一種低壓縮比超高強度海洋工程用鋼板及其生產方法

2023-06-01 06:41:51 2

專利名稱：一種低壓縮比超高強度海洋工程用鋼板及其生產方法
技術領域：
本發明屬於冶金領域，涉及ー種鋼板及其生產方法，尤其是ー種低壓縮比超高強度海洋工程用鋼板及其生產方法。
背景技術：
21世紀人類進入了開發利用海洋的新時代，國際間以開發和佔有海洋資源為核心的海洋維權鬥爭愈演愈烈，與之相伴的海洋科技實カ的較量也日益凸顯。大量事實表明，海洋科技已進入全球科技競爭的前沿，並成為國家間綜合實カ較量的焦點之一。海洋科技的發展離不開鋼鐵材料，海洋工程用鋼市場需求増大，發展前景廣闊。超高強度海洋工程用鋼板由於其具有超高強度、良好的衝擊韌性、冷成型性和優良的可焊性能已被廣泛應用於海洋工程裝備中，海洋工程裝備主要用於海上油氣的鑽探、開發以及相關配套產品開發，具有高技術、高投入、高附加值和高風險等特點，對產品的可靠性和安全性要求很高，近年來已成為各國政府重點扶持發展的戰略產業和造船企業競相競爭的高端領域。由於海洋工程 裝備是在苛刻的腐蝕性環境下使用的大型工程結構件，其水下部分結構長期受到海水及海生物的侵蝕，因此對耐低溫和耐腐蝕性要求較高。隨著海洋工程裝備大型化，抗海水衝擊能力，希望超高強度海洋工程用鋼板除了具有上述性能之外，還需要滿足大厚度要求。而國內許多鋼鐵生產企業生產高強機械鋼，米用連鑄生產方式，相對於模鑄來講，鑄還厚度一般較小，通常鑄坯厚度低於220mm，對於滿足生產80 mm及以上的厚規格的低合金高強度鋼板來講，低壓縮比這無疑是眾多廠家需要克服的難題之一。為了解決上述難題，利用真空冶煉，探索低壓縮比生產大厚度規格的超高強海洋工程用鋼的可行性。通常來說，鋼的強度越高，塑性與低溫韌性越難提高。為了大幅度提高了海洋工程用鋼的強度和低溫韌性，同時得到與超高強度海洋工程用鋼的高強度與良好的低溫韌性相匹配的良好塑性，需要合理的合金化，通過合理エ藝，使鋼材獲得理想的組織形態，才能滿足鋼材能夠在惡劣的海洋環境下應用。現有的涉及海洋工程用鋼的生產方法的專利，主要是通過控軋控冷或熱處理方法獲得海洋工程用鋼板，具體生產方法如下
中國專利CN 102400043提供了一種大厚度海洋工程用鋼板及其生產方法，它通過微合金化，通過電爐冶煉、VD爐真空脫氧，拉成330mm厚坯，隨後進行兩階段軋制，最後進行調質處理，獲得了鋼板厚度為150mm的大厚度海洋工程用鋼板，屈服強度在460MPa以上，抗拉強度介於530 650MPa之間，-40 V的衝擊功優異。但是該鋼種強度偏低，且只給出-40°C低溫衝擊功，沒有明確衝擊試樣取樣方向。
中國專利CN 102392192提供了ー種80mm厚低壓縮比海洋工程用鋼板及製造方法，採用控軋控冷エ藝結合正火處理，最終組級別為鐵素體與珠光體。由於其鋼中碳、錳含量相對高，從提供的組織圖來看，存在一定的帯狀組織。且強度較低，屈服強度介於36(T370 MPa之間。

發明內容
鑑於以上現有技術的不足，為了實現超高強海洋工程用鋼板的超高強度、高韌性、可焊性及可生產性，本發明的目的是提供一種低壓縮比超高強度海洋工程用鋼板及其生產方法，該方法通過合理的化學成分設計，軋制階段的合理壓縮比和TMCP控制，及合理的調質エ藝，獲得了性能優異的超高強海洋工程用鋼板。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的
一種低壓縮比超高強度海洋工程用鋼板，其特徵在於該鋼板的化學成分按重量百分比計，C 0. 04 O. 07%, Si 0. 10 O. 30%,Mn 1. 60 I. 80%, P .く O. 010%, S :彡 O. 0080%,Nb 0. 030 O. 050%, V 0. 020 O. 060%, Ti 0. 006 O. 015%, Ni 0. 90 I. 30%, Cr O. 30 O. 60%, Cu :0. 20 O. 40%, Mo :0. 40 O. 60%，餘量為Fe及不可避免的雜質。本發明的組織為片層間距細小的回火索氏體。由於鋼的化學成分是影響連鑄坯內部質量與高強鋼板性能的關鍵因素之一，本發明為了使所述鋼獲得優異的綜合性能，對所述鋼的化學成分進行了限制，原因在於
C :碳是影響超高強度鋼力學性能的主要元素，當碳含量低於O. 04則強度低，含量過高，則存在韌性和可焊性變差的缺點。為了減輕後續焊接難度，本發明碳含量控制在O. 04 O. 07%。Si :矽是煉鋼脫氧的必要元素，也具有一定的固溶強化作用，在本發明中將矽限定在 O. 10 O. 30%OMn :錳對細化組織，提高強度和韌性有利。在調質鋼中可以增加鋼的淬透性，並且成本低廉。錳含量過高，則會在實際生產中引起連鑄坯偏析；對於本發明鋼，對低溫韌性要求比較高，故本發明中錳含量控制在I. 60 I. 80%。Nb :微量鈮的溶質拖曳作用和Nb對奧氏體晶界的釘扎作用，均抑制形變奧氏體的再結晶，並在冷卻或調質處理的回火時形成析出物，從而使強度和韌性均得到提高。 本發明鋼中，添加量小於O. 030%時效果不明顯，大於O. 050%時韌性降低，易導致連鑄坯表面裂紋，此外對焊接性能也有惡化作用。因此，鈮含量應控制在O. 030 O. 050%。V:釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加入釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。回火時或焊接後冷卻時形成碳化物，有利於增加強度。添加量小於O. 020%時效果不明顯，大於O. 060%時，鋼的韌性與可焊接性降低。因此，釩含量應控制在O. 020 O. 060%的範圍內。Ti :鈦是用來固定鋼中的氮元素，在適當條件下，鈦、氮形成氮化鈦，阻止鋼坯在加熱、軋制、焊接過程中晶粒長大，改善母材和焊接熱影響區的韌性。鈦低於O. 006%吋，固氮效果差，超過O. 015%吋，固氮效果達到飽和，過剩的鈦會使鋼的韌性惡化。故在本發明中，結合實際生產中鋼中氮含量控制範圍，將鈦成分控制在O. 006 O. 015%。Cr、Cu :鉻與銅是提高鋼淬透性的元素，能夠抑制多邊形鐵素體和珠光體的形成，促進低溫組織貝氏體或馬氏體的轉變，是調質鋼常加入的元素之一。但Cr與Cu含量過高將影響鋼的韌性，並引起回火脆性，本發明中鉻含量控制在O. 30 O. 60%，銅含量控制在
O.20 O. 40%ο
Mo :與Cr同樣地使硬化能增加，大量添加時會增加成本，並降低韌性和可焊性，限制在O. 80%以下。回火時，形成碳化物顆粒，從而有利於析出強化。鑰含量控制在O. 40 O. 60%O鋼中的雜質元素，如S、P等，増加連鑄坯偏析程度，嚴重損害所述鋼焊接區的低溫韌性。因此，硫、磷含量應分別控制在≤O. 010%和≤O. 0080%以下。一種低壓縮比超高強度海洋工程用鋼板的生產方法，其特徵在於該生產方法包括如下エ序
冶煉エ藝採用真空感應爐冶煉，選擇雜質元素較低的廢鋼，進行微合金化，冶煉成鋼錠，隨後鍛打成坯，鍛打溫度介於1000 1100°C。鋼坯的化學成分按重量百分比計符合，C 0. 04 O. 07%, Si 0. 10 O. 30%, Mn :1· 60 I. 80%, P :≤ O. 010%, S :≤ O. 0080%, Nb O. 030 O. 050%, V 0. 020 O. 060%, Ti 0. 006 O. 015%, Ni 0. 90 I. 30%, Cr 0. 30
O.60%, Cu :0. 20 O. 40%, Mo :0. 40 O. 60%，餘量為Fe及不可避免的雜質。軋制エ藝採用控軋控冷エ藝，軋前連鑄坯加熱溫度介於1180°C 1220°C，採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12 25%，粗軋終軋溫度1000 1080°C，粗軋成I. 5 2倍成品厚度的中間坯；精軋開軋溫度為830 850°C，軋後採用層流冷卻，終冷溫度470 550°C，冷卻速率10 20°C /s,隨後空冷。熱處理工藝將空冷後的鋼板再進行加熱，加熱溫度在Ac3之上30 80°C進行奧氏體相區淬火處理，淬火溫度在900 930°C，保溫時間為2min/mmX板厚，淬火後鋼板獲得了均勻淬火板條狀馬氏體，原始奧氏體晶粒細小，淬火後在580 630°C回火，回火保溫時間為 2min/mmX 板厚+30min。本發明通過合理的成分控制，利用合理的壓下比分配製度、TMCP技術、調質熱處理エ藝，獲得了一種超高強度海洋工程用鋼，組織為回火索氏體，片層間距較為細小，原奧氏體晶粒細小、均勻。本發明鋼具有超高強度、優異的低溫韌性、塑性較高等性能有點。通過本發明獲得的超高強度鋼具體性能為材料的抗拉強度為810 880MPa，屈服強度為710 810MPa，延伸率為18 22%，_65°C低溫橫向衝擊≥60J。具有生產エ藝穩定，可操作性強等特點。本發明具有如下優點
I、在利用合理的化學成分設計方式和易於在生產中實現的TMCPエ藝的前提下，通過離線調質熱處理方法，便可獲得片層間距細小的回火索氏體，組織均勻。2、通過簡單的熱處理方法，充分發揮鋼在TMCP過程中來不及析出的微合金元素的強化作用，使鋼材的抗拉強度上升，並通過回火熱處理方式，使鋼中馬氏體中的片層轉變成相對較軟的鐵素體相，使延伸率上升，低溫衝擊韌性提高，_65°C低溫衝擊> 60J。3、本發明的製造方法，不需要増加任何設備，只是通過合理的TMCP的控制，便可獲得低壓縮比的超高強海洋工程用鋼。4、本發明製造方法，通過調質熱處理，與通常鋼板的調質熱處理溫度區間差不多一致，便幹與其它鋼種統籌組織生產，節省エ業排產時間。5、本發明製造方法，對於如此超高強度鋼板製造，無需較大軋制負荷的軋制，超快冷設備，只要在普通軋機上與冷卻設備下。通過簡單的TMCP和離線熱處理，便可保證生產的超高強度鋼獲得良好的強韌性匹配、較高的塑性。エ藝簡便，性能質量穩定。
本發明實現了超高強海洋工程用鋼板的超高強度、高韌性、可焊性及可生產性。


圖I是實施例I經調質處理後在鋼板厚度方向1/4處典型組織。
具體實施例方式—種本發明所述的低壓縮比超高強度海洋工程用鋼板，該鋼板中鋼的化學成分按重量百分比計，C 0. 04 O. 07%, Si 0. 10 O. 30%, Mn :1· 60 I. 80%, P :彡 O. 010%, S く O. 0080%, Nb 0. 030 O. 050%, V 0. 020 O. 060%, Ti 0. 006 O. 015%, Ni 0. 90
I.30%, Cr 0. 30 O. 60%, Cu 0. 20 O. 40%, Mo 0. 40 O. 60%，餘量為 Fe 及不可避免的雜質。
根據本發明的生產エ藝，冶煉軋制本發明的鋼種實際化學成分如表I所示。表I本發明實施例的化學成分(wt%)
權利要求
1.一種低壓縮比超高強度海洋工程用鋼板，其特徵在幹該鋼板的化學成分按重量百分比計，C 0. 04 O. 07%, Si 0. 10 O. 30%, Mn :1· 60 I. 80%, P ^ O. 010%, S く O. 0080%, Nb 0. 030 O. 050%, V 0. 020 O. 060%, Ti 0. 006 O. 015%, Ni 0. 90 I. 30%, Cr :0· 30 O. 60%, Cu :0· 20 O. 40%, Mo :0· 40 O. 60%，餘量為 Fe 及不可避免的雜質。
2.根據權利要求I所述的低壓縮比超高強度海洋工程用鋼板，其特徵在於該鋼板組織為片層間距細小的回火索氏體。
3.—種權利要求I所述的低壓縮比超高強度海洋工程用鋼板的生產方法，其特徵在於該生產方法包括如下エ序 冶煉エ藝採用真空感應爐冶煉，進行微合金化，冶煉成鋼錠，隨後鍛打成坯，鍛打溫度介於1000 1100°C ;鋼坯的化學成分按重量百分比計符合，C :0. 04 O. 07%, Si :0. 10 O. 30%, Mn :1· 60 I. 80%, P :彡 O. 010%, S :彡 O. 0080%, Nb 0. 030 O. 050%, V 0. 020 O. 060%, Ti 0. 006 O. 015%, Ni 0. 90 I. 30%, Cr 0. 30 O. 60%, Cu 0. 20 O. 40%,Mo O. 40 O. 60%，餘量為Fe及不可避免的雜質； 軋制エ藝採用控軋控冷エ藝，軋前連鑄坯加熱溫度介於1180°C 1220°C，採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12 25%，粗軋終軋溫度1000 1080°C，粗軋成I. 5 2倍成品厚度的中間坯；精軋開軋溫度為830 850°C，軋後採用層流冷卻，終冷溫度470 550°C，冷卻速率10 20°C /s,隨後空冷； 熱處理工藝將空冷後的鋼板再進行加熱，加熱溫度在Ac3之上30 80°C進行奧氏體相區淬火處理，淬火溫度在900 930°C，淬火保溫後鋼板獲得了均勻淬火板條狀馬氏體，原始奧氏體晶粒細小，淬火後在580 630°C回火保溫，得到低壓縮比超高強度海洋工程用鋼板。
4.根據權利要求3所述的低壓縮比超高強度海洋工程用鋼板的生產方法，其特徵在於熱處理工藝中，淬火保溫時間為2min/mmX板厚，回火保溫時間為2min/mmX板厚+30mino
全文摘要
本發明公開了一種低壓縮比超高強度海洋工程用鋼板及製造方法，該超高強度海洋工程用鋼板化學成分按重量百分比計，C0.04～0.07%，Si0.10～0.30%，Mn1.60～1.80%，P≤0.010%，S≤0.0080%，Nb0.030～0.050%，V0.020～0.060%，Ti0.006～0.015%，Ni0.90～1.30%，Cr0.30～0.60%，Cu0.20～0.40%，Mo0.40～0.60%，餘量為Fe及不可避免的雜質。通過實驗室冶煉，軋機上試軋，通過TMCP工藝，隨後進行調質處理。實現超高強海洋工程用鋼板的超高強度、高韌性、可焊性及可生產性。
文檔編號C21D1/25GK102691018SQ20121018999
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月11日 優先權日2012年6月11日
發明者劉朝霞, 吳年春, 尹雨群, 崔強, 李恆坤, 車馬俊 申請人:南京鋼鐵股份有限公司