CN102796952A - 一种大厚度海洋平台用钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大厚度海洋平台用钢板，该钢板的各化学成分质量百分比如下：C：0.14%～0.18%、Si：0.30%～0.40%、Mn：1.2%～1.4%、P：≤0.015%、S：≤0.005%、Al：0.020%～0.045%、Nb：0.02%～0.05%、V：0.05%～0.1%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明大厚度海洋平台用钢板的化学成分设计合理，生产成本低。钢板采用电渣重熔工艺和正火的热处理工艺，制得的成品钢板的厚度达300mm。成品钢板的屈服强度高、Z向性能优良、负温冲击功高并且延伸率好，耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能良好。

Description

一种大厚度海洋平台用钢板及其生产方法

技术领域

 本发明属于钢冶炼技术领域，具体涉及一种大厚度海洋平台用钢板及其生产方法。

背景技术

近年来，随着海洋石油和天然气的逐步开发，海洋平台工程得到迅猛发展，市场对海洋平台用钢板的需求也越来越大。海洋平台用钢板不仅要求厚度规格大，而且由于海洋平台用钢板的使用环境特殊，因此在钢板的耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能方面也提出了严格的要求。

目前使用的大厚度规格、大单重的海洋平台用钢板如厚度在150mm以上，单重大于30吨的海洋平台用钢板的力学性能如负温冲击功较差，尤其是Z向性能不佳，而且由于现有的海洋平台用钢板中添加的贵金属较多，因此生产成本较高。目前的海洋平台用钢板还不能满足市场的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大厚度海洋平台用钢板，该钢板的厚度为300mm，且该钢板的耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能良好。

本发明的目的还在于提供一种大厚度海洋平台用钢板的生产方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种大厚度海洋平台用钢板，该钢板的各化学成分质量百分比如下：C：0.14%～0.18%、Si：0.30%～0.40%、Mn：1.2%～1.4%、P：≤0.015%、S：≤0.005%、Al：0.020%～0.045%、Nb：0.02%～0.05%、V：0.05%～0.1%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述钢板的厚度为300mm。

一种大厚度海洋平台用钢板的生产方法，包括如下步骤：

（1）冶炼工艺：将含有质量百分比为：C：0.14%～0.18%、Si：0.30%～0.40%、Mn：1.2%～1.4%、P：≤0.015%、S：≤0.005%、Al：0.020%～0.045%、Nb：0.02%～0.05%、V：0.05%～0.1%成分的钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度为1560±10℃时转入VD炉进行真空脱气处理；

（2）浇铸工艺：将冶炼后的钢水连续浇铸，得到连铸坯；

（3）以步骤（2）制得的连铸坯为自耗电极，利用板坯电渣炉，采用960mm结晶器进行电渣重熔，以确保合理的轧制压缩比，重熔过程采用五元渣系，熔速控制为20 kg/min，利用电渣重熔的自下而上逐渐进行的凝固方式，得到960mm厚的大电渣锭，电渣锭内部致密，钢质纯净；

（4）加热工艺：将电渣锭进行加热处理，1000℃以下时升温速度为100～120℃/h，加热至1260±10℃时保温，总加热时间12±2min/cm；

（5）轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段轧制温度为930～1100℃，单道次压下量为10～25%，累计压下率为70～90％，第二阶段轧制温度为830～910℃，单道次压下量为10～27%，累计压下率为30～50％，制得钢板粗品；

（6）热处理工艺：对钢板粗品进行正火处理，正火温度为920±10℃，保温系数为1.8～2min/mm，正火后放置在带有水槽的晾钢台架上进行风冷，得到成品钢板。

其中，步骤（1）中在精炼时喂入Al线。步骤（1）中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（2）中浇铸温度为1535～1545℃。

步骤（5）中第一阶段轧制的开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为930～960℃，第二阶段轧制的开轧温度为890～910℃，终轧温度为830～870℃。

本发明大厚度海洋平台用钢板中各化学成分的作用是：

C对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响，碳通过间隙固溶可显著提高钢板强度，但碳含量过高时会影响钢的焊接性能及韧性；

Si在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但含量超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能；

Mn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，且价格低廉，可降低钢板的生产成本，但锰含量过高时会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能；

P和S在一般情况下都是钢中的有害元素，会增加钢的脆性，P使钢的焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，S降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时会造成裂纹，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Al，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，铝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，同时可提高强度和韧性，铌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，铌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还可提高钢的抗氢腐蚀能力。

本发明大厚度海洋平台用钢板的化学成分设计合理，C、Mn具有固溶强化作用，加入的少量的Nb、V可以细化晶粒，Nb、V的碳化物能起到弥散强化作用。该钢板中不添加贵金属元素，生产成本低，生产的钢板的价格相对低廉。

本发明钢板的生产方法采用电渣重熔工艺，采用960mm的结晶器得到了960mm厚的大电渣锭，确保了轧制时合理的压缩比，同时得到的电渣锭的内部致密，钢质纯净；钢板采用晾钢轧制工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均，生产的钢板有优良的综合性能，另外钢板延伸率有相当大的富裕量，可广泛用于海洋平台工程，应用前景广阔；采用正火的热处理工艺，得到珠光体和铁素体组织，通过正火处理后的钢板组织均匀、细化。本发明制得的成品钢板的厚度达300mm，成品钢板的力学性能良好，具有良好的组织、综合性能和焊接性能。

本发明大厚度海洋平台用钢板屈服强度高、Z向性能优良、负温冲击功高并且延伸率好，耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能良好。钢板的钢质更纯净，P≤0.015%，S≤0.005%；负温冲击功高，-40℃冲击功在70焦以上；厚度（Z向）拉伸断面收缩率高，断面收缩率在50%-60%之间；延伸率在20%以上。

具体实施方式

实施例1

本实施例的大厚度海洋平台用钢板，该钢板的化学成分按质量百分比为：C：0.18%、Si：0.30%、Mn：1.2%、P：0.012%、S：0.004%、Al：0.045%、Nb：0.05%、V：0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质。钢板的厚度为300mm。

该实施例钢板的生产方法，包括如下步骤：

（1）冶炼工艺：将含有质量百分比为：C：0.18%、Si：0.30%、Mn：1.2%、P：0.012%、S：0.004%、Al：0.045%、Nb：0.05%、V：0.05%成分的钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，在精炼时喂入Al线，钢水温度为1565℃时转入VD炉进行真空脱气处理，真空脱气处理的真空度为30Pa，真空保持时间为20分钟；

（2）浇铸工艺：将冶炼后的钢水连续浇铸，浇铸温度为1540℃，得到连铸坯；

（3）以步骤（2）制得的连铸坯为自耗电极，利用板坯电渣炉，采用960mm结晶器进行电渣重熔，以确保合理的轧制压缩比，重熔过程采用五元渣系，熔速控制为20 kg/min，利用电渣重熔的自下而上逐渐进行的凝固方式，得到960mm厚的大电渣锭，电渣锭内部致密，钢质纯净；

（4）加热工艺：将电渣锭进行加热处理，1000℃以下时升温速度为100℃/h，加热至1270℃时保温，总加热时间13min/cm；

（5）轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段轧制温度为930～1050℃，开轧温度为1050℃，终轧温度为930℃，该阶段单道次压下量为25%，累计压下率为70％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，轧制温度为870～910℃，开轧温度为910℃，终轧温度为870℃，单道次压下量为10%，累计压下率为50％，制得钢板粗品；

（6）热处理工艺：对钢板粗品进行正火处理，正火温度为910℃，保温系数为1.8min/mm，正火后放置在带有水槽的晾钢台架上进行风冷，得到成品钢板。

本实施例的钢板的力学性能：屈服强度336MPa，抗拉强度590MPa，-40℃冲击功平均106焦，Z向断面收缩率为52%，延伸率为23%。该钢板的耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能良好。

实施例2

本实施例的大厚度海洋平台用钢板，该钢板的化学成分按质量百分比为：C：0.14%、Si：0.40%、Mn：1.4%、P：0.007%、S：0.003%、Al：0.020%、Nb：0.02%、V：0.1%，余量为Fe和不可避免的杂质。钢板的厚度为300mm。

该实施例钢板的生产方法，包括如下步骤：

（1）冶炼工艺：将含有质量百分比为：C：0.14%、Si：0.40%、Mn：1.4%、P：0.007%、S：0.003%、Al：0.020%、Nb：0.02%、V：0.1%成分的钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，在精炼时喂入Al线，钢水温度为1570℃时转入VD炉进行真空脱气处理，真空脱气处理的真空度为26Pa，真空保持时间为60分钟；

（2）浇铸工艺：将冶炼后的钢水连续浇铸，浇铸温度为1545℃，得到连铸坯；

（3）以步骤（2）制得的连铸坯为自耗电极，利用板坯电渣炉，采用960mm结晶器进行电渣重熔，以确保合理的轧制压缩比，重熔过程采用五元渣系，熔速控制为20 kg/min，利用电渣重熔的自下而上逐渐进行的凝固方式，得到960mm厚的大电渣锭，电渣锭内部致密，钢质纯净；

（4）加热工艺：将电渣锭进行加热处理，1000℃以下时升温速度为120℃/h，加热至1250℃时保温，总加热时间10min/cm；

（5）轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段轧制温度为960～1100℃，开轧温度为1100℃，终轧温度为960℃，该阶段单道次压下量为10%，累计压下率为90％，第二阶段轧制温度为830～890℃，开轧温度为890℃，终轧温度为830℃，单道次压下量为27%，累计压下率为30％，制得钢板粗品；

（6）热处理工艺：对钢板粗品进行正火处理，正火温度为930℃，保温系数为2min/mm，正火后放置在带有水槽的晾钢台架上进行风冷，得到成品钢板。

本实施例的钢板的力学性能：屈服强度328MPa，抗拉强度577MPa，-40℃冲击功平均126焦，Z向断面收缩率为56%，延伸率为27%。该钢板的耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能良好。

Claims (8)

1.一种大厚度海洋平台用钢板，其特征在于，该钢板的各化学成分质量百分比如下：C：0.14%～0.18%、Si：0.30%～0.40%、Mn：1.2%～1.4%、P：≤0.015%、S：≤0.005%、Al：0.020%～0.045%、Nb：0.02%～0.05%、V：0.05%～0.1%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的大厚度海洋平台用钢板，其特征在于，所述钢板的厚度为300mm。

3.一种权利要求1或2所述的大厚度海洋平台用钢板的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）冶炼工艺：将含有质量百分比为：C：0.14%～0.18%、Si：0.30%～0.40%、Mn：1.2%～1.4%、P：≤0.015%、S：≤0.005%、Al：0.020%～0.045%、Nb：0.02%～0.05%、V：0.05%～0.1%成分的钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度为1560±10℃时转入VD炉进行真空脱气处理；

（2）浇铸工艺：将冶炼后的钢水连续浇铸，得到连铸坯；

（3）以步骤（2）制得的连铸坯为自耗电极，利用板坯电渣炉，进行电渣重熔，利用电渣重熔的自下而上逐渐进行的凝固方式，得到电渣锭；

（4）加热工艺：将电渣锭进行加热处理，1000℃以下时升温速度为100～120℃/h，加热至1260±10℃时保温，总加热时间12±2min/cm；

（5）轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段轧制温度为930～1100℃，单道次压下量为10～25%，累计压下率为70～90％，第二阶段轧制温度为830～910℃，单道次压下量为10～27%，累计压下率为30～50％，制得钢板粗品；

（6）热处理工艺：对钢板粗品进行正火处理，正火温度为920±10℃，保温系数为1.8～2min/mm，正火后进行风冷，得到成品钢板。

4.根据权利要求3所述的大厚度海洋平台用钢板的生产方法，其特征在于，步骤（1）中在精炼时喂入Al线。

5.根据权利要求3所述的大厚度海洋平台用钢板的生产方法，其特征在于，步骤（1）中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。

6.根据权利要求3所述的大厚度海洋平台用钢板的生产方法，其特征在于，步骤（2）中浇铸的温度为1535～1545℃。

7.根据权利要求3所述的大厚度海洋平台用钢板的生产方法，其特征在于，步骤（3）中电渣重熔采用960mm结晶器，熔速为20 kg/min。

8.根据权利要求3所述的大厚度海洋平台用钢板的生产方法，其特征在于，步骤（5）中第一阶段轧制的开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为930～960℃，第二阶段轧制的开轧温度为890～910℃，终轧温度为830～870℃。