CN103352172A - 一种厚度为150mm的海洋平台用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种厚度为150mm的海洋平台用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.10～0.18%,Si:0.20～0.50%,Mn:1.50～1.60%,P≤0.016%,S≤0.008%,Cr：0.15～0.20%，Mo：0.06～0.08%，Nb:0.035～0.05%,V:0.075～0.10%,Ti：0.002～0.02%；生产步骤：在冶炼中采用RH真空炉进行处理；铸坯；铸坯切割之前沿厚度方向压下率控制在2～8%；对铸坯进行一次性轧制；空冷至室温；回火处理并待用。本发明不仅耐高温，且厚度为150mm，钢板厚度方向1/4厚度部位下屈服强度ReL：390～450MPa，厚度方向中心部位下屈服强度ReL：375～435MPa，工艺参数容易控制，效率高，适宜规模生产，抗层状撕裂性能优良。

Description

一种厚度为150mm的海洋平台用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及工程结构用钢及其生产方法，具体地属于厚度为150mm的海洋平台用钢及其生产方法。

背景技术

自升式海洋钻井平台齿条钢、桩腿、大型船舶舰艇轮机垫板等均需要厚度为150mm左右的特厚钢材。钢板厚度超过120mm时，制造难度显著增大，传统的特厚钢板制造技术易导致钢板质量和力学性能不能满足技术要求，尤其钢板厚度方向中心部位C、Mn、S、P等偏析严重，疏松缺陷明显，这样的钢板厚度方向表面、1/4厚度部位及中心部位性能和质量差别较大，在服役过程中易出现层状撕裂，造成事故。本发明的目的在于提供一种厚度为150mm海洋平台用钢板及其制造方法，钢板厚度方向1/4厚度部位下屈服强度ReL：390～450MPa，厚度方向中心部位下屈服强度ReL：375～435MPa，抗层状撕裂性能优良。满足自升式海洋钻井平台、远洋船舶、大型舰艇、海洋风力发电塔基用钢的需求。

在本申请以前，中国专利申请CN200910171393.1公布了“厚钢板”， 提供一种低屈强比、高韧性的特性的厚钢板，含有如下元素：C：0.03～0.15％(质量％)、 Si：1.0％以下(不含0％)、Mn：1.0～2.0％、P：0.015％以下(不含0％)、 S：0.010％以下(不含0％)、Al：0.005～0.060％、Ti：0.008～0.030％、N： 0.0020～0.010％和O：0.010％以下(不含0％)，在t/4(t：板厚)位置的显微组织中，由铁素体和贝氏体的混合组织构成，并且在贝氏体中分散有岛状马氏体，且铁素体的平均粒径为10～50μm，并且存在于贝氏体中的岛状马氏体的分率相对于总面积为1～20面积％。该文献不足在于微观组织结构中含有岛状马氏体，马氏体是一种不稳定的组织，且缺陷较多，在钢板冷热加工及服役过程中易发生变化，恶化钢板性能。

另一项中国专利申请CN200810091817.9公开了一种“HAZ韧性优异的厚钢板”， 提供一种即使进行40kJ/mm以上的超高热能输入焊接仍显示出良好的HAZ韧性，此外母材韧性、延伸率、强度—延伸率平衡也优异的厚钢板，或者材质各向异性和低温母材韧性也优异的厚钢板。厚钢板含有C：0.030～0.10％、Si：1.0％以下、Mn：0.8～2.0％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Al：0.01～0.10％、Nb：0.035％以下、Ti：0.015～0.03％、B：0.0010～0.0035％、N：0.0050～0.01％、Cu：0～2.0％、Ni：0～2.0％、Cr：0～1％、Mo：0～0.5％及V：0～0.1％，且满足下式(1)及(2)，1.5≤[Ti]/[N]≤4…(1)，40≤X值≤160…(2)，满足残留奥氏体的面积率为2～10％，岛状马氏体(MA)平均当量圆直径为3.0μm以下，或者满足旧奥氏体晶粒的平均当量圆直径为100μm以下，并且其扁平率(长径/短径)为2.5以下。该专利文献的不足在于钢中添加了合金元素B，生产过程中及在使用过程中易产生硼脆，使用性能较差。另外，该钢中含有面积率为2～10％的残留奥氏体及一定数量的马氏体，这些不稳定的组织易发生转变，对钢板的性能造成不利影响。

中国专利申请CN200980100797.X介绍了“高强度厚钢板及其制造方法”， 提供一种高强度厚钢板，其特征在于：该高强度厚钢板具有满足以下条件的成分组成：以质量％计含有C：0.18％以上且0.23％以下、Si：0.1％以上且0.5％以下、Mn：1.0％以上且2.0％以下、P：0.020％以下、S：0.010％以下、Ni：0.5％以上且3.0％以下、Nb：0.003％以上且0.10％以下、Al：0.05％以上且0.15％以下、B：0.0003％以上且0.0030％以下、N：0.006％以下，余量为铁及不可避免的杂质，且在将[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]分别作为C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、B的浓度(质量％)时，通过Pcm＝[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5[B]算出的焊接裂纹敏感性指标Pcm为0.36％以下；Ac3相变点为830℃以下，马氏体组织分率为90％以上，屈服强度为1300MPa以上，抗拉强度为1400MPa以上且1650MPa以下，进而，对于抗拉强度、和采用试样片截面的每1mm2的平均晶粒数m由Nγ＝-3+log2m算出的原奥氏体晶粒度号数Nγ，在将所述抗拉强度作为[TS](MPa)的情况下，在所述抗拉强度低于1550MPa时，满足Nγ≥([TS]-1400)×0.004+8.0、且Nγ≤11.0，在所述抗拉强度为1550MPa以上时，满足Nγ≥([TS]-1550)×0.008+8.6、且Nγ≤11.0。该专利技术的以淬火态生产的厚钢板马氏体含量高于90％，屈服强度为1300MPa以上，抗拉强度为1400MPa以上，这种超高强度结构钢氢致裂纹很敏感，易发生延迟断裂，给钢结构造成灾难。且钢中含有B，易发生脆性断裂。

中国专利申请CN201110056854.8介绍了一种“屈服强度500MPa级海洋平台结构用厚钢板及制造方法”， 提供一种屈服强度500MPa级海洋平台结构用厚钢板及其制造方法，属于轧钢技术领域。该钢板的化学成分按质量百分比为：C：0.05~0.09%，Si：0.25~0.38%，Mn：1.3~1.8%，P：≤0.006%，S：≤0.002%，Al：0.02~0.04%，Cr：0.15~0.25%，Ni：0.2~1.0%，Cu：0.18~0.25%，Mo：0.15~0.20%，V：0.025~0.040%，Ti：0.01~0.02%，Nb：0.06~0.08%，余量为Fe。制造工艺为：原料经过冶炼，连铸成坯料，将坯料加热，在奥氏体再结晶区和未再结晶区进行两阶段控制轧制；轧后进行两相区淬火和高温回火热处理。该专利技术中价格昂贵的合金元素Ni、Mo含量较高，是一种不经济的钢种，恶化钢的力学性能和使用性能。

发明内容

本发明针的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不仅耐高温，且厚度为150mm，钢板厚度方向1/4厚度部位下屈服强度ReL：390～450MPa，厚度方向中心部位下屈服强度ReL：375～435MPa，生产成本较低，并适合规模生产的海洋平台用钢及其生产方法。

实现上述目的的措施：

一种厚度为150mm的海洋平台用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.10～0.18%, Si: 0.20～0.50%, Mn: 1.50～1.60%, P≤0.016%, S≤0.008%, Cr：0.15～0.20%，Mo：0.06～0.08%，Nb: 0.035～0.05%, V: 0.075～0.10%, Ti：0.002～0.02%，余量Fe和不可避免的杂质。

生产一种厚度为150mm的海洋平台用钢的方法，其步骤：

1）在冶炼中采用RH真空炉进行处理；

2）铸坯，在连铸过程中采用电磁搅拌；

3) 铸坯切割之前，对铸坯沿厚度方向压下率控制在2～8%；

4）对铸坯进行一次性轧制，并控制终轧温度在800～880℃；

5）空冷至室温；

6）进行回火处理，控制回火温度在500～680℃，后待用。

本发明主要合金元素含量的设定及制造方法，依据以下原理：

厚度超过150mm的钢板，生产难度显著增加。为生产性能和质量全面合格的特厚钢板，钢水采用真空处理是必要的，目的在于减少钢中对性能和质量有害的大颗粒夹杂，并可除去钢中有害的元素N、H、O等。对过冷钢水进行电磁搅拌目的在于均匀钢水化学成分，降低钢中溶质原子偏析程度，提高钢板厚度方向性能的均匀性。连铸过程对连铸板坯沿厚度方向压下1～15mm，目的在于压合连铸板坯中心部位疏松、微小空洞等缺陷，一次连续轧制目的在于提高生产效率，终轧温度控制在800～880，可抑制轧制后的晶粒长大，回火可以降低钢中残余应力，回火温度控制在500～680℃，目的在于使得钢中细小第二相充分析出，形成弥散强化，提高钢板心部力学性能。

以下简述本发明钢中选定各合金元素及成分范围的理由。

C，设定范围为0.10～0.18%。本发明特厚钢板需要进行回火生产最终产品，该范围的C含量可以获得预期固溶强化效果，得到相应的强度，足够量的C可与Nb、Cr、Mo、Ti、V等合金元素生成复合析出相，弥散强化基体，保证钢板心部的强度，过量的C含量会使钢的冲击韧性降低。

Si，设定范围是 0.20～0.50%，是一种经济的置换固溶强化元素，加入钢中可显著提高钢的屈服强度，但过多地加入Si会使钢的韧性，尤其使低温韧性明显降低。

Mn，设定范围为 1.50～1.60%。加入钢中可形成置换固溶强化效果，提高钢的屈服强度，还可以降低钢的相变温度，通过控制轧制，细化晶粒，在提高钢的强度同时提高其断裂韧性。

Cr，设定0.15～0.20%。一方面在钢中形成固溶强化，提高钢的屈服强度，抑制钢中原子扩散，可细化晶粒；另一方面，与C反应生成Cr2C3析出相，弥散强化基体，可有效钉扎晶界，产生细化晶粒效果。

V，设定0.075～0.10%。V与钢中C形成析出相VC，可抑制位错的滑移，还可以抑制晶界的移动速率，提高钢的高温强度。固溶的V可以提高钢的屈服强度，遏制原子扩散，保障特厚钢板心部强度。

Mo：设定0.06～0.08%范围，加入钢中的Mo，可以降低钢的相变温度，使得轧制钢中的晶粒更为细化，具有更优的综合力学性能。

Nb: 设定0.035～0.05%, 加入Nb一方面可提高钢的再结晶温度，轧钢可在高于950℃温度下完成而不使钢中晶粒长大；另一方面在回火过程中形成Nb(CN)析出相，强化基体，保障钢的强度。

Ti：设定0.002～0.02%，Ti是细化晶粒元素，可以遏制钢中晶粒长大，提高钢的综合力学性能，另外，Ti与钢中残余N、O反应形成的第二相TiN、Ti2O3等可形成弥散强化作用，保证特厚钢板各部位的强度。

P、S是钢中有害的杂质元素，钢中P虽然可大幅度提高强度，但易在钢中形成偏析，降低钢的韧性及焊接性能。钢中S易形成塑性硫化物，使钢各向异性严重，恶化钢的冲击韧性和加工性能，故P、S含量越低越好，但若将其含量限定得过低，会增加生产难度，提高生产成本，还显著降低炼钢炉的服役寿命，因此在不影响韧性及焊接性能的前提下，将钢得P、S含量分别限定在P≤0.016%, S≤0.008%,常规范围。

本发明与现有技术相比，不仅耐高温，且厚度为150mm，钢板厚度方向1/4厚度部位下屈服强度ReL：390～450MPa，厚度方向中心部位下屈服强度ReL：375～435MPa，工艺参数容易控制，效率高，适宜规模生产，抗层状撕裂性能优良。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的组分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数及检测性能列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

其步骤：

1）在冶炼中采用RH真空炉进行处理；

2）铸坯，在连铸过程中采用电磁搅拌；

3) 铸坯切割之前，对铸坯沿厚度方向压下率控制在2～8%；

4）对铸坯进行一次性轧制，并控制终轧温度在800～880℃；

5）空冷至室温；

6）进行回火处理，控制回火温度在500～680℃，后待用。

表1. 本发明实施例与比较钢化学成分

    按本发明成分和工艺生产的150mm特厚钢板具有优良的力学性能。比较实施例由于C、Si、Mn、Cr、Mo、Nb等合金元素没有控制在本发明成分范围之内，且制造方法中没有对连铸板坯在连铸过程中进行2～8%的压下操作，终轧温度、连铸过程冷却水流量、钢板终轧后回火温度等没有控制在本发明制造方法范围内，因此，力学性能沿厚度方向差异较大，不能应用于自升式海洋钻井平台、远洋船舶、大型舰艇、海洋风力发电塔基等工程建设。

表2. 本发明实施例钢及比较钢的主要制造工艺参数和性能

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (2)

1.一种厚度为150mm的海洋平台用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.10～0.18%, Si: 0.20～0.50%, Mn: 1.50～1.60%, P≤0.016%, S≤0.008%, Cr：0.15～0.20%，Mo：0.06～0.08%，Nb: 0.035～0.05%, V: 0.075～0.10%, Ti：0.002～0.02%，余量Fe和不可避免的杂质。

2.生产权利要求1所述的一种厚度为150mm的海洋平台用钢的方法，其步骤：

1）在冶炼中采用RH真空炉进行处理；

2）铸坯，在连铸过程中采用电磁搅拌；

3) 铸坯切割之前，对铸坯沿厚度方向压下率控制在2～8%；

4）对铸坯进行一次性轧制，并控制终轧温度在800～880℃；

5）空冷至室温；

6）进行回火处理，控制回火温度在500～680℃，后待用。