CN103305768A

CN103305768A - 一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢及其生产方法

Info

Publication number: CN103305768A
Application number: CN2013102462320A
Authority: CN
Inventors: 庞辉勇; 叶建军; 韦明; 吴涛; 王九清; 刘印子; 车金锋; 张东方; 王全胜; 李劲峰; 王晓刚
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: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明涉及一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢及其生产方法，属于钢铁冶炼工艺技术领域。技术方案是包含冶炼、浇铸、加热、轧制、探伤预处理、热处理工序，各化学成分质量百分比如下：C：0.12%～0.14%、Si：0.15%～0.35%、Mn：0.90%～1.10%、P：≤0.012%、S：≤0.005%、Ni：1.45%-1.55%、Cr：0.75%-0.90%、Mo：0.40%-0.60%、Cu：0.25%-0.35%、Nb：0.020%～0.050%、V：0.04%-0.06%、TAl全铝：0.020%～0.045%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的有益效果：钢质更纯净，低温冲击功高，板厚1/4处-40℃横向冲击功150J以上，板厚1/2处-30℃冲击功120J以上；断面收缩率在50%～60%之间；钢板化学成分采用Cr-Ni-Cu复合设计，盐雾实验与全津实验表明耐腐蚀能力强；钢板焊接评定实验及现场使焊表明焊接性能良好。

Description

一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢及其生产方法，属于钢铁冶炼工艺技术领域。

背景技术

随着我国海洋开发的不断发展，近海石油的开采逐步向深海区域发展，尤其是在国家发展海洋战略的背景下，海洋平台的建造迎来了一个新的高速发展时期。大厚度齿条钢板是制造海洋钻井平台的关键材料，其特点是高强度、高韧性、大厚度、耐腐蚀性，技术含量高，生产难度极大；目前，背景技术存在的主要问题是：低温冲击功不稳定、Z向性能不佳、厚度方向性能均匀性差；另外，由于现有的海洋齿条用钢板中碳当量普遍偏高，给焊接带来较大的困难，耐海水腐蚀性较差，不能满足海洋工程机械的使用条件。

发明内容

本发明目的是提供一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢及其生产方法，抗拉强度高，耐低温冲击韧性、抗层状撕裂性能和焊接性能均良好，解决背景技术中存在的上述问题。

发明的技术方案是：一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢，各化学成分质量百分比如下：C：0.12%～0.14%、Si：0.15%～0.35%、Mn：0.90%～1.10%、P：≤0.012%、S：≤0.005%、Ni：1.45%-1.55%、Cr：0.75%-0.90%、Mo：0.40%-0.60%、Cu：0.25%-0.35%、Nb：0.020%～0.050%、V：0.04%-0.06%、TAl全铝：0.020%～0.045%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢，轧制成钢板的厚度为152.4mm。

本发明采用的化学成分设计为：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；加入少量的Cu与Ni、Cr复合作用，具有耐海水腐蚀作用，通过后续合理的热处理工艺，钢板具有良好的力学性能。

各组分及含量在本发明中的作用是：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；Cr含量对钢板的强度、塑性和低温冲击韧性均有较大影响，这是由于Cr既能固溶于铁素体和奥氏体中，又能与钢中的C形成多种碳化物。Cr固溶于奥氏体时，可提高钢的淬透性，当Cr与C形成复杂碳化物，并在钢中弥散析出时，可起到弥散强化作用，由于Cr 提高淬透性和固溶强化的作用，能提高钢在热处理状态下的强度和硬度，因而广泛应用于低合金结构钢中，但是Cr在钢中起到强化作用的同时亦使塑性有所降低，并增加回火脆性，因此可根据对强塑性的要求，确定合适的Cr含量；Ni对钢板的强度和塑性均略有提高，对低温冲击韧性提高幅度较大，这是由于Ni在钢中只形成固溶体，而且固溶强化作用不明显，而主要是通过在塑性变形时增加晶格滑移面来提高材料塑性，Ni还可提高合金钢的淬透性，并能改善钢在低温下的韧性，使韧脆转变温度下降，由于Ni的价格较高，故其含量不宜过高，以1.55%以下为宜；Mo对钢板强度、塑性和低温冲击韧性均有较大提高，这是由于Mo固溶于铁素体和奥氏体时，可使钢的C曲线右移，从而显著提高钢的淬透性，而且Mo能显著提高钢的再结晶温度，提高回火稳定性，调质后可获得细晶粒的索氏体，使强韧性得到改善，当形成Mo的碳化物时，可起到弥散强化作用，因此随Mo含量增加，强韧性得到提高；Cu 化学稳定性好，铜的标准电板电位为+0.34V，比氢高，在水溶液中不能置换氢，因此，铜在许多介质中化学稳定性好，具有耐腐蚀性。另外通过回火时效析出细小的δ铜能够提高钢的强度；Nb的加入是为了促进钢轧制态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地细化显微组织，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：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；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。

一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢的生产方法，包含冶炼、浇铸、加热、轧制、探伤预处理、热处理工序，各工序具体工艺步骤如下：

①冶炼工序：将含有以下质量百分比C：0.12%～0.14%、Si：0.15%～0.35%、Mn：0.90%～1.10%、P：≤0.012%、S：≤0.005%、Ni：1.45%-1.55%、Cr：0.75%-0.90%、Mo：0.40%-0.60%、Cu：0.25%-0.35%、Nb：0.020%～0.050%、V：0.04%-0.06%、TAl全铝：0.020%～0.045%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1570±10℃转入VD炉真空脱气处理；

②浇铸工序：冶炼后的钢水进行浇铸，得到钢锭；

③加热工序：将钢锭进行加热处理，1000℃以下时升温速度为100～120℃/h，1000℃以上升温速度不限，700℃保温2小时，升温至950℃保温3个小时，加热至1260±10℃时保温，保温8个小时；

④轧制工序：采用晾钢轧制工艺，Ⅰ阶段轧制温度为930～1100℃，单道次压下量为10%～25%，累计压下率为60%～70％，晾钢厚度220mm；Ⅱ阶段开轧制温度为890～920℃，单道次压下量为10%～27%，累计压下率为30%～40％，轧后冷却，出水温度790-810℃，得到粗制钢板；

⑤探伤预处理工序：所得到的粗制钢板，经矫直后上冷床待下钢，堆垛72小时缓冷处理，其后按ASTM A578/A578M 标准C级进行探伤，得到钢板；

⑥热处理工序：所得到的钢板在辊底式淬火炉进行调质处理，淬火工艺为，加热温度930±5℃，总加热时间PLC+80min，高压段最大水量，辊速2m/min；低压段摇摆时间30min，出炉返红温度小于100℃；回火工艺为，辊底式回火炉回火，加热温度650±5℃，总加热时间4.5min/mm，出炉后空冷，得到最终产品。

所述冶炼工序，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线，真空脱气处理前加入CaSi块；VD炉真空脱气处理，真空度不大于66.6Pa，真空保持时间不低于20分钟。

所述浇铸工序，浇铸温度为1540～1550℃，浇铸钢锭为35吨锭型。

所述加热工序，加热温度1260～1280℃，均热温度1240～1260℃。

所述热处理工序，对钢板的调质工艺在辊底式淬火炉热处理，采用淬火机二级自动加热模型，确保钢板心部加热均匀。

本发明生产的钢板，通过调整优化钢板中合金元素的配比，能在低碳当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；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、有优良的综合性能；低温韧性有相当大的富裕量，可广泛用于海洋钻井平台工程、海洋风力发电工程等，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，得到钢板心部以马氏体为主，并含有少量贝氏体的复合组织，钢板组织均匀、细小。

本发明的有益效果：①本发明的钢质更纯净，P≤0.010%，S≤0.005%；②低温冲击功高，板厚1/4处-40℃横向冲击功150J以上，板厚1/2处-30℃冲击功120J以上；③厚度（Z向）拉伸断面收缩率高，断面收缩率在50%～60%之间；④钢板化学成分采用Cr-Ni-Cu复合设计，盐雾实验与全津实验表明耐腐蚀能力强；⑤钢板焊接评定实验及现场使焊表明焊接性能良好。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℃冲击功及Z向断面收缩率较高、耐腐蚀性及焊接性能好的特点。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

本实施例的低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢板，厚度152.4mm，由以下质量百分比的组分熔炼而成：C：0.12%、Si：0.2%、Mn：0.90%、P：0.008%、S：0.002%、Ni：1.55%、Cr：0.75%、Mo：0.60%、Cu：0.25%、Nb：0.025%、V：0.06%、TAl全铝：0.035%余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明生产方法的步骤如下：

（1）冶炼工序：将含有以下质量百分比C：0.12%、Si：0.2%、Mn：1.03%、P：0.008%、S：0.002%、Ni：1.51%、Cr：0.82%、Mo：0.51%、Cu：0.28%、Nb：0.025%、V：0.046%、TAl全铝：0.035%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1571℃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块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

（2）浇铸工序：将冶炼后的钢水浇铸，浇铸温度为1546℃，得到钢锭；

（3）加热工序：得到的钢锭进行加热处理，1000℃以下时升温速度为100℃/h，在950℃保温3小时，加热至1260℃时保温，总加热时间8小时；

（4）轧制工序：采用TMCP型轧制工艺，Ⅰ阶段轧制温度为1100℃，单道次压下量为10%～25%，累计压下率为70％，晾钢厚度240mm；Ⅱ阶段轧制温度为910℃，单道次压下量为10%～27%，累计压下率为30％，终轧温度830℃，轧后浇小水量冷却，出水温度800℃；

（5）热处理工序：对所得钢板在辊底式炉进行调质处理，淬火工艺，加热温度930±5℃，加热时间PLC+80min，高压段水量4280m³/h，辊速2m/min，低压段摇摆30min；回火工艺，加热温度650℃，加热时间4.5min/mm，出炉后空冷；

本实施例的钢板的力学性能：屈服强度725MPa，抗拉强度840MPa，厚度1/2位置-30℃冲击125J，1/4位置-40℃冲击162J，Z向断面收缩率为65%，延伸率为20%，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

本实施例的低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢板，厚度152.4mm，由以下质量百分比的组分熔炼而成：C：0.13%、Si：0.22%、Mn：1.01%、P：0.007%、S：0.001%、Ni：1.50%、Cr：0.80%、Mo：0.53%、Cu：0.27%、Nb：0.028%、V：0.051%、TAl全铝：0.033%余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明生产方法的步骤如下：

（1）冶炼工序：将含有以下质量百分比C：0.13%、Si：0.22%、Mn：1.01%、P：0.007%、S：0.001%、Ni：1.53%、Cr：0.79%、Mo：0.53%、Cu：0.27%、Nb：0.028%、V：0.051%、TAl全铝：0.033%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1568℃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块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

（2）浇铸工序：将冶炼后的钢水浇铸，浇铸温度为1543℃，得到钢锭；

（3）加热工序：得到的钢锭进行加热处理，1000℃以下时升温速度为95℃/h，在950℃保温3小时，加热至1260℃时保温，总加热时间8小时；

（4）轧制工序：采用TMCP型轧制工艺，Ⅰ阶段轧制温度为1050℃，单道次压下量为10%～25%，累计压下率为70％，晾钢厚度230mm；Ⅱ阶段轧制温度为890℃，单道次压下量为10%～27%，累计压下率为30％，终轧温度828℃，轧后浇小水量冷却，出水温度790℃；

（5）热处理工序：对所得钢板在辊底式炉进行调质处理，淬火工艺，加热温度930±5℃，加热时间PLC+80min，高压段水量4230m³/h，辊速2m/min，低压段摇摆30min；回火工艺，加热温度650℃，加热时间4.5min/mm，出炉后空冷；

本实施例的钢板的力学性能：屈服强度735MPa，抗拉强度850MPa，厚度1/2位置-30℃冲击135J，1/4位置-40℃冲击170J，Z向断面收缩率为63%，延伸率为19%，该钢板的耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能良好。

实施例3

本实施例的低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢板，厚度152.4mm，由以下质量百分比的组分熔炼而成：C：0.14%、Si：0.32%、Mn：1.10%、P：0.010%、S：0.001%、Ni：1.45%、Cr：0.90%、Mo：0.40%、Cu：0.35%、Nb：0.038%、V：0.041%、TAl全铝：0.033%余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明生产方法的步骤如下：

（1）冶炼工序：将含有以下质量百分比C：0.14%、Si：0.32%、Mn：1.10%、P：0.010%、S：0.001%、Ni：1.45%、Cr：0.90%、Mo：0.40%、Cu：0.35%、Nb：0.038%、V：0.041%、TAl全铝：0.033%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1563℃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块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

（2）浇铸工序：将冶炼后的钢水浇铸，浇铸温度为1541℃，得到钢锭；

（4）轧制工序：采用TMCP型轧制工艺，Ⅰ阶段轧制温度为1050℃，单道次压下量为10%～25%，累计压下率为70％，晾钢厚度230mm；Ⅱ阶段轧制温度为880℃，单道次压下量为10%～27%，累计压下率为30％，终轧温度824℃，轧后浇小水量冷却，出水温度780℃；

本实施例的钢板的力学性能：屈服强度765MPa，抗拉强度875MPa，厚度1/2位置-30℃冲击105J，1/4位置-40℃冲击132J，Z向断面收缩率为53%，延伸率为18%，该钢板的耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能良好。

Claims

1.一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢，其特征在于各化学成分质量百分比如下：C：0.12%～0.14%、Si：0.15%～0.35%、Mn：0.90%～1.10%、P：≤0.012%、S：≤0.005%、Ni：1.45%-1.55%、Cr：0.75%-0.90%、Mo：0.40%-0.60%、Cu：0.25%-0.35%、Nb：0.020%～0.050%、V：0.04%-0.06%、TAl全铝：0.020%～0.045%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢,其特征在于：所述低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢，轧制成钢板的厚度为152.4mm。

3.一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢的生产方法,其特征在于包含冶炼、浇铸、加热、轧制、探伤预处理、热处理工序，各工序具体工艺步骤如下：

②浇铸工序：冶炼后的钢水进行浇铸，得到钢锭；

4.根据权利要求3所述的一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢的生产方法,其特征在于：所述冶炼工序，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线，真空脱气处理前加入CaSi块；VD炉真空脱气处理，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或4所述的一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢的生产方法,其特征在于：所述浇铸工序，浇铸温度为1540～1550℃，浇铸钢锭为35吨锭型。

6.根据权利要求3或4所述的一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢的生产方法,其特征在于：所述加热工序，加热温度1260～1280℃，均热温度1240～1260℃。

7.根据权利要求3或4所述的一种低碳当量耐海水腐蚀海洋平台齿条用钢的生产方法,其特征在于：所述热处理工序，对钢板的调质工艺在辊底式淬火炉热处理，采用淬火机二级自动加热模型，钢板心部均匀加热。