一種大厚度海洋結構用鋼板及其生產方法與流程
2023-07-10 00:44:56 2
本發明屬於船舶及海洋工程用結構鋼技術領域，特別涉及一種大厚度海洋結構用鋼板及其生產方法。
背景技術：
海洋工程裝備是人類在開發、利用和保護海洋所進行的生產和服務活動中使用的各類裝備，核心是海洋資源開發裝備，其中海洋油氣資源開發裝備種類多、數量大，是海洋工程裝備製造業最主要的產品。
隨著我國海洋工程裝備製造業的快速發展，對與之相配套的海洋工程用鋼的需求呈現多樣化趨勢。海洋工程用鋼的各項技術指標要求極高，不僅要有很高的耐大氣腐蝕和耐海水腐蝕性能，還要求高強度、高韌性、耐腐蝕、易焊接。
目前國際海洋平臺用鋼板主要級別為355，420，460MPa。355MPa級主要牌號：En10225的S355、API的API 2H-50、BS7191的350EM、船規的EH36；420MPa級主要牌號：EN10225的S420、API的API 2Y-60、船標的E40、E420；460MPa級主要牌號：EN10225的S460、船標的E460。國產海洋平臺用鋼板己經廣泛採用，EH36以下級別基本實現國產化，佔平臺用鋼量的90％，但關鍵部位所用大厚度、高強度鋼材仍依賴進口。
技術實現要素：
本發明提供了一種大厚度海洋結構用鋼板及其生產方法，本發明採用Nb、Ti、Cr微合金化元素，不添加貴重合金元素V，採用大厚度連鑄坯、控軋控冷+正火工藝生產355MPa級大厚度海洋結構用鋼板，生產成本低，力學性能穩定。
本發明是通過以下技術方案實現的：一種大厚度海洋結構用鋼板，其厚度規格為[70,80]mm，鋼板化學成分質量百分比為：C 0.12～0.18％，Si 0.20～0.50％，Mn 1.20～1.60％，P≤0.012％，S≤0.003％，Als 0.015～0.050％，Nb 0.020～0.060％，V 0.030～0.070％，Ti 0.005～0.020％，餘量為Fe及不可避免的雜質。
本發明的一種大厚度海洋結構用鋼板各合金成分的作用機理如下：
碳：C是鋼鐵材料傳統、經濟的強化元素，對鋼的強度、韌性、塑性、焊接等影響都很大。隨碳含量的增加，強度提高，而衝擊韌性則明顯下降，並對焊接性能產生不利影響。從經濟性和產品性能角度考慮，優選C含量控制在0.12～0.18％。
矽：Si是煉鋼主要的脫氧元素，為達到充分的脫氧效果Si含量應在0.05％以上，但若過高則會降低母材及焊接部位的韌性。因此優選Si含量為0.20～0.50％。
錳：Mn是保證鋼的強度和韌性的必要元素，也是良好的脫氧劑，但錳含量過高會造成鋼板帶狀組織嚴重、韌性降低及各向異性等問題，並對鋼板的焊接性能產生不利影響。因此優選Mn含量為1.2～1.60％。
磷：P是造成鋼較嚴重偏析的有害元素，增加鋼的脆性，尤其是低溫脆性，對衝擊韌性帶來不利影響，本發明的P含量控制在0.015％以下。
硫：S是殘存在鋼中的有害元素之一，會增加鋼的熱脆性，降低鋼的延展性及韌性，對焊接也有不利影響。本發明的S含量控制在0.005％以下。
鋁：Al是一種強脫氧劑，並且能細化鋼的晶粒，提高鋼在低溫下的韌性，但超過0.08％時容易產生鑄坯熱裂紋，同時鋼的韌性降低。因此優選Al含量為0.015～0.050％。
鈮：Nb和碳、氮、氧都有極強的親和力，與之形成相應的極穩定的化合物。Nb能細化鋼的晶粒，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性，在一定的存在條件下，能提高鋼的強度和韌性。本發明的Nb含量控制在0.020～0.060％。
鈦：Ti不僅能提高鋼的強度、細化晶粒、降低時效敏感性和冷脆性，而且少量的鈦還能改善焊接性能。Ti以TiN形式存在而發揮作用，小於0.005％時效果小，超過0.04％時易形成大顆粒TiN而失去效果。因此優選Ti含量為0.005～0.020％。
鉻：Cr加入鋼中能顯著提高鋼的抗氧化作用，增加鋼的抗腐蝕能力，並能提高鋼的強度和耐磨性。鉻在鋼中的角色多元且重要，它會形成穩定而硬的碳化物，而且具抗蝕性。
高爐鐵水→鐵水預脫硫→轉爐冶煉→脫氧合金化→LF精煉→RH精煉→板坯連鑄→板坯下線堆垛緩冷→板坯清理→板坯再加熱→4300軋機控軋→Mulpic控冷→探傷→正火熱處理→成品取樣檢驗→入庫。
(1)鐵水預脫硫，按C 0.12～0.18％，Si 0.20～0.50％，Mn 1.20～1.60％，P≤0.012％，S≤0.003％，Als 0.015～0.050％，Nb 0.020～0.060％，V 0.030～0.070％，Ti0.005～0.020％，餘量為Fe及不可避免的雜質冶煉鋼水，鋼水經CAS、LF、RH精煉，保證鋼質純淨，將鋼水澆鑄成300mm厚板坯；連鑄坯低倍C類偏析≤1.0，中心疏鬆≤0.5，無中間裂紋。
(2)連鑄坯冷裝爐，加熱時間10min/cm以上，出爐溫度1050～1150℃；板坯經高壓水除鱗，高壓水壓力按常規控制；粗軋階段保證單道次大壓下量，精軋階段終軋溫度控制在800～820℃；軋制完成後立即水冷，終冷溫度控制在560～600℃，冷卻速率5～8℃/s；進行正火熱處理，正火熱處理溫度890～900℃，保溫時間1.7min/mm。
本發明的有益效果為：可生產鋼板的厚度規格為[70,80]mm，採用Nb、Ti、Cr微合金化元素，不添加貴重合金元素V，採用大厚度連鑄坯、控軋控冷+正火工藝生產355MPa級大厚度海洋結構用鋼板，生產成本低，力學性能穩定：厚度1/4處圓棒拉伸試驗屈服強度365～450MPa，抗拉強度500～585MPa，斷後伸長率25～33％，厚度1/4處-20℃夏比V型縱向衝擊功≥150J，Z向拉伸斷面收縮率平均在40％以上。
具體實施方式
為了更好地理解本發明，下面用具體實例來詳細說明本發明的技術方案，但是本發明並不局限於此。
實施例1
根據本發明提供的化學成分、工藝流程以及規定的工藝條件，在210噸轉爐上冶煉鋼水，將鋼水澆鑄成300mm厚板坯，在4300mm寬厚板軋機上軋制70mm鋼板。
其生產工藝流程為：高爐鐵水→鐵水預脫硫→轉爐冶煉→脫氧合金化→LF精煉→RH精煉→板坯連鑄→板坯下線堆垛緩冷→板坯清理→板坯再加熱→4300軋機控軋→Mulpic控冷→探傷→正火熱處理→成品取樣檢驗→入庫。
(1)鐵水預脫硫，在210t轉爐冶煉鋼水，鋼水經CAS、LF、RH精煉，保證鋼質純淨，將鋼水澆鑄成300mm厚板坯；連鑄坯低倍C類偏析≤1.0，中心疏鬆≤0.5，無中間裂紋。
(2)連鑄坯冷裝爐，加熱時間300min以上，出爐溫度1130℃；板坯經高壓水除鱗，高壓水壓力按常規控制；粗軋階段保證單道次大壓下量，精軋階段終軋溫度803℃；軋制完成後立即水冷，終冷溫度585℃，冷卻速率6.5℃/s；進行正火熱處理，正火熱處理溫度895℃，保溫時間120min。
鋼板的化學成分為：C 0.16％，Si 0.25％，Mn 1.50％，P 0.012％，S 0.003％，Als 0.032％，Nb 0.043％，Ti 0.015％，Cr 0.16％。
鋼板的性能情況見表1。
表1鋼板的性能情況
實施例2
根據本發明提供的化學成分、工藝流程以及規定的工藝條件，在210噸轉爐上冶煉鋼水，將鋼水澆鑄成300mm厚板坯，在4300mm寬厚板軋機上軋制80mm鋼板。
其生產工藝流程為：高爐鐵水→鐵水預脫硫→轉爐冶煉→脫氧合金化→LF精煉→RH精煉→板坯連鑄→板坯下線堆垛緩冷→板坯清理→板坯再加熱→4300軋機控軋→Mulpic控冷→探傷→正火熱處理→成品取樣檢驗→入庫。
(1)鐵水預脫硫，在210t轉爐冶煉鋼水，鋼水經CAS、LF、RH精煉，保證鋼質純淨，將鋼水澆鑄成300mm厚板坯；連鑄坯低倍C類偏析≤1.0，中心疏鬆≤0.5，無中間裂紋。
(2)連鑄坯冷裝爐，加熱時間300min以上，出爐溫度1134℃；板坯經高壓水除鱗，高壓水壓力按常規控制；粗軋階段保證單道次大壓下量，精軋階段終軋溫度810℃；軋制完成後立即水冷，終冷溫度580℃，冷卻速率6.3℃/s；進行正火熱處理，正火熱處理溫度892℃，保溫時間136min。
鋼板的化學成分為：C 0.15％，Si 0.30％，Mn 1.52％，P 0.010％，S 0.002％，Als 0.033％，Nb 0.045％，Ti 0.016％，Cr 0.17％。
鋼板的性能情況見表2。
表2鋼板的性能情況
實施例3
根據本發明提供的化學成分、工藝流程以及規定的工藝條件，在210噸轉爐上冶煉鋼水，將鋼水澆鑄成300mm厚板坯，在4300mm寬厚板軋機上軋制75mm鋼板。
其生產工藝流程為：高爐鐵水→鐵水預脫硫→轉爐冶煉→脫氧合金化→LF精煉→RH精煉→板坯連鑄→板坯下線堆垛緩冷→板坯清理→板坯再加熱→4300軋機控軋→Mulpic控冷→探傷→正火熱處理→成品取樣檢驗→入庫。
(1)鐵水預脫硫，在210t轉爐冶煉鋼水，鋼水經CAS、LF、RH精煉，保證鋼質純淨，將鋼水澆鑄成300mm厚板坯；連鑄坯低倍C類偏析≤1.0，中心疏鬆≤0.5，無中間裂紋。
(2)連鑄坯冷裝爐，加熱時間300min以上，出爐溫度1130℃；板坯經高壓水除鱗，高壓水壓力按常規控制；粗軋階段保證單道次大壓下量，精軋階段終軋溫度813℃；軋制完成後立即水冷，終冷溫度588℃，冷卻速率6.1℃/s；進行正火熱處理，正火熱處理溫度893℃，保溫時間120min。
鋼板的化學成分為：C 0.17％，Si 0.24％，Mn 1.53％，P 0.011％，S 0.002％，Als 0.035％，Nb 0.048％，Ti 0.017％，Cr 0.18％。
鋼板的性能情況見表1。
表1鋼板的性能情況