CN102888560A

CN102888560A - 一种大厚度海洋工程用调质高强度钢板及其生产方法

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Publication number: CN102888560A
Application number: CN2012103877961A
Authority: CN
Inventors: 谢良法; 叶建军; 赵文忠; 刘生; 张海军; 庞辉勇; 王九清; 吴涛; 刘印子; 张东方; 张朋
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd; Hebei Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd; Hebei Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: CN102888560B

Abstract

本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体公开了一种大厚度海洋工程用调质高强度钢板及其生产方法。大厚度海洋工程用调质高强度钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.15%～0.17%，Si：0.25%～0.50%，Mn：1.45%～1.60%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni：0.35%～0.45%，Nb：0.02%～0.04%，Al：0.020%～0.040%，V：0.060%～0.075%，Ti：0.010%～0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明钢板的最大厚度为140mm，该钢板的生产方法为：冶炼→LF/VD精炼→模铸→加热→轧制→热堆垛→热处理→成品钢板。采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、强度高、-40℃冲击功良好、Z向断面收缩率较高以及焊接性能好等特点，可广泛用于海洋工程，应用前景广阔。

Description

一种大厚度海洋工程用调质高强度钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种大厚度海洋工程用调质高强度钢板，同时还涉及一种该钢板的生产方法。

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。未来海洋工程装备和设施将支撑起我国海洋石油工业和海洋能源工业走到世界前列，与此同时，将带动国内造船、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，其对所用钢材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，还要求高强度、高韧性、易焊接等性能。从目前情况看，屈服强度355MPa以下的海洋工程用钢基本实现了国产化，并且占据了海洋工程用钢量的90%，而420MPa级以上钢板的推广是将来发展趋势，该厚度、强度级别钢板的成功研制，对于该级别钢板的国产化及进一步推广应用都具有重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种大厚度海洋工程用调质高强度钢板，以提高钢板的低温冲击韧性、抗层状撕裂性能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种大厚度海洋工程用调质高强度钢板，是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.15%～0.17%，Si：0.25%～0.50%，Mn：1.45%～1.60%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni：0.35%～0.45%，Nb：0.02%～0.04%，Al：0.020%～0.040%，V：0.060%～0.075%，Ti：0.010%～0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述钢板的最大厚度为140mm。

本发明钢板采用化学成分设计，碳、锰固溶强化；加入少量的Nb、V细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；通过后续合理的热处理工艺，钢板具有良好的力学性能。

钢板中各组分及含量在本发明中的作用是：

C：0.15%～0.17%，碳对钢的屈服强度、抗拉强度、焊接性能产生显著影响，较高的碳含量可以显著提高钢板的淬透性，尤其针对特厚板来说，可以显著增加淬硬层深度，从而获取较多的马氏体，再经过高温回火，使其强韧性得以最佳匹配。与此同时C是最直接、最经济的提高钢板强度的元素，从而有效减少贵重合金元素（Ni）的使用量。但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性。

Si：0.25%～0.50%，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，但含量过高时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。

Mn：1.45%～1.60%，锰成本低廉，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；锰量过高，对于大厚度钢板易出现中心偏析。

P≤0.012%，S≤0.005%：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性；磷使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；硫降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。

Al：0.020%～0.040%，铝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；铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

Nb：0.02%～0.04%，铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，有效地细化显微组织，并通过析出强化基体；铌可降低钢的过热敏感性及回火脆性，焊接过程中，铌、硼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：0.060%～0.075%，钒是钢的优良脱氧剂，钢中加钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性；钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

Ti：0.010%～0.020%，钛是良好的脱氧剂，钢中加Ti可与C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物，这些化合物具有好的晶粒细化效果。

Ni：0.35%～0.45%，镍溶于奥氏体，抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，提高钢板低温韧性。

本发明的目的还在于提供一种大厚度海洋工程用调质高强度钢板的生产方法，以得到屈服强度高、抗拉强度高及延伸率好的大厚度结构件用钢板。

本发明大厚度海洋工程用调质高强度钢板的生产方法所采用的技术方案的步骤如下：

（1）冶炼：将含有以下质量百分比C：0.15%～0.17%，Si：0.25%～0.50%，Mn：1.45%～1.60%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni：0.35%～0.45%，Nb：0.02%～0.04%，Al：0.020%～0.040%，V：0.060%～0.075%，Ti：0.010%～0.020%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，钢水温度达到或超过1560±10℃转入VD炉真空脱气处理；

（2）模铸：将钢水注模，钢锭入缓冷坑缓冷，缓冷时间≥24小时；

（3）加热：钢锭加热温度最高1220～1240℃，均热温度1200～1220℃，保温10小时；

（4）轧制：采用再结晶区加未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为930～1100℃，此阶段单道次压下量为10%～20%，累计压下率为30%～50%，第二阶段轧制温度为840～910℃，累计压下率为30%～50%，得到钢板粗品，使得钢板组织为铁素体、珠光体、贝氏体等低碳贝氏体复合组织；

（5）热堆垛：轧后热堆垛温度600～650℃，堆垛48小时；

（6）热处理：对钢板粗品进行850～855℃、保温时间2min/mm加热，出炉后入水槽淬火；回火温度580～586℃，保温时间3.5min/mm，得到成品钢板。

步骤（1）所述精炼时喂入Al线，真空脱气处理前加入CaSi块≥100kg/炉或Fe-Ca线400～450m，改变夹杂物形态，真空脱气处理的真空度不大于66.6Pa，真空保持时间不低于20分钟。

步骤（2）所述浇铸温度为1535～1545℃。

步骤（4）所述的第一阶段轧制的开轧温度为930～1100℃，终轧温度为920～970℃；第二阶段轧制的开轧温度为840～910℃，终轧温度为830～870℃。

本发明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合金元素的配比，能在低贵重合金使用量条件下确保钢板力学性能良好，使钢板具有良好的组织、综合性能和焊接性能，增强市场竞争力；本发明钢板的生产方法采用两阶段轧制工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、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、珠光体、贝氏体等复合组织，钢板组织均匀、细小。

本发明具有以下优点：①本发明的钢质更纯净，P≤0.012%，S≤0.005%；②低温冲击功高，-40℃冲击功80J以上；③钢板最大厚度可达到140mm；④Z向延伸性能平均为40%；⑤钢板组织为铁素体、珠光体、贝氏体等复合组织。

试验结果表明：采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、-40℃冲击功良好及Z向断面收缩率较高、焊接性能好等特点。

具体实施方式

实施例1

本实施例的大厚度海洋工程用钢板是由以下质量百分比的组分熔炼而成：C：0.16%，Si：0.35%，Mn：1.54%，P：0.010%，S：0.003%，Al：0.027%，Nb：0.035%，V：0.065%，Ni：0.45%，Ti：0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例制备的钢板厚度为140mm。

本实施例的大厚度海洋工程结构件用钢板生产方法的步骤如下：

（1）冶炼：将含有以下质量百分比C：0.16%，Si：0.35%，Mn：1.54%，P：0.010%，S：0.003%，Al：0.027%，Nb：0.035%，V：0.065%，Ni：0.45%，Ti：0.020%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉喂入Al线精炼，钢水温度达到或超过1560℃转入VD炉真空脱气处理；真空度为66.6Pa，真空保持时间20分钟，真空前加入CaSi块100kg/炉，去除钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

（2）模铸：将钢水注模，采用20吨钢锭生产，浇铸温度为1540℃，钢锭入缓冷坑缓冷，缓冷时间28小时；

（3）加热：钢锭加热温度最高1240℃，均热温度1220℃，保温10小时；

（4）轧制：采用再结晶+未再结晶两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段开轧温度为1050℃，终轧温度为950℃，累计压下率为30%，第二阶段开轧温度为880℃，终轧温度为850℃，累计压下率为40%，得到钢板粗品；

（5）堆垛：轧后热堆垛温度630℃，堆垛48小时；

（6）热处理：对钢板粗品进行850℃、保温时间2min/mm车底式炉加热，出炉后入水槽淬火；回火温度580℃，保温时间3.5min/mm，得到成品钢板。

本实例的140mm钢板的力学性能：

屈服强度480MPa，抗拉强度600MPa，-40℃冲击功平均80J，Z向性能为平均40%。

实施例2

本实施例的大厚度海洋工程用钢板是由以下质量百分比的组分熔炼而成：C：0.15%，Si：0.50%，Mn：1.59%，P：0.008%，S：0.004%，Al：0.040%，Nb：0.040%，V：0.060%，Ni：0.40%，Ti：0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例制备的钢板厚度为140mm。

（1）冶炼：将含有以下质量百分比C：0.15%，Si：0.50%，Mn：1.59%，P：0.008%，S：0.004%，Al：0.040%，Nb：0.040%，V：0.060%，Ni：0.40%，Ti：0.020%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉喂入Al线精炼，钢水温度达到或超过1570℃转入VD炉真空脱气处理；真空度为66.6Pa，真空保持时间25分钟，真空前加入Fe-Ca线400m，，去除钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

（2）模铸：将钢水注模，采用20吨钢锭生产，浇铸温度为1545℃，钢锭入缓冷坑缓冷，缓冷时间24小时；

（3）加热：钢锭加热温度最高1230℃，均热温度1210℃，保温10小时；

（4）轧制：采用再结晶+未再结晶两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段开轧温度为1100℃，终轧温度为970℃，累计压下率为40%，第二阶段开轧温度为910℃，终轧温度为870℃，累计压下率为50%，得到钢板粗品；

（5）堆垛：轧后热堆垛温度650℃，堆垛48小时；

（6）热处理：对钢板粗品进行855℃、保温时间2min/mm车底式炉加热，出炉后入水槽淬火；回火温度586℃，保温时间3.5min/mm，得到成品钢板。

本实例的140mm钢板的力学性能：

屈服强度468MPa，抗拉强度615MPa，-40℃冲击功平均97J，Z向性能为平均39%。

实施例3

本实施例的大厚度海洋工程用钢板是由以下质量百分比的组分熔炼而成：C：0.17%，Si：0.25%，Mn：1.45%，P：0.008%，S：0.004%，Al：0.020%，Nb：0.02%，V：0.075%，Ni：0.35%，Ti：0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例制备的钢板厚度为140mm。

（1）冶炼：将含有以下质量百分比C：0.17%，Si：0.25%，Mn：1.45%，P：0.008%，S：0.004%，Al：0.020%，Nb：0.02%，V：0.075%，Ni：0.35%，Ti：0.010%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉喂入Al线精炼，钢水温度达到或超过1550℃转入VD炉真空脱气处理；真空度为66.6Pa，真空保持时间20分钟，真空前加入CaSi块100kg/炉，去除钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

（2）模铸：将钢水注模，采用20吨钢锭生产，浇铸温度为1535℃，钢锭入缓冷坑缓冷，缓冷时间28小时；

（3）加热：钢锭加热温度最高1220℃，均热温度1200℃，保温10小时；

（4）轧制：采用再结晶+未再结晶两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段开轧温度为930℃，终轧温度为920℃，累计压下率为50%，第二阶段开轧温度为840℃，终轧温度为830℃，累计压下率为30%，得到钢板粗品；

（5）堆垛：轧后热堆垛温度600℃，堆垛48小时；

本实例的140mm钢板的力学性能：

屈服强度475MPa，抗拉强度612MPa，-40℃冲击功平均89J，Z向性能为平均41%。

Claims

1.一种大厚度海洋工程用调质高强度钢板，其特征在于，所述的钢板是由以下质量百分比的组分熔炼而成：C：0.15%～0.17%，Si：0.25%～0.50%，Mn：1.45%～1.60%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni：0.35%～0.45%，Nb：0.02%～0.04%，Al：0.020%～0.040%，V：0.060%～0.075%，Ti：0.010%～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调质高强度钢板，其特征在于，所述的钢板的最大厚度为140mm。

3.一种如权利要求1所述的大厚度海洋工程用调质高强度钢板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

（4）轧制：采用再结晶区加未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为930～1100℃，此阶段单道次压下量为10%～20%，累计压下率为30%～50%，第二阶段轧制温度为840～910℃，累计压下率为30%～50%，得到钢板粗品；

（5）热堆垛：轧后热堆垛温度600～650℃，堆垛48小时；

4.根据权利要求3所述的大厚度海洋工程用调质高强度钢板的生产方法，其特征在于，步骤（1）所述精炼时喂入Al线，真空脱气处理前加入CaSi块≥100kg/炉或Fe-Ca线400～450m，真空脱气处理的真空度不大于66.6Pa，真空保持时间不低于20分钟。

5.根据权利要求3所述的大厚度海洋工程用调质高强度钢板的生产方法，其特征在于，步骤（2）所述浇铸温度为1535～1545℃。

6.根据权利要求3所述的大厚度海洋工程用调质高强度钢板的生产方法，其特征在于，步骤（4）所述的第一阶段轧制的开轧温度为930～1100℃，终轧温度为920～970℃；第二阶段轧制的开轧温度为840～910℃，终轧温度为830～870℃。