CN101921953A

CN101921953A - 耐腐蚀高强度超厚钢板的生产方法

Info

Publication number: CN101921953A
Application number: CN 201010275268
Authority: CN
Inventors: 罗登; 夏政海; 肖大恒; 吴清明; 李曲全; 李玲玲; 孙小平
Original assignee: Hunan Hualing Xiangtan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Hunan Hualing Xiangtan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2010-09-08
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2010-12-22

Abstract

耐腐蚀高强度超厚钢板的生产方法，工艺流程为(1)原料准备、(2)转炉冶炼、(3)LF精炼、(4)VD炉真空脱气、(5)连铸、(6)板坯加热、(7)粗轧、(8)精轧、(9)ACC控轧冷却、(10)在线正火、(11)精整、(12)成品入库，钢的组成重量百分比为：C0.05%~0.13%，Si0.10%~0.50%，Mn0.6%~1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb≤0.05%，Ti≤0.02%，Al0.02%~0.06%，Ni≤0.60%，Cu≤0.70%，V≤0.1%，N≤0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明生产的钢板具有高强度、高韧性、耐海洋腐蚀。

Description

耐腐蚀高强度超厚钢板的生产方法

技术领域

本发明属于炼钢方法，特别是涉及一种耐腐蚀高强度海洋石油钻井平台用超厚钢板的生产方法。

技术背景

海上石油开发技术日趋成熟，对钢材的要求也越来越高。海上石油平台结构庞大、复杂，结构刚性大，在海洋中除了受到海水、海洋气候的侵蚀外，还要受到风、浪及潮涌等复杂的交变外力作用和海底地震的影响，它的环境条件既是千差万别，极其恶劣的。因此，海洋平台用钢要求具有足够的强度、断裂韧性、可焊性、耐腐蚀疲劳性，尤其是厚板要具有抗层状撕裂性和力学性能的板厚均匀性。

中国专利申请CN101709425A公开了“一种特厚8万吨大型模锻压机支架用高强度钢板及其生产方法”，其特厚板厚度达到390mm，生产工艺采用电炉冶炼、LF炉精炼、VD炉精炼、模铸制成钢锭然后经轧制、热处理获得成品。这种工艺方法能满足压缩比5.0以上的要求，但是流程长、能耗高，生产成本也高，而性能达不到理想要求。因此，关于海洋石油钻井平台用钢，符合理想要求的耐腐蚀高强度超厚钢板生产技术仍在摸索中。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种耐腐蚀高强度超厚钢板的生产方法，使生产的钢板具有高强度和耐海水腐蚀性能。

本发明通过以下技术方案来实现：

耐腐蚀高强度超厚钢板的生产方法，工艺流程为（1）原料准备、（2）转炉冶炼、（3）LF精炼、（4）VD炉真空脱气、（5）连铸、（6）板坯加热、（7）粗轧、（8）精轧、（9）ACC控轧冷却、（10）在线正火、（11）精整、（12）成品入库。钢的组成重量百分比为： C 0.05%~0.13%，Si 0.10%~0.50%，Mn 0.6%~1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb≤0.05%，Ti≤0.02%，Al 0.02%~0.06%，Ni≤0.60%，Cu≤0.70%，V≤0.1%，N≤0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述（3）LF炉精炼工艺为精炼温度1500~1650℃，成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35min，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度（CaO/SiO₂）≤5.0；

所述（4）VD炉真空脱气工艺为在0.5tor的真空下，保持真空时间15min以上，使出站钢水氢含量≤1.5PPm，氮含量≤40ppm，氧含量≤20ppm；

所述（5）连铸工艺为连铸温度1520~1550℃，采用直弧型多点弯曲多点矫直、动态轻压下连铸技术，在钢包和中间包之间采用氩气密封，中间包加入保温、融化性能良好的中间包覆盖剂，使铸坯中心疏松≤1.0，C类中心偏析≤1.5，电解夹杂物含量≤0.5mg/10kg；

所述（6）板坯加热工艺为加热温度在1170~1250℃；

所述（7）粗轧工艺为开轧温度≥1000℃，采用再结晶阶段大压下控轧，粗轧单道次压下量要求≥11%；

所述（8）精轧工艺为开轧温度≤840℃，最后三道次的累计压下量≥40%，精轧终轧温度790~840℃；

所述（9）ACC控轧冷却工艺为冷却速度5~15℃/S，终冷温度550～600℃；

所述（10）在线正火工艺为采用辊底式正火炉正火，在线正火温度（890±10）℃，在炉时间为板厚=（mm＋50）min。

发明原理：

C是决定钢板强度的主要元素，也是决定焊接热影响区韧性的主要元素，而海洋钻井平台皆为焊接而成。本发明将C控制在0.05%~0.13%，使钢板既具有较高的强度和良好的焊接性能。Si作为脱氧元素添加，同时也具有影响钢板强度和焊接性能，因此将Si控制在0.10%~0.50%。Mn在钢中起固溶强化作用，但Mn含量过高会影响焊接性能，因此将Mn含量控制在0.6%~1.60%。P、S均增加钢板的脆性，降低韧性。因此要求P≤0.015%，S≤0.005%，可保证钢板性能。Nb可提高奥氏体再结晶温度，促进晶粒细化。但是Nb含量过高，在焊接过程中容易形成侧板条铁素体，对韧性不利，本发明将Nb控制在≤0.05%。

Ti可与C、N结合形成碳氮化物，有阻止奥氏体晶粒长大和促进铁素体形核的作用，且有效改善焊接热影响区韧性。本发明将Ti控制在≤0.02%。Al是主要脱氧元素，当Al含量低时，Ti被氧化而不能形成有益的TiN粒子；Al含量过高则容易形成大颗粒夹杂。本发明将Al控制在0.02%~0.06%。V的添加可细化晶粒，提高强度，由于Nb、Ti、V的混合添加，原控制V≤0.1%。

Ni是本发明着力研究的元素。Ni能够起固溶强化作用，大大提高钢板强度，而且Ni可提高钢板的塑性和韧性，尤其是低温韧性。含镍3.5%的模具钢可在－100℃时使用，含镍9%的钢则可在－196℃时工作。本发明将Ni含量控制在Ni≤0.60%。Cu是本发明着力研究的另一个元素。Cu可在钢中起固溶强化作用，也可通过时效析出强化提高强度，且对韧塑性无明显损害。另外Cu的添加可有效提高抗腐蚀性能，且Cu与Ni共存，会产生Ni₃Cu，对高温蠕变性能有利。但是Cu在热变形加工过程中在1080℃容易出现热脆现象。本发明将Cu控制在≤0.70%，且在连铸矫直段和粗轧阶段避免1080℃。

本发明的实质性特征和显著进步在于：采用LF+VD炉复合炉外精炼模式，降低P、S及气体含量，提高钢水纯净度，促进化学成分均匀；采用直弧型多点弯曲多点矫直、动态轻压下的先进的连铸技术成功解决300mm大断面连铸坯中心偏析、疏松以及裂纹缺陷，大幅度提高了连铸坯的表面和内部质量；采用在再结晶阶段轧制进行大压下，细化晶粒，提高力学性能。本发明采用连铸生产工艺可生产成品最大厚度为100mm，屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥490MPa，低温冲击韧性－40℃，Akv≥120J，钢板1/2厚度处的－40℃冲击≥100J，抗层状撕裂性能≥35%，在80×12h周期干湿交替腐蚀试验中HY E36的增重量≤70×10^-3Kg/m²，具有良好的耐腐蚀性。本发明采用转炉——连铸短流程生产特厚钢板取代以往的模铸生产方式，具有流程短、节能、生产成本低、效率高等优点，实现了高强度耐腐蚀海洋石油钻井平台用超厚钢板的批量化生产。

具体实施方式

实施例一：转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为（85%~95%）/（5%~15%）；铜板，Cu95%~100%，杂质余量；然后加入铁合金硅铁， Si≥72.0%，Mn≤0.5%，S≤0.02%，P≤0.04%，C≤0.2%，Cr≤0.5%，Fe余量；锰铁，Si≤1.5%，Mn≥78.0%，S≤0.03%，P≤0.20%，C≤1.5%，Fe余量；钛铁，25.0%≤Ti≤35.0%，Al≤8.0%，Si≤4.50%，Mn≤2.50%，P≤0.05%，S≤0.03%，C≤0.10%，Cu≤0.40%，Fe余量；铌铁，C≤0.05%，Nb60~70%，Si≤2%，Al≤2.5%，Fe余量；镍板，Ni99.9%~100%，杂质余量；最后加入比例为Si≤2.0%，30.0%≤Mn≤35.0%，S≤0.05%，P≤0.20%，C≤2.0%，20.0%≤Al≤26.0% ，Cu≤0.5%，Fe余量的复合脱氧合金铝锰铁进行冶炼。经过LF炉精炼，精炼温度，1500~1650℃；成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35min，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度（CaO/SiO₂）=3.0；对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求；VD炉真空脱气处理，在0.5tor的真空下保持真空时间15min以上，使出站钢水氢含量1.2ppm，氮含量36ppm，氧含量15ppm；在1520~1550℃进行连铸，铸成300mm×1880mm和300mm×2080mm板坯。铸坯中心疏松1.0，C类中心偏析1.0，电解夹杂物含量为0.28mg/10kg。

加热炉加热温度在1200~1230℃之间；粗轧开轧温度≥1000℃，单道次压下量要求≥11%；精轧开轧温度≤840℃，最后三道次的累计压下量≥40%，精轧终轧温度790~840℃，ACC冷却速度为5~15℃/S，终冷温度550~600℃。正火温度为890℃，在炉时间为板厚mm+50min。

采用上述工艺生产的厚度为100mm高强度耐腐蚀海洋石油钻井平台用超厚钢板，力学性能均匀，力学性能达到如表1。且在80×12h周期干湿交替腐蚀试验中HYE36的增重量为62×10^-3Kg/m²，明显小于Q345E的增重量145×10^-3Kg/m²，具有良好的耐腐蚀性。

表1 实施例一产品力学性能检测数据

Figure 2010102752688100002DEST_PATH_IMAGE001

实施例二：转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为（85%~95%）/（5%~15%）；铜板，Cu 95%~100%，杂质余量；然后加入铁合金硅铁， Si≥72.0%，Mn≤0.5%，S≤0.02%，P≤0.04%，C≤0.2%，Cr≤0.5%，Fe余量；锰铁，Si≤1.5%，Mn≥78.0%，S≤0.03%，P≤0.20%，C≤1.5%，Fe余量；钛铁，25.0%≤Ti≤35.0%，Al≤8.0%，Si≤4.50%，Mn≤2.50%，P≤0.05%，S≤0.03%，C≤0.10%，Cu≤0.40%，Fe余量；铌铁，C≤0.05%，Nb60~70%，SI≤2%，Al≤2.5%，Fe余量；镍板，Ni 99.9%~100%，杂质余量；最后加入比例为Si≤2.0%，30.0%≤Mn≤35.0%，S≤0.05%，P≤0.20%，C≤2.0%，20.0%≤Al≤26.0%，Cu≤0.5%，Fe余量的复合脱氧合金铝锰铁进行冶炼。经过LF炉精炼，精炼温度1500~1650℃；成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35min，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度（CaO/SiO₂）＝4.0；对化学成分进行微调使其达到钢的内控要求；VD炉真空脱气处理，在0.5tor的真空下保持真空时间15min以上，使出站钢水氢含量1.0ppm，氮含量30ppm，氧含量18ppm；在1520~1550℃进行连铸，铸成300mm×2280mm和300mm×2080mm板坯。铸坯中心疏松1.0，C类中心偏析0.5，电解夹杂物含量为0.45mg/10kg。

加热炉加热温度在1170℃~1200℃；粗轧开轧温度≥1000℃，单道次压下量要求≥10%；精轧开轧温度≤860℃，最后三道次的累计压下量≥35%，精轧终轧温度820~840℃，ACC冷却速度8~10℃/S，终冷温度670~720℃。正火温度为890℃，在炉时间为板厚mm+50min。

采用上述工艺生产的厚度为80mm耐腐蚀高强度海洋石油钻井平台用超厚钢板，力学性能均匀，力学性能达到如表2。且在80×12h周期干湿交替腐蚀试验中HY E36的增重量为58×10^-3Kg/m²，明显小于Q345E的增重量145×10^-3Kg/m²，具有良好的耐腐蚀性。

表2 实施例二产品力学性能检测数据

Figure 2010102752688100002DEST_PATH_IMAGE002

实施例三：转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为（85%~95%）/（5%~15%）；铜板，Cu 95%~100%，杂质余量；然后加入铁合金硅铁： Si≥72.0%，Mn≤0.5%，S≤0.02%，P≤0.04%，C≤0.2%，Cr≤0.5%，Fe余量；锰铁，Si≤1.5%，Mn≥78.0%，S≤0.03%，P≤0.20%，C≤1.5%，Fe余量；钛铁，25.0%≤Ti≤35.0%，Al≤8.0%，Si≤4.50%，Mn≤2.50%，P≤0.05%，S≤0.03%，C≤0.10%，Cu≤0.40%，Fe余量；铌铁，C≤0.05%，Nb 60~70%，Si≤2%，Al≤2.5%，Fe余量；镍板，Ni 99.9%~100%，杂质余量；最后加入比例为Si≤2.0%，30.0%≤Mn≤35.0%，S≤0.05%，P≤0.20%，C≤2.0%，20.0%≤Al≤26.0% ，Cu≤0.5%，Fe余量的复合脱氧合金铝锰铁进行冶炼。LF炉精炼，精炼温度，1500~1650℃；成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35min，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度（CaO/SiO₂）=5.0；对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求；VD炉真空脱气处理，在0.5tor的真空下保持真空时间15min以上，使出站钢水氢含量1.1ppm，氮含量28ppm，氧含量19ppm；在1520~1550℃进行连铸，铸成300mm×1880mm和300mm×2280mm板坯。铸坯中心疏松0.5，C类中心偏析1.0，电解夹杂物含量为0.39mg/10kg。

加热炉加热温度在1220℃~1250℃之间；粗轧开轧温度≥1000℃，单道次压下量要求≥8%；精轧开轧温度≤860℃，最后三道次的累计压下量≥25%，精轧终轧温度790~820℃，冷却速度10~15℃/S，终冷温度650~670℃。正火温度为900℃，在炉时间为板厚mm＋50min。

采用上述工艺生产的厚度为70mm耐腐蚀高强度海洋石油钻井平台用超厚钢板，力学性能均匀，力学性能数据如表3。且在80×12h周期干湿交替腐蚀试验中HY E36的增重量为52×10^-3Kg/m²，明显小于Q345E的增重量145×10^-3Kg/m²，具有良好的耐腐蚀性。

表3 实施例三产品力学性能检测数据

Claims

1.耐腐蚀高强度超厚钢板的生产方法，工艺流程为（1）原料准备、（2）转炉冶炼、（3）LF精炼、（4）VD炉真空脱气、（5）连铸、（6）板坯加热、（7）粗轧、（8）精轧、（9）ACC控轧冷却、（10）在线正火、（11）精整、（12）成品入库，其特征在于：

钢的组成重量百分比为：C 0.05%~0.13%，Si 0.10%~0.50%，Mn 0.6%~1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb≤0.05%，Ti≤0.02%，Al 0.02%~0.06%，Ni≤0.60%，Cu≤0.70%，V≤0.1%，N≤0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质；

所述（6）板坯加热工艺为加热温度在1170~1250℃；

所述（9）ACC控轧冷却工艺为冷却速度5~15℃/S，终冷温度550-600℃；

所述（10）在线正火工艺为采用辊底式正火炉正火，在线正火温度（890±10）℃，在炉时间为板厚=（mm+50）min。