CN102400043A - 一种大厚度海洋工程用钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁技术领域，具体公开了一种大厚度海洋工程用钢板及其生产方法。大厚度海洋工程用钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.07％～0.09％，Si：0.15％～0.40％，Mn：1.40％～1.50％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni：0.60％～0.70％，Nb：0.030％～0.040％，Al：0.020％～0.045％，Mo：0.13％～0.17％，V：0.04％～0.05％，Ti：0.012％～0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的大厚度海洋工程用钢板具有以下优点：钢质纯净，低温冲击韧性好，厚度(Z向)拉伸断面收缩率高，钢板厚度大，强度高，低温时效冲击韧性好，生产成本低。本发明提供的大厚度海洋工程用钢板适合海洋工程大厚度结构件使用。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁技术领域，具体涉及一种大厚度海洋工程用钢板及其生产方法。
背景技术
随着海洋工程被纳入“十二五”规划，海洋工程装备已被列为新兴产业。与此同时，海洋工程装备和设施产业也带动了造船、装备制造、材料、冶金等行业实现长足发展。海洋工程装备由于服役环境比较恶劣，对使用的钢板的各项技术指标要求极高，不仅要有高的耐大气腐蚀和耐海水腐蚀性能，还要求具有高强度、高韧性、易焊接等性能。从目前情况看，屈服强度在355MPa以下的海洋工程用钢板已有规模化生产，基本满足了使用要求。但是屈服强度高于460MPa的海洋工程用钢板生产较少，且厚度小，不能达到使用要求。因此大厚度、强度级别高的海洋工程用钢板的成功研制将对海洋工程的快速发展产生重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大厚度海洋工程用钢板。
本发明的目的还在于提供一种大厚度海洋工程用钢板的生产方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种大厚度海洋工程用钢板，由以下重量百分含量的组分组成：C：0.07％～0.09％，Si：0.15％～0.40％，Mn：1.40％～1.50％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni：0.60％～0.70％，Nb：0.030％～0.040％，Al：0.020％～0.045％，Mo：0.13％～0.17％，V：0.04％～0.05％，Ti：0.012％～0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选的，大厚度海洋工程用钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.07％～0.08％，Si：0.25％～0.35％，Mn：1.40％～1.50％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni：0.60％～0.70％，Nb：0.030％～0.040％，Al：0.020％～0.030％，Mo：0.13％～0.14％，V：0.04％～0.05％，Ti：0.012％～0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种大厚度海洋工程用钢板的生产方法，包括以下步骤：
(1)冶炼：钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度达到1550～1570℃后转入VD炉真空脱气处理，经真空脱气处理后进行连铸，制得连铸坯；
(2)加热：加热所述连铸坯，加热温度为1200～1220℃，均热温度为1180～1200℃，总加热时间10～15min/cm，加热段和均热段总时间为5.5～10小时；
(3)轧制：采用再结晶+未再结晶两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为930℃～1100℃，终轧温度为920～970℃，第一阶段的单道次压下量为10％～20％，累计压下率为30％～50％；第二阶段轧制的开轧温度为840～910℃，终轧温度为830～870℃，第二阶段的累计压下率为30％～50％，得到钢板粗品；
(4)热堆垛：所述钢板粗品经热堆垛处理，热堆垛温度为600～650℃，堆垛时间为48～60小时；
(5)热处理：对热堆垛处理后的钢板粗品进行热处理，热处理包括淬火步骤和回火步骤；淬火步骤：淬火温度900℃，淬火时间PLC+50min，水冷，冷却辊速1.5m/min；回火步骤：回火温度580℃，保温时间3.5min/mm；制得成品钢板，成品钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.07％～0.09％，Si：0.15％～0.40％，Mn：1.40％～1.50％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni：0.60％～0.70％，Nb：0.030％～0.040％，Al：0.020％～0.045％，Mo：0.13％～0.17％，V：0.04％～0.05％，Ti：0.012％～0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，步骤(1)中所述的真空脱气处理的真空度为0～66.6Pa，真空保持时间为20～60分钟。
步骤(1)中连铸时的连铸温度为1535～1545℃。得到的连铸坯的厚度为330mm。
本发明提供的大厚度海洋工程用钢板采用的化学成分设计为：C、Mn固溶强化；加入少量的Nb、V细化晶粒，Nb、V的碳氮化物起到弥散强化作用。其中各组分在本发明提供的大厚度海洋工程用钢板中的作用介绍如下：
C对钢的屈服强度、抗拉强度、焊接性能产生显著影响，C通过间隙固溶能显著提高钢板的强度，但C含量过高会影响钢的焊接性能及韧性；
Si在炼钢中用作还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但超过0.5％时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能；
Mn成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；Mn含量过高时会使大厚度钢板出现中心偏析；
P、S在一般情况下都是钢中的有害元素，增加钢的脆性，P使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；S降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹，因此，应尽量减少P和S在钢中的含量；
Al是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝可细化晶粒，提高冲击韧性，Al还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，Al含量过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能；
Nb的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，并可同时提高强度和韧性，Nb可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶有效的细化显微组织，并通过析出强化基体，Nb可降低钢的过热敏感性及回火脆性，焊接过程中，Nb原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能；
V是钢的优良脱氧剂，钢中加V可细化组织晶粒，提高强度和韧性，V与C形成的碳化物在高温高压下可提高钢的抗氢腐蚀能力；
Ti是良好的脱氧剂，钢中加Ti可与C元素形成Ti的碳化物，具有好的晶粒细化效果；
Ni溶于奥氏体，抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，提高钢板低温韧性；
Mo的碳化物溶于奥氏体，抑制奥氏体再结晶、促进铁素体转变，同时提高钢板强度和韧性。
本发明提供的大厚度海洋工程用钢板的化学成分设计采用价格低廉的碳、锰固溶强化，通过调整优化钢板中其它元素的配比，能在低碳当量条件下确保钢板的力学性能良好，使钢板具有良好的组织、综合性能和焊接性能，还能减低成本，增强市场竞争力。本发明钢板的生产方法采用晾钢轧制工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均问题，具有优良的综合性能；低温韧性有相当大的富裕量，可广泛用于海洋工程，应用前景广阔；本发明钢板的生产方法采用淬火+回火的热处理工艺，得到铁素体、针状铁素体、粒贝等低碳贝氏体复合组织结构钢板。本发明大厚度海洋工程用钢板具有组织均匀、细小的特点。采用本发明提供的生产方法制得的大厚度海洋工程用钢板具有低的碳当量和裂纹敏感型指数，成本低、屈强比适中、低温冲击韧性优良、厚度方向性能及焊接性良好。
本发明提供的大厚度海洋工程用钢板具有以下优点：钢质纯净，P≤0.012％，S≤0.005％；低温冲击韧性好，低温冲击功高，-40℃冲击功在150J以上；厚度(Z向)拉伸断面收缩率高，断面收缩率在50％～60％之间；钢板厚度大，最大厚度可达到150mm；钢板强度高，屈服强度在460MPa以上，抗拉强度在530MPa～650MPa之间；焊接性能好、延伸率高、抗层状撕裂性能好；低温时效冲击韧性好，5％应变时效-40℃冲击功大于100J；钢板中合金元素含量低，使用的贵金属少，生产成本低。本发明提供的大厚度海洋工程用钢板适合海洋工程大厚度结构件使用。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的大厚度海洋工程用钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.07％，Si：0.25％，Mn：1.40％，P：0.012％，S：0.005％，Ni：0.70％，Nb：0.030％，Al：0.020％，Mo：0.17％，V：0.04％，Ti：0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例提供的大厚度海洋工程用钢板的生产方法，包括以下步骤：
(1)冶炼：钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度达到1550℃后转入VD炉真空脱气处理，真空脱气处理的真空度为66.6Pa，真空保持时间为60分钟，经真空脱气处理后进行连铸，制得连铸坯，连铸时的连铸温度为1535℃，连铸坯的厚度为330mm；
(2)加热：加热连铸坯，加热温度为1220℃，均热温度为1180℃，总加热时间15min/cm，加热段和均热段总时间为5.5小时；
(3)轧制：采用再结晶+未再结晶两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为1100℃，终轧温度为970℃，第一阶段的单道次压下量为20％，累计压下率为50％；第二阶段轧制的开轧温度为840℃，终轧温度为830℃，第二阶段的累计压下率为30％，得到钢板粗品；
(4)热堆垛：钢板粗品经热堆垛处理，热堆垛温度为600℃，堆垛时间为48小时；
(5)热处理：对热堆垛处理后的钢板粗品进行热处理，热处理包括淬火步骤和回火步骤；淬火步骤：淬火温度900℃，淬火时间PLC+50min，水冷，冷却辊速1.5m/min；回火步骤：回火温度580℃，保温时间3.5min/mm；制得成品钢板。成品钢板的厚度为150mm。
本实例的钢板的力学性能：屈服强度480MPa，抗拉强度：560MPa，-40℃冲击功平均为150J，5％应变时效-40℃冲击功平均为100J，Z向拉伸断面收缩率平均为50％。
实施例2
本实施例提供的大厚度海洋工程用钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.08％，Si：0.15％，Mn：1.50％，P：0.010％，S：0.003％，Ni：0.60％，Nb：0.040％，Al：0.045％，Mo：0.13％，V：0.05％，Ti：0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例提供的大厚度海洋工程用钢板的生产方法，包括以下步骤：
(1)冶炼：钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度达到1570℃后转入VD炉真空脱气处理，真空脱气处理的真空度为6Pa，真空保持时间为20分钟，经真空脱气处理后进行连铸，制得连铸坯，连铸时的连铸温度为1545℃，连铸坯的厚度为330mm；
(2)加热：加热连铸坯，加热温度为1200℃，均热温度为1200℃，总加热时间10min/cm，加热段和均热段总时间为10小时；
(3)轧制：采用再结晶+未再结晶两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为930℃，终轧温度为920℃，第一阶段的单道次压下量为10％，累计压下率为30％；第二阶段轧制的开轧温度为910℃，终轧温度为870℃，第二阶段的累计压下率为50％，得到钢板粗品；
(4)热堆垛：钢板粗品经热堆垛处理，热堆垛温度为650℃，堆垛时间为60小时；
(5)热处理：对热堆垛处理后的钢板粗品进行热处理，热处理包括淬火步骤和回火步骤；淬火步骤：淬火温度900℃，淬火时间PLC+50min，水冷，冷却辊速1.5m/min；回火步骤：回火温度580℃，保温时间3.5min/mm；制得成品钢板。成品钢板的厚度为150mm。
本实例的钢板的力学性能：屈服强度485MPa，抗拉强度：650MPa，-40℃冲击功平均为153J，5％应变时效-40℃冲击功平均为101J，Z向拉伸断面收缩率平均为60％。
实施例3
本实施例提供的大厚度海洋工程用钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.09％，Si：0.40％，Mn：1.40％，P：0.011％，S：0.005％，Ni：0.70％，Nb：0.030％，Al：0.030％，Mo：0.14％，V：0.04％，Ti：0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例提供的大厚度海洋工程用钢板的生产方法，包括以下步骤：
(1)冶炼：钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度达到1560℃后转入VD炉真空脱气处理，真空脱气处理的真空度为20Pa，真空保持时间为40分钟，经真空脱气处理后进行连铸，制得连铸坯，连铸时的连铸温度为1540℃，连铸坯的厚度为330mm；
(2)加热：加热连铸坯，加热温度为1210℃，均热温度为1190℃，总加热时间12min/cm，加热段和均热段总时间为7小时；
(3)轧制：采用再结晶+未再结晶两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为1000℃，终轧温度为950℃，第一阶段的单道次压下量为15％，累计压下率为40％；第二阶段轧制的开轧温度为870℃，终轧温度为840℃，第二阶段的累计压下率为35％，得到钢板粗品；
(4)热堆垛：钢板粗品经热堆垛处理，热堆垛温度为620℃，堆垛时间为50小时；
(5)热处理：对热堆垛处理后的钢板粗品进行热处理，热处理包括淬火步骤和回火步骤；淬火步骤：淬火温度900℃，淬火时间PLC+50min，水冷，冷却辊速1.5m/min；回火步骤：回火温度580℃，保温时间3.5min/mm；制得成品钢板。成品钢板的厚度为150mm。
本实例的钢板的力学性能：屈服强度478MPa，抗拉强度：530MPa，-40℃冲击功平均为151J，5％应变时效-40℃冲击功平均为102J，Z向拉伸断面收缩率平均为55％。
实施例4
本实施例提供的大厚度海洋工程用钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.07％，Si：0.35％，Mn：1.45％，P：0.012％，S：0.004％，Ni：0Nb：0.030％，Al：0.020％，Mo：0.13％，V：0.04％，Ti：0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例提供的大厚度海洋工程用钢板的生产方法，包括以下步骤：
(1)冶炼：钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度达到1560℃后转入VD炉真空脱气处理，真空脱气处理的真空度为66.6Pa，真空保持时间为20分钟，经真空脱气处理后进行连铸，制得连铸坯，连铸时的连铸温度为1540℃，连铸坯的厚度为330mm；
(2)加热：加热连铸坯，加热温度为1220℃，均热温度为1180℃，总加热时间15min/cm，加热段和均热段总时间为6小时；
(3)轧制：采用再结晶+未再结晶两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为1100℃，终轧温度为970℃，第一阶段的单道次压下量为15％，累计压下率为45％；第二阶段轧制的开轧温度为840℃，终轧温度为830℃，第二阶段的累计压下率为30％，得到钢板粗品；
(4)热堆垛：钢板粗品经热堆垛处理，热堆垛温度为600℃，堆垛时间为55小时；
(5)热处理：对热堆垛处理后的钢板粗品进行热处理，热处理包括淬火步骤和回火步骤；淬火步骤：淬火温度900℃，淬火时间PLC+50min，水冷，冷却辊速1.5m/min；回火步骤：回火温度580℃，保温时间3.5min/mm；制得成品钢板。成品钢板的厚度为150mm。
本实例的钢板的力学性能：屈服强度482MPa，抗拉强度：595MPa，-40℃冲击功平均为155J，5％应变时效-40℃冲击功平均为106J，Z向拉伸断面收缩率平均为57％。
Claims (6)
1.一种大厚度海洋工程用钢板，其特征在于，该钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.07％～0.09％，Si：0.15％～0.40％，Mn：1.40％～1.50％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni：0.60％～0.70％，Nb：0.030％～0.040％，Al：0.020％～0.045％，Mo：0.13％～0.17％，V：0.04％～0.05％，Ti：0.012％～0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的大厚度海洋工程用钢板，其特征在于，该钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.07％～0.08％，Si：0.25％～0.35％，Mn：1.40％～1.50％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni：0.60％～0.70％，Nb：0.030％～0.040％，Al：0.020％～0.030％，Mo：0.13％～0.14％，V：0.04％～0.05％，Ti：0.012％～0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.一种大厚度海洋工程用钢板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)冶炼：钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度达到1550～1570℃后转入VD炉真空脱气处理，经真空脱气处理后进行连铸，制得连铸坯；
(2)加热：加热所述连铸坯，加热温度为1200～1220℃，均热温度为1180～1200℃，总加热时间10～15min/cm，加热段和均热段总时间为5.5～10小时；
(3)轧制：采用再结晶+未再结晶两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为930℃～1100℃，终轧温度为920～970℃，第一阶段的单道次压下量为10％～20％，累计压下率为30％～50％；第二阶段轧制的开轧温度为840～910℃，终轧温度为830～870℃，第二阶段的累计压下率为30％～50％，得到钢板粗品；
(4)热堆垛：所述钢板粗品经热堆垛处理，热堆垛温度为600～650℃，堆垛时间为48～60小时；
(5)热处理：对热堆垛处理后的钢板粗品进行热处理，热处理包括淬火步骤和回火步骤；淬火步骤：淬火温度900℃，淬火时间PLC+50min，水冷，冷却辊速1.5m/min；回火步骤：回火温度580℃，保温时间3.5min/mm；制得成品钢板，成品钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.07％～0.09％，Si：0.15％～0.40％，Mn：1.40％～1.50％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni：0.60％～0.70％，Nb：0.030％～0.040％，Al：0.020％～0.045％，Mo：0.13％～0.17％，V：0.04％～0.05％，Ti：0.012％～0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的大厚度海洋工程用钢板的生产方法，其特征在于，步骤(1)中所述的真空脱气处理的真空度为0～66.6Pa，真空保持时间为20～60分钟。
5.根据权利要求3所述的大厚度海洋工程用钢板的生产方法，其特征在于，步骤(1)中连铸时的连铸温度为1535～1545℃。
6.根据权利要求3所述的大厚度海洋工程用钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸坯的厚度为330mm。
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