CN102965592B

CN102965592B - 一种低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板的生产方法

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Publication number: CN102965592B
Application number: CN201210531442.XA
Authority: CN
Inventors: 吴年春; 尹雨群; 刘朝霞; 崔强; 李恒坤; 车马俊
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CN102965592A

Abstract

本发明公开了一种厚度方向性能均匀的低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板的生产方法，通过转炉冶炼，连铸生产，通过控轧控冷工艺，在中厚板卷轧制上轧制，轧后采用层流冷却，终冷温度650～700℃，冷却速率5～10℃/s，最后进行正火+淬火+回火热处理。本发明所获得的一种厚度方向性能均匀的低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板的，性能良好，在满足DNV、CCS、ABS等船级社E690钢认证要求基础上，厚规格钢板厚度方向强度差别小于15MPa，-40℃低温横向冲击平均值相差小于20J，延伸率差异小于1%，并且具有批量化生产条件，生产工艺稳定，可操作性强等特点。

Description

一种低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板的生产方法

技术领域

本发明涉及一种海洋工程用钢板的生产方法，具体的说是一种低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板的生产方法。

背景技术

由于海洋资源利用的日趋发展，人类对海洋开发也不断从滨海向深海推进，而作为海洋资源开发的重要装备，如海洋平台、大型船只、以及开发作业的支撑结构海洋工程装备前景广阔，发展势头强劲。由海洋资源开发推动的海洋工程装备的进一步发展，将拉动海洋工程用钢向更高强度发展，如作为海洋石油平台及船舶等货物装卸和人员输送的设备海洋平台起重机，如吊臂和转台一般需690MPa以上超高强钢，在升降用的桩腿及齿条，不仅需要690MPa以上超高强度，还需要大厚度，以及耐寒冷气侯，对生产厂家来说，厚规格超高强耐低温钢的制造的难度要远远高于同强度级别的高强机械钢的制造。生产海洋工程用钢通常用电炉或转炉两种方法冶炼，用模铸或者连铸方法进行铸坯。相比之下，转炉冶炼和连铸生产的方式生产海洋工程用钢成本低廉。生产厚规格的海洋工程用钢，钢板与钢坯的压缩比较小，选用连铸坯厚为220mm，生产80mm的钢板，压缩比不到1/3，因而钢板成分和性能范围较窄，有害元素、夹杂物水平及中心偏析控制水平要求极高。最为关键的问题就是如何解决低压缩比钢板的厚度方向性能均匀性的问题。

现有的涉及海洋工程用钢的生产方法的专利，主要是通过控轧控冷或热处理方法获得海洋工程用钢板，技术不足之处为：强度低，组织多为体素体+珠光体组织，并且在对提高低压缩比厚规格厚度方向组织性能均匀性考虑较少，如：“一种大厚度海洋工程用钢板及其生产方法”（中国专利 CN 102400043）、“宽厚规格高强度船板钢及其生产工艺”（中国专利 CN 101418417）、“一种大厚度调质型海洋平台用钢”（中国专利 CN 101709432）、“一种80mm厚低压缩比海洋工程用钢板及制造方法”（中国专利 CN 102392192）、“一种易焊接高强度高韧性的船板钢及生产工艺”（中国专利 CN 101775559）、“低温韧性优良的780MPa级高张力钢钢板的制造”（中国专利 CN 101688262）。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板的生产方法，可以保证厚规格超高强海洋工程用钢板的低压缩比、超高强度、高韧性、可焊性、及厚度方向性能均匀。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种厚度方向性能均匀的低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板的生产方法，该超高强度海洋工程用钢板的化学成分按重量百分比计，C：0.08～0.10%，Si：0.10～0.30%，Mn：1.20～1.60%，P：≤0.010%，S：≤0.0020%，Nb：0.030～0.050%，Ti：0.015～0.020%，Ni：0.80～1.00%，Cr：0.20～0.50%，Cu：0.20～0.40%，Mo：0.20～0.40%，B：0.0010～0.0030%，Alt：0.020～0.040%，余量为Fe及不可避免的杂质。

由于钢的化学成分直接关系到连铸坯内部质量与中心偏析程度的控制难易程度，也是最终高强钢板性能是否均匀的关键因素之一，本发明为了使所述钢在满足超高强、耐低温之外，还需保证厚规格钢板厚度方向性能均匀性，对所述钢的化学成分进行了限制，原因在于：

C：碳是影响超高强度钢力学性能的主要元素，也是影响低压缩比钢连铸坯中心偏析的主要元素，为了避开包晶钢的生产，又要提高钢的淬透性，保证钢的强度。所以碳含量控制在0.08～0.010%。这也有利于在超高强海工板认证过程中需要50KJ/cm的大线能量焊接。

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的固溶强化作用，但硅含量过高，对钢板焊接性、表面质量及耐低温韧性都存在较大的影响，故本发明中将硅限定在0.20～0.40%的范围内。

Mn：锰在冶炼工序中起脱氧作用，同时对细化组织、提高强度和韧性有利。在调质钢中可以增加钢的淬透性，并且成本低廉。锰含量过高时，则会在实际生产中引起连铸坯偏析。对于本发明钢，锰含量控制在1.20～1.60%的范围内。

Nb：微量铌的溶质拖曳作用和铌对奥氏体晶界的钉扎作用，均抑制形变奥氏体的再结晶，并在冷却或调质处理的回火时形成析出物，从而使强度和韧性均得到提高。但是Nb会对焊接韧性有影响，故本发明钢中，铌含量应控制在0.030～0.050%的范围内。

Ti：钛是用来固定钢中的氮元素，在适当条件下，钛、氮形成氮化钛，阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。但是Ti与C生成硬的粒子TiC对钢板焊接韧性是不利的。故在本发明中，结合实际生产中钢中氮含量控制范围，将钛成分控制在0.015～0.020%。

Ni：镍在钢中能提高钢的强度，尤其是提高钢的低温韧性以及在空气、海水和某些酸中的耐腐蚀性。但是钢中镍含量增高，生产成本会显著增加，故本发明中镍含量控制在0.80～1.00%。

Cr、Cu：铬与铜是提高钢淬透性的元素，能够抑制多边形铁素体和珠光体的形成，促进低温组织贝氏体或马氏体的转变，是调质钢常加入的元素。但Cr与Cu含量过高将影响钢的韧性，并引起回火脆性，本发明中铬含量控制在0.20～0.50%、铜含量控制在0.20～0.40%。

Mo：提高钢的淬透性，大量添加时会增加成本，并降低韧性和可焊性。回火时，形成碳化物颗粒，有利于析出强化，稳定调质钢性能。本发明中，钼含量限制在0.20～0.40%。

Al：铝是炼钢过程中一种重要的脱氧元素，即使在钢水中加入微量的铝，也可以有效减少钢中的夹杂物含量，并细化晶粒。但过多的铝，会促进连铸坯产生表面裂纹，产生内部铝系夹杂物，降低板坯质量，因此，全铝含量应控制在0.020～0.040%。

B：硼是为了确保淬透性所必需的元素，在得到相同淬透性的情况下，添加硼要比添加其它合金元素更有利于钢的焊接性。加入微量硼可明显抑制铁素体在奥氏体晶界上形核，使铁素体转变曲线明显右移，同时使贝氏体转变曲线变得扁平，在本发明低碳情况下，可以保证在轧后较低冷速下得到贝氏体组织。

本发明未加入V，虽然调质钢中钒的加入可细化组织晶粒，稳定性能，但是V是一种强偏析微合金，在轧制过程中易形成粒状硬质贝氏体，恶化钢的韧性，造成低压缩比厚板沿厚度方向上的组织性能的差异。

钢中的杂质元素，如S、P等，会增加连铸坯偏析程度，增加钢板厚度方向组织性能均匀性。因此，硫、磷含量应分别控制在≤0.0020%和≤0.010%以下。并控制其它不可避免的杂质元素如As、Pb、Sn、Sb分别控制在0.010%以下，O、N、H分别控制如：O≤0.0020%，N≤0.0060%，H≤0.0002%。

一种厚度方向性能均匀的低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板的生产方法，该生产方法包括如下工序：

冶炼连铸工艺：冶炼流程为铁水预处理脱硫-转炉冶炼-LF精炼-RH真空处理-喂钙线-静搅-板坯连铸；脱硫处理后，转炉采用两次造渣操作，钙线处理后进行静搅，静搅处理时间12min～20min，过热度10～15℃，220mm铸坯拉速为0.7～1.00m/min；

轧制工艺：采用控轧控冷工艺，轧前连铸坯加热温度介于1180℃～1200℃，加热速度为10～12min/cm，均热段时间为30-50min；采用两阶段轧制，粗轧每道次压下率≥12%，粗轧终轧温度1050～1100℃，中间坯待温厚度为100-140mm；精轧开轧温度为830～880℃，轧后采用层流冷却，终冷温度650～700℃，冷却速率5～10℃/s，随后空冷；

热处理工艺：将空冷后的钢板再进行加热，加热温度在Ac₃之上30～80℃进行奥氏体相区正火处理，正火温度介于890～920℃，正火保温时间为1.25min/mm×板厚+45min，随后进行淬火处理，淬火温度稍低于正火温度，淬火温度为880～910℃，保温时间同正火保温时间一样，淬火后580～620℃回火，回火保温时间为（1.5～2.0）min/mm×板厚+30min。

这样，本发明通过低碳无钒及其它合理的成分控制，利用合理的双渣操作做好低P控制、低拉速、低过热度，优化冶炼工艺；轧制阶段的合理道次压下量分配制度，并通过对轧制后冷却速度的控制，正火+淬火+回火合理的热处理工艺；从而提高低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板厚度方向性能均匀性。本发明钢厚度方向性能差异较小，在满足DNV、CCS、ABS等船级社E690钢认证要求基础上，厚规格钢板厚度方向强度差别小于15 MPa，-40℃低温横向冲击平均值相差小于20J，延伸率几乎无差别。并且具有批量化生产条件，生产工艺稳定，可操作性强等特点。具体性能为：抗拉强度为800～840MPa，屈服强度为710～750MPa，延伸率为16～19%，-40℃低温横向冲击、以及低温时效冲击性能≥90J，冷弯性能良好。在满足DNV、CCS、ABS等船级社E690钢认证要求基础上，厚规格钢板厚度方向强度差别小于15 MPa，-40℃低温横向冲击平均值相差小于20J，延伸率几乎无差别。

本发明的有益效果是：

⑴本发明适应众多国内钢铁生产用转炉冶炼及连铸方式生产低压缩比海洋工程用钢，本发明选择连铸坯，生产厚规格690Mpa级低压缩比超高强海洋工程用钢，有利于指导其它大厚度、低压缩比类似钢种的开发。

⑵通过轧制后适中的冷却速度控制，一方面是轧制后的组织得以保存至室温，另一方面，尽可能多的避免表面温降过快，导致表面强度过高，韧性变差的缺点。

⑶本发明利用易于控制的化学成分和易于在生产中实现的TMCP工艺的前提下，通过增加一道正火处理，在增加成本不显著的情况下，无需特殊工艺，或增加其它任何设备，便可获得低压缩比超高强度高韧性的海洋工程用钢，并能保证厚度方向性能均匀。

⑷通过增加简单的一道正火处理，合理控制正火、淬火处理温度，使钢材进行多次相变，改善组织形貌，组织都为回火索氏体组织，组织差异较小，减轻连铸坯带来的中心偏析程度，降低了板厚1/2处与其它部位的组织性能差异。

⑸本发明制造方法，对于如此超高强度钢板制造，通过Nb微合金化技术，扩大奥氏体非再结晶区间，使得终轧温度可在较高的温度下进行，减少中间坯待温时间，同是未添加钒，有效的减少中心偏析及板厚1/2处粒状贝氏体出现的几率，提高中心部位的冲击韧性。

附图说明

图1为实施例1的80mm厚超高强高韧性海洋工程用钢沿厚度方向上表面的组织形貌。

图2为实施例1的80mm厚超高强高韧性海洋工程用钢沿厚度方向上1/4处的组织形貌。

图3为实施例1的80mm厚超高强高韧性海洋工程用钢沿厚度方向上1/2处的组织形貌。

图4为实施例1的80mm厚超高强高韧性海洋工程用钢沿厚度方向下1/4处的组织形貌。

图5为实施例1的80mm厚超高强高韧性海洋工程用钢沿厚度方向下表面的组织形貌。

具体实施方式

实施例

各实施例主要化学成分如表1所示：

表1 本发明实施例的主要化学成分（wt%）

	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti	Ni	Cr	Cu	Mo	B	Alt
														实施例1	0.09	0.20	1.35	0.005	0.001	0.038	0.015	0.9	0.35	0.30	0.40	0.0016	0.0039
实施例2	0.08	0.10	1.20	0.010	0.002	0.030	0.020	0.8	0.20	0.40	0.20	0.0020	0.0030
														实施例3	0.10	0.30	1.45	0.003	0.001	0.050	0.015	1.0	0.50	0.30	0.35	0.0030	0.0035
实施例4	0.09	0.15	1.60	0.008	0.001	0.040	0.016	0.9	0.30	0.20	0.30	0.0015	0.0020

冶炼流程为采用铁水预处理脱硫-转炉冶炼-LF精炼-RH真空处理-喂钙线-静搅-板坯连铸。脱硫处理后，转炉采用两次造渣操作，钙线处理后进行静搅，静搅处理时间：实施例1：15min，实施例2：12min，实施例3：14min，实施例4：16min；过热度：实施例1：13℃，实施例2：10℃，实施例3：15℃，实施例4：14℃；220mm铸坯拉速：实施例1：0.9m/min，实施例2：0.7m/min，实施例3：0.8m/min，实施例4：1.0m/min；铸坯堆垛缓冷。

采用控轧控冷工艺在中厚板炉卷轧机上轧制，轧后进行热处理。轧前连铸坯加热温度介于1180℃～1200℃，加热速度为10～12min/cm，均热段时间为30-50min，采用两阶段轧制，粗轧每道次压下率≥12%，粗轧终轧温度1050～1100℃，中间坯待温厚度为100-140mm；精轧开轧温度为830～880℃，轧后采用层流冷却，终冷温度650～700℃，冷却速率5～10℃/s，随后空冷。轧制冷却工艺参数表如表2所示：

表2 轧制冷却工艺参数表

随后在热处理炉上对实施例进行正火+淬火+回火处理，正火温度介于890～920℃，正火保温时间为1.25min/mm×板厚+45min，随后进行淬火处理，淬火温度稍低于正火温度，介于880～910℃，保温时间同正火时间一样，淬火后在580～620℃回火，回火保温时间为（1.5～2.0）min/mm×板厚+30min。热处理具体工艺参数如表3所示：

表3 热处理工艺参数表

实施例在热轧后组织为贝氏体，经调质处理后，组织为均匀的回火索氏体。图1-5为实施例1的80mm低压缩比超高海洋工程用钢金相组织形貌，实例例沿厚度方向表面、板厚1/4处、板厚1/2处组织形貌差别较小，回火索氏体组织规则，索氏体片层间距较为细小。

按照本发明的工艺获得的板材拉伸性能、低温冲击性能如表4所示。本发明实施例的性能结果良好，其中材料的抗拉强度为800～840MPa，屈服强度为710～750MPa，延伸率为16～19%，-40℃低温横向冲击、以及低温时效冲击性能≥90J，冷弯性能良好。在满足DNV、CCS、ABS等船级社E690钢认证要求基础上，厚规格钢板厚度方向强度差别小于15 MPa，-40℃低温横向冲击平均值相差小于20J，延伸率几乎无差别。并且具有批量化生产条件，生产工艺稳定，可操作性强等特点。

表4 本发明实施例调质热处理后获得的板材拉伸性能

Figure 201210531442X100002DEST_PATH_IMAGE005

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板的生产方法，其特征在于：该低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板的化学成分按重量百分比计，C：0.08～0.10%，Si：0.10～0.30%，Mn：1.20～1.60%，P：≤0.010%，S：≤0.0020%，Nb：0.030～0.050%，Ti：0.015～0.020%，Ni：0.80～1.00%，Cr：0.20～0.50%，Cu：0.20～0.40%，Mo：0.20～0.40%，B：0.0010～0.0030%，Alt：0.020～0.040%，余量为Fe及不可避免的杂质；

生产方法包括：

2.如权利要求1所述的低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板的生产方法，其特征在于：所述钢板厚度方向强度差别小于15 MPa，-40℃低温横向冲击平均值相差小于20J，延伸率差异小于1%。

3.如权利要求1所述的低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板的生产方法，其特征在于：所述钢板抗拉强度为800～840MPa，屈服强度为710～750MPa，延伸率为16～19%，-40℃低温横向冲击性能≥90J。

4.如权利要求1所述的低压缩比厚规格超高强海洋工程用钢板的生产方法，其特征在于：所述钢板组织为均匀的回火索氏体。