控冷至740～760℃，开始矫直，第二阶段将钢板以16～20℃/s的冷速冷却至545～555℃，均热后矫直，第三阶段将钢板冷速冷却至200～300℃，均热后矫直，最后将钢板入垛缓冷至室温；
55、淬火过程，淬火温度为875～885℃，保温时间为30～40min，沿宽度方向将钢板分为三个区域进行散热，区域宽度比为1.0:8.0:1.0，水量比为1.0:1.4:1.0，第一阶段以18～25℃/s冷速冷却至545～555℃，第二阶段以15～17℃/s冷却至室温。回火温度640～660℃，保温时间50～70min。
56、本发明一种超宽幅中厚钢板的制备方法，通过合理的轧制坯料尺寸设计、精确的轧制参数控制、多阶段控冷矫直工艺配合和创新的分区分段淬火+回火工艺设计，保证了厚度为10～40mm，宽度4000～4800mm的超宽尺寸钢板一次成形。钢板的不平度控制优异，强韧性优良，所得工程机械用高强钢屈服强度≥1190mpa，抗拉强度≥1370mpa，-40℃冲击值≥60j，所得高钢级管线钢屈服强度≥630mpa，抗拉强度≥680mpa，-40℃冲击吸收功≥170j。与现有技术相比，本发明的应用满足油气输送管道大口径化和工程机械超大规格化等需求，提高其安全性和服役寿命。
57、本发明的技术方案有如下有益效果：
58、1.本发明对轧制过程进行分区控温，通过控制钢板上、下表面温度差提高板材厚度方向均匀性，通过控制钢板边缘、中心温度提高板材宽度方向均匀性并抑制边缘裂纹的产生。
59、2.本发明采用高温、中温和低温的三阶段控冷矫直，高温矫直有效改善钢板平直度，中温矫直优化快冷而产生的钢板形变，风冷后低温矫直避免回火脆性，降低组织内应力，提高板材的性能稳定性。
60、3.本发明采用分区分段淬火工艺，通过分区域控制水量比，提高钢板散热的均匀性，促使宽幅钢板获得优良板形，通过大水流量快速冷却+高密度小水流量均匀冷却的分阶段控制冷却，保障厚板淬透和满足力学性能要求。
1.一种超宽幅中厚钢板的制备方法，其特征在于：所述钢板的生产包括开坯轧制、控制轧制、控冷矫直、分区分段淬火、回火；
2.根据权利要求1所述的一种超宽幅中厚钢板的制备方法，其特征在于：所述开坯轧制的板坯厚度为150～200mm，开坯过程将坯料轧至目标宽度，冷却至180～240℃，重新加热到1240～1260℃，均热30～50min后出钢。
3.根据权利要求1所述的一种超宽幅中厚钢板的制备方法，其特征在于：所述控制轧制是对钢板进行分区控温，控制钢板上、下表面温度差≤15℃，边缘、中心表面温度差≤15℃。
4.根据权利要求1所述的一种超宽幅中厚钢板的制备方法，其特征在于：所述控制轧制过程包括粗轧和精轧：
5.根据权利要求1所述的一种超宽幅中厚钢板的制备方法，其特征在于：在三阶段控冷矫直过程中，所述高温预矫直是在精轧完成后将钢板空冷至ar3～ar3+30℃直接矫直；所述中温矫直是将钢板以15～20℃/s的速度水冷至550～580℃，均热10～30s后矫直；所述低温矫直是将钢板以3～8℃/s的速度风冷至200～300℃，均热30～60s后矫直，最后将钢板入垛缓冷至室温。
6.根据权利要求1所述的一种超宽幅中厚钢板的制备方法，其特征在于：所述分区分段淬火的淬火温度为870～930℃，保温时间为30～50min，分区淬火是中间区域水量大、边缘区域水量小，分阶段淬火是第一阶段的冷却速度大于第二阶段的冷却速度。
7.根据权利要求6所述的一种超宽幅中厚钢板的制备方法，其特征在于：所述分区淬火的区域宽度比为1.0:7.0:1.0～1.0:9.0:1.0，水量比为1.0:1.2:1.0～1.0:1.6:1.0。
8.根据权利要求6所述的一种超宽幅中厚钢板的制备方法，其特征在于：所述分段淬火，第一阶段水流量6000～8000m3/h，水压6～10bar，上下水量比0.90～1.05，控制冷却速度在15～25℃/s，使钢板冷却至550～600℃；第二阶段水流量1000～2000m3/h，水压3～6bar，上下水量比0.90～1.10，控制冷却速度在10～15℃/s。
9.根据权利要求1所述的一种超宽幅中厚钢板的制备方法，其特征在于：所述钢板为工程机械用高强钢时，各化学成分质量百分比为：
10.根据权利要求1所述的一种超宽幅中厚钢板的制备方法，其特征在于：所述钢板为高钢级管线钢时，各化学成分质量百分比为：
