一種大厚度海洋工程用調質高強度鋼板及其生產方法
2023-07-15 18:22:16
專利名稱：一種大厚度海洋工程用調質高強度鋼板及其生產方法
技術領域：
本發明屬於鋼鐵冶煉技術領域，具體涉及一種大厚度海洋工程用調質高強度鋼板，同時還涉及一種該鋼板的生產方法。
背景技術：
隨著海洋工程被納入十二五規劃，海洋工程裝備已被列為新興產業。未來海洋工程裝備和設施將支撐起我國海洋石油工業和海洋能源工業走到世界前列，與此同時，將帶動國內造船、裝備製造、材料、冶金等行業實現長足發展。海洋工程裝備由於服役環境比較惡劣，其對所用鋼材的各項技術指標要求極高，不僅要有高的耐大氣腐蝕和耐海水腐蝕性能，還要求高強度、高韌性、易焊接等性能。從目前情況看，屈服強度355MPa以下的海洋工程用鋼基本實現了國產化，並且佔據了海洋工程用鋼量的90%，而420MPa級以上鋼板的推 廣是將來發展趨勢，該厚度、強度級別鋼板的成功研製，對於該級別鋼板的國產化及進一步推廣應用都具有重要意義。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的在於提供一種大厚度海洋工程用調質高強度鋼板，以提高鋼板的低溫衝擊韌性、抗層狀撕裂性能。為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案是一種大厚度海洋工程用調質高強度鋼板，是由以下重量百分比的組分熔煉而成c :0. 15% O. 17%, Si :0. 25% O. 50%，Mn 1. 45% I. 60%, P 彡 O. 012%, S 彡 O. 005%, Ni 0. 35% O. 45%, Nb 0. 02% O. 04%, Al
O.020% O. 040%, V 0. 060% O. 075%, Ti 0. 010% O. 020%，餘量為 Fe 和不可避免的雜質。所述鋼板的最大厚度為140mm。本發明鋼板採用化學成分設計，碳、錳固溶強化；加入少量的Nb、V細化晶粒，其碳氮化物起到彌散強化作用；通過後續合理的熱處理工藝，鋼板具有良好的力學性能。鋼板中各組分及含量在本發明中的作用是C :0. 15% O. 17%，碳對鋼的屈服強度、抗拉強度、焊接性能產生顯著影響，較高的碳含量可以顯著提高鋼板的淬透性，尤其針對特厚板來說，可以顯著增加淬硬層深度，從而獲取較多的馬氏體，再經過高溫回火，使其強韌性得以最佳匹配。與此同時C是最直接、最經濟的提高鋼板強度的元素，從而有效減少貴重合金元素(Ni)的使用量。但碳含量過高，又會影響鋼的焊接性能及韌性。Si :0. 25% O. 50%,在煉鋼過程中作為還原劑和脫氧劑，同時Si也能起到固溶強化作用，但含量過高時，會造成鋼的韌性下降，降低鋼的焊接性能。Mn :1. 45% I. 60%，錳成本低廉，能增加鋼的韌性、強度和硬度，提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能；錳量過高，對於大厚度鋼板易出現中心偏析。P彡O. 012%, S ( O. 005% :在一般情況下，磷和硫都是鋼中有害元素，增加鋼的脆性；磷使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞；硫降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋；因此應儘量減少磷和硫在鋼中的含量。Al :0. 020% O. 040%,鋁是鋼中常用的脫氧劑，鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高衝擊韌性；鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，過高則影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。Nb :0. 02% O. 04%，鈮的加入是為了促進鋼軋制顯微組織的晶粒細化，可同時提高強度和韌性，鈮可在控軋過程中通過抑制奧氏體再結晶，有效地細化顯微組織，並通過析出強化基體；鈮可降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，焊接過程中，鈮、硼原子的偏聚及析出可以阻礙加熱時奧氏體晶粒的粗化，並保證焊接後得到比較細小的熱影響區組織，改善焊接性能。V :0. 060% O. 075%，釩是鋼的優良脫氧劑，鋼中加釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性；釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。Ti :0. 010% O. 020%，鈦是良好的脫氧劑，鋼中加Ti可與C、N元素形成Ti的碳化·物、氮化物或碳氮化物，這些化合物具有好的晶粒細化效果。Ni :0. 35% O. 45%，鎳溶於奧氏體，抑制奧氏體再結晶，細化奧氏體晶粒，提高鋼板低溫韌性。本發明的目的還在於提供一種大厚度海洋工程用調質高強度鋼板的生產方法，以得到屈服強度高、抗拉強度高及延伸率好的大厚度結構件用鋼板。本發明大厚度海洋工程用調質高強度鋼板的生產方法所採用的技術方案的步驟如下(I)冶煉將含有以下質量百分比C :0. 15% O. 17%, Si :0. 25% O. 50%, Mn
I.45% I. 60%, P 彡 O. 012%, S 彡 O. 005%, Ni 0. 35% O. 45%, Nb 0. 02% O. 04%, Al O. 020% O. 040%, V :0. 060% O. 075%, Ti :0. 010% O. 020%組分的鋼水先經電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，鋼水溫度達到或超過1560± 10°C轉入VD爐真空脫氣處理；(2)模鑄將鋼水注模，鋼錠入緩冷坑緩冷，緩冷時間> 24小時；(3)加熱鋼錠加熱溫度最高1220 1240°C，均熱溫度1200 1220°C，保溫10小時；(4)軋制採用再結晶區加未再結晶區兩階段軋制工藝進行軋制，第一階段軋制溫度為930 1100°C，此階段單道次壓下量為10% 20%，累計壓下率為30% 50%，第二階段軋制溫度為840 910°C，累計壓下率為30% 50%，得到鋼板粗品，使得鋼板組織為鐵素體、珠光體、貝氏體等低碳貝氏體複合組織；(5)熱堆垛軋後熱堆垛溫度600 650°C，堆垛48小時；(6)熱處理對鋼板粗品進行850 855°C、保溫時間2min/mm加熱，出爐後入水槽淬火；回火溫度580 586°C，保溫時間3. 5min/mm，得到成品鋼板。步驟(I)所述精煉時餵入Al線，真空脫氣處理前加入CaSi塊彡IOOkg/爐或Fe-Ca線400 450m，改變夾雜物形態，真空脫氣處理的真空度不大於66. 6Pa，真空保持時間不低於20分鐘。步驟(2)所述澆鑄溫度為1535 1545°C。步驟(4)所述的第一階段軋制的開軋溫度為930 1100°C，終軋溫度為920 970°C ;第二階段軋制的開軋溫度為840 910°C，終軋溫度為830 870°C。本發明鋼板的化學成分設計採用價格低廉的碳、錳固溶強化，通過調整優化鋼板中其它合金元素的配比，能在低貴重合金使用量條件下確保鋼板力學性能良好，使鋼板具有良好的組織、綜合性能和焊接性能，增強市場競爭力；本發明鋼板的生產方法採用兩階段軋制工藝，解決了軋機軋制壓力不足而造成的晶粒粗大不均、有優良的綜合性能；低溫韌性有相當大的富裕量，可廣泛用於海洋工程，應用前景廣闊；本發明鋼板的生產方法採用淬火+回火的熱處理工藝，得到鐵素體、珠光體、貝氏體等複合組織，鋼板組織均勻、細小。本發明具有以下優點①本發明的鋼質更純淨，P彡O. 012%，S彡O. 005% ;②低溫衝擊功高，-40°C衝擊功80J以上鋼板最大厚度可達到140mm Z向延伸性能平均為40% ;⑤鋼板組織為鐵素體、珠光體、貝氏體等複合組織。試驗結果表明採用本發明的方法所生產的鋼板具有純淨度較高、_40°C衝擊功良好及Z向斷面收縮率較高、焊接性能好等特點。
具體實施例方式實施例I本實施例的大厚度海洋工程用鋼板是由以下質量百分比的組分熔煉而成C:O. 16%, Si 0. 35%, Mn :1. 54%, P :0. 010%, S :0. 003%, Al :0. 027%, Nb :0. 035%, V :0. 065%, Ni O. 45%，Ti 0. 020%，餘量為Fe和不可避免的雜質。本實施例製備的鋼板厚度為140mm。本實施例的大厚度海洋工程結構件用鋼板生產方法的步驟如下(I)冶煉將含有以下質量百分比 C 0. 16%, Si 0. 35%, Mn 1. 54%, P 0. 010%, S O. 003%, Al 0. 027%, Nb 0. 035%, V 0. 065%, Ni 0. 45%, Ti 0. 020% 組分的鋼水先經電爐冶煉，送入LF精煉爐餵入Al線精煉，鋼水溫度達到或超過1560°C轉入VD爐真空脫氣處理；真空度為66. 6Pa，真空保持時間20分鐘，真空前加入CaSi塊IOOkg/爐，去除鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純淨；(2)模鑄將鋼水注模，採用20噸鋼錠生產，澆鑄溫度為1540°C，鋼錠入緩冷坑緩冷，緩冷時間28小時；(3)加熱鋼錠加熱溫度最高1240°C，均熱溫度1220°C，保溫10小時；(4)軋制採用再結晶+未再結晶兩階段軋制工藝進行軋制，第一階段開軋溫度為1050°C，終軋溫度為950°C，累計壓下率為30%，第二階段開軋溫度為880°C，終軋溫度為850°C，累計壓下率為40%，得到鋼板粗品；(5)堆垛軋後熱堆垛溫度630°C，堆垛48小時；(6)熱處理對鋼板粗品進行850°C、保溫時間2min/mm車底式爐加熱，出爐後入水槽淬火；回火溫度580°C,保溫時間3. 5min/mm,得到成品鋼板。本實例的140mm鋼板的力學性能屈服強度480MPa，抗拉強度600MPa，_40°C衝擊功平均80J，Z向性能為平均40%。實施例2本實施例的大厚度海洋工程用鋼板是由以下質量百分比的組分熔煉而成C:O. 15%, Si 0. 50%, Mn :1. 59%, P :0. 008%, S :0. 004%, Al :0. 040%, Nb :0. 040%, V :0. 060%, Ni O. 40%, Ti 0. 020%，餘量為Fe和不可避免的雜質。本實施例製備的鋼板厚度為140mm。
本實施例的大厚度海洋工程結構件用鋼板生產方法的步驟如下(I)冶煉將含有以下質量百分比 C 0. 15%, Si 0. 50%, Mn 1. 59%, P 0. 008%, S O. 004%, Al 0. 040%, Nb 0. 040%, V 0. 060%, Ni 0. 40%, Ti 0. 020% 組分的鋼水先經電爐冶
煉，送入LF精煉爐餵入Al線精煉，鋼水溫度達到或超過1570°C轉入VD爐真空脫氣處理；真空度為66. 6Pa，真空保持時間25分鐘，真空前加入Fe-Ca線400m，，去除鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純淨；(2)模鑄將鋼水注模，採用20噸鋼錠生產，澆鑄溫度為1545°C，鋼錠入緩冷坑緩冷，緩冷時間24小時；(3)加熱鋼錠加熱溫度最高1230°C，均熱溫度1210°C，保溫10小時；
(4)軋制採用再結晶+未再結晶兩階段軋制工藝進行軋制，第一階段開軋溫度為1100°C，終軋溫度為970°C，累計壓下率為40%，第二階段開軋溫度為910°C，終軋溫度為870°C，累計壓下率為50%，得到鋼板粗品；(5)堆垛軋後熱堆垛溫度650°C，堆垛48小時；(6)熱處理對鋼板粗品進行855°C、保溫時間2min/mm車底式爐加熱，出爐後入水槽淬火；回火溫度586O,保溫時間3. 5min/mm,得到成品鋼板。本實例的140mm鋼板的力學性能屈服強度468MPa，抗拉強度615MPa，_40°C衝擊功平均97J，Z向性能為平均39%。實施例3本實施例的大厚度海洋工程用鋼板是由以下質量百分比的組分熔煉而成C:O. 17%, Si 0. 25%, Mn :1. 45%, P :0. 008%, S :0. 004%, Al :0. 020%, Nb :0. 02%, V :0. 075%, Ni O. 35%，Ti 0. 010%，餘量為Fe和不可避免的雜質。本實施例製備的鋼板厚度為140mm。本實施例的大厚度海洋工程結構件用鋼板生產方法的步驟如下(I)冶煉將含有以下質量百分比 C 0. 17%, Si 0. 25%, Mn 1. 45%, P 0. 008%, S
O.004%, Al 0. 020%, Nb 0. 02%, V 0. 075%, Ni 0. 35%, Ti 0. 010% 組分的鋼水先經電爐冶煉，送入LF精煉爐餵入Al線精煉，鋼水溫度達到或超過1550°C轉入VD爐真空脫氣處理；真空度為66. 6Pa，真空保持時間20分鐘，真空前加入CaSi塊IOOkg/爐，去除鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純淨；(2)模鑄將鋼水注模，採用20噸鋼錠生產，澆鑄溫度為1535°C，鋼錠入緩冷坑緩冷，緩冷時間28小時；(3)加熱鋼錠加熱溫度最高1220°C，均熱溫度1200°C，保溫10小時；(4)軋制採用再結晶+未再結晶兩階段軋制工藝進行軋制，第一階段開軋溫度為930°C，終軋溫度為920°C，累計壓下率為50%，第二階段開軋溫度為840°C，終軋溫度為830°C，累計壓下率為30%，得到鋼板粗品；(5)堆垛軋後熱堆垛溫度600°C，堆垛48小時；(6)熱處理對鋼板粗品進行855°C、保溫時間2min/mm車底式爐加熱，出爐後入水槽淬火；回火溫度586O,保溫時間3. 5min/mm,得到成品鋼板。本實例的140mm鋼板的力學性能屈服強度475MPa，抗拉強度612MPa，_40°C衝擊功平均89J，Z向性能為平均41%。
權利要求
1.一種大厚度海洋工程用調質高強度鋼板，其特徵在於，所述的鋼板是由以下質量百分比的組分熔煉而成c 0. 15% O. 17%, Si :0. 25% O. 50%, Mn :1. 45% I. 60%,P≤ O. 012%, S ≤ O. 005%, Ni 0. 35% O. 45%, Nb 0. 02% O. 04%, Al 0. 020% O. 040%,V :0. 060% O. 075%, Ti :0. 010% O. 020%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的大厚度海洋工程用調質高強度鋼板，其特徵在於，所述的鋼板的最大厚度為140mm。
3.—種如權利要求1所述的大厚度海洋工程用調質高強度鋼板的生產方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)冶煉將含有以下質量百分比C:0. 15% O. 17%, Si :0. 25% O. 50%, Mn :1. 45% .1.60%, P≤ O. 012%, S ≤ O. 005%, Ni :0. 35% O. 45%, Nb :0. 02% O. 04%, Al :0. 020% .O. 040%, V :0. 060% O. 075%, Ti :0. 010% O. 020%組分的鋼水先經電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，鋼水溫度達到或超過1560±10°C轉入VD爐真空脫氣處理； (2)模鑄將鋼水注模，鋼錠入緩冷坑緩冷，緩冷時間>24小時； (3)加熱鋼錠加熱溫度最高1220 1240°C，均熱溫度1200 1220°C，保溫10小時； (4)軋制採用再結晶區加未再結晶區兩階段軋制工藝進行軋制，第一階段軋制溫度為.930 1100°C，此階段單道次壓下量為10% 20%，累計壓下率為30% 50%，第二階段軋制溫度為840 910°C，累計壓下率為30% 50%，得到鋼板粗品； (5)熱堆垛軋後熱堆垛溫度600 650°C，堆垛48小時； (6)熱處理對鋼板粗品進行850 855°C、保溫時間2min/mm加熱，出爐後入水槽淬火；回火溫度580 586°C，保溫時間3. 5min/mm，得到成品鋼板。
4.根據權利要求3所述的大厚度海洋工程用調質高強度鋼板的生產方法，其特徵在於，步驟(1)所述精煉時餵入Al線，真空脫氣處理前加入CaSi塊> IOOkg/爐或Fe-Ca線400 450m,真空脫氣處理的真空度不大於66. 6Pa,真空保持時間不低於20分鐘。
5.根據權利要求3所述的大厚度海洋工程用調質高強度鋼板的生產方法，其特徵在於，步驟(2)所述澆鑄溫度為1535 1545°C。
6.根據權利要求3所述的大厚度海洋工程用調質高強度鋼板的生產方法，其特徵在於，步驟(4)所述的第一階段軋制的開軋溫度為930 1100°C，終軋溫度為920 970°C ；第二階段軋制的開軋溫度為840 910°C，終軋溫度為830 870°C。
全文摘要
本發明屬於鋼鐵冶煉技術領域，具體公開了一種大厚度海洋工程用調質高強度鋼板及其生產方法。大厚度海洋工程用調質高強度鋼板是由以下重量百分比的組分熔煉而成C0.15%～0.17%，Si0.25%～0.50%，Mn1.45%～1.60%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni0.35%～0.45%，Nb0.02%～0.04%，Al0.020%～0.040%，V0.060%～0.075%，Ti0.010%～0.020%，餘量為Fe和不可避免的雜質。本發明鋼板的最大厚度為140mm，該鋼板的生產方法為冶煉→LF/VD精煉→模鑄→加熱→軋制→熱堆垛→熱處理→成品鋼板。採用本發明的方法所生產的鋼板具有純淨度較高、強度高、-40℃衝擊功良好、Z向斷面收縮率較高以及焊接性能好等特點，可廣泛用於海洋工程，應用前景廣闊。
文檔編號C22C38/14GK102888560SQ20121038779
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月12日 優先權日2012年10月12日
發明者謝良法, 葉建軍, 趙文忠, 劉生, 張海軍, 龐輝勇, 王九清, 吳濤, 劉印子, 張東方, 張朋 申請人:舞陽鋼鐵有限責任公司, 河北鋼鐵集團有限公司