CN103556055B

CN103556055B - 用于海洋天然气开采平台结构的热轧h型钢及其生产方法

Info

Publication number: CN103556055B
Application number: CN201310483029.5A
Authority: CN
Inventors: 袁鹏举; 李超; 邓存善; 石磊; 方金林; 杨栋; 郭秀辉; 赵传东; 于铭杰; 李同敬
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: CN103556055A

Abstract

本发明的一方面提供用于海洋天然气开采平台结构的热轧H型钢，所述热轧H型钢的成分按重量百分比计为：C：0.10～0.17，Si：0.10～0.40，Mn：1.00～1.60，P≤0.025，S≤0.015，Nb：0.02～0.05，Ti≤0.025，其余为铁及不可避免的杂质。本发明的另一方面提供一种上述热轧H型钢的生产方法，所述生产方法包括转炉冶炼、LF精炼、异型坯连铸、加热、轧制和冷却。本发明提供的用于海洋天然气开采平台结构的热轧H型钢的力学性能、-20℃横向和纵向冲击功、超声波探伤、表面质量能够完全满足用于海洋天然气开采平台结构的H型钢的技术要求。

Description

用于海洋天然气开采平台结构的热轧H型钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及H型钢技术领域，尤其涉及一种用于海洋天然气开采平台结构的热轧H型钢及其生产方法。

背景技术

天然气是一种洁净环保的优质清洁能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，燃烧时仅产生少量二氧化碳，相比煤炭和石油能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%，减少氮氧化物排放量50%，有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。普及天然气能源的应用，将会改善我国的能源消费结构，减少对石油、煤炭等化石能源的依赖，目前天然气在我国一次性能源消费中的比例只占4%，远远低于世界24%的平均水平。

我国天然气资源储量丰富，尤其南海海洋天然气资源丰富，它的开采和利用是海洋资源利用与开发的首要任务。海洋天然气开采、压缩平台用钢主要为钢板、钢管以及角钢、H型钢等，海洋恶劣工作环境决定了钢材必须具有良好的机械性能以及外形质量。其中H型钢主要用于海洋平台水上模块钢结构的制作，为达到海洋平台制作对钢材的要求，该钢材应该具有良好的强度和韧性，特别是低温条件下的横向和纵向冲击韧性、超声波探伤性能、优良的外形质量以及焊接性能。目前，海洋天然气开采平台结构所用H型钢主要为钢板焊接H型钢，其具有加工工序繁杂、金属消耗量大、加工作业周期较长、劳动强度大、成本偏高等诸多不足，因此有必要开发用于海洋天然气开采平台结构的热轧H型钢。

专利CN1421286A公开了一种含铌H型钢的轧制方法。该方法利用现有的轧制装置和工艺流程，在不另外增加任何设备的条件下，利用金属物理冶金学的原理，对常规的工艺条件进行调整和优化，将H型钢变形过程分两阶段控制，首先在再结晶区控轧，控制变形温度和单道次变形量大于临界变形量，使奥氏体一次细化；其次在未再结晶区控轧，控制单道次变形量依次变化，直到累计变形量大于等于45%，小于等于60%，使铁素体在变形带形核得到细小的铁素体晶粒，从而均匀细化金相组织，得到高强度、高韧性、可焊性好的H型钢。所获得的H型钢抗拉强度490～610MPa，-20℃横向冲击功34～98J，满足美国石油协会平台设计规范Ⅱ类钢材的要求。

然而，由于该发明对变形温度和变形量进行了严格控制，会增加轧机的负荷，又无法实时调整压下量，增加了产品尺寸、探伤性能以及外形质量不合格的风险。并且该发明的产品涉及到-20℃横向冲击功，而本发明的产品为-20℃横向、纵向冲击功。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述至少一个问题，提供一种用于海洋天然气开采平台结构的热轧H型钢及其生产方法。

本发明通过设计化学成分，采用Nb进行微合金化，对钢种的氧含量采用Ti进行脱氧，还可以细化晶粒，赋予产品优良的性能。本发明提供的用于海洋天然气开采平台结构的热轧H型钢力学性能良好，-20℃横向冲击功为34～110J，-20℃纵向冲击功为34～190J；翼缘、腹板的超声波探伤性能良好，达到ASTMA578/A578M标准B级；表面质量良好，不存在腹板裂纹等缺陷；焊接性能良好，碳当量控制在0.43以下。

本发明的一方面，提供一种用于海洋天然气开采平台结构的热轧H型钢。所述热轧H型钢的化学成分按重量百分比计为C：0.10～0.17，Si：0.10～0.40，Mn：1.00～1.60，P≤0.025，S≤0.015，Nb：0.02～0.05，Ti≤0.025，其余为铁及不可避免的杂质。

本发明的另一方面，提供一种用于海洋天然气开采平台结构的热轧H型钢的生产方法，所述生产方法包括如下步骤：

冶炼：采用转炉冶炼、LF精炼和异型坯连铸，控制钢水的化学成分按重量百分比计为：C：0.10～0.17，Si：0.10～0.40，Mn：1.00～1.60，P≤0.025，S≤0.015，Nb：0.02～0.05，Ti≤0.025，其余为铁及不可避免的杂质；

加热：将异型坯装入加热炉中进行加热，加热温度控制在1200℃～1280℃，加热时间为2～4小时，然后出炉进行除磷、轧制；

轧制：采用粗轧、精轧和未再结晶区轧制，其中，粗轧开轧温度控制在1050℃～1150℃，粗轧开启水冷装置进行冷却；精轧开轧温度控制在900℃～1020℃，精轧开启水冷装置进行冷却；精轧完成4道次后，待轧件自然降温至960℃以下，进行未再结晶区轧制，轧制道次为3～5道次，未再结晶区的压下率大于40%，终轧温度控制在780℃～830℃；

冷却：轧制完毕的轧件经自然冷却后，进入冷床自然冷却或风冷；待所述轧件温度降至80℃以下，送入矫直机进行矫直，最后将所述轧件切成定尺材、码垛、打捆。

根据本发明的实施例，在冶炼步骤中，钢水进入LF精炼炉后可以喂入钛线，喂入量可为10～25m/t钢。

根据本发明的实施例，在冶炼步骤中，LF精炼后，钢水中的氧含量可以为≤15ppm。

根据本发明的实施例，在冶炼步骤中，连铸过程中的过热度可以控制在20℃～30℃。

根据本发明的实施例，在冶炼步骤中，连铸时可以将钢水浇注成断面为550mm×440mm×90mm或750mm×370mm×90mm或1024mm×390mm×90mm的异型坯。

根据本发明的实施例，当钢水浇注成断面为550mm×440mm×90mm或750mm×370mm×90mm的异型坯时，连铸机的拉速可以控制为0.8m/min～1.5m/min。

根据本发明的实施例，当钢水浇注成断面为1024mm×390mm×90mm的异型坯时，连铸机的拉速可以控制为0.7m/min～1.2m/min。

本发明用于海洋天然气开采平台结构的热轧H型钢的力学性能、-20℃横向和纵向冲击功、超声波探伤、表面质量能够完全满足用于海洋天然气开采平台结构的H型钢的技术要求。因此，本发明为海洋天然气开采平台结构用H型钢提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。

附图说明

通过下面结合附图对示例性实施例进行的描述，本发明的上述和/或其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明示例性实施例1的异型坯的形状；

图2示出了根据本发明示例性实施例2的异型坯的形状；

图3示出了根据本发明示例性实施例3的异型坯的形状；

图4示出了根据本发明示例性实施例1、2、3的异型坯所获得的热轧H型钢产品形状及尺寸标示；

其中，图4的尺寸标示为h：腹板高度；b：翼板宽度；s：腹板厚度；t：翼板厚度；r：圆角半径。

具体实施方式

本发明提供的用于海洋天然气开采平台的热轧H型钢的生产方法包括以下步骤：冶炼、加热、轧制和冷却，其中，冶炼包括转炉冶炼、LF精炼和异型坯连铸步骤。具体实施方式如下：

（1）转炉冶炼：转炉冶炼完毕后，出钢前在钢包内按6～10kg/t钢加入合成渣，出钢过程中加入0.49kg～0.82kg/t钢的铌铁，出钢后在炉渣表面按1～3kg/t钢加入改质剂。将终渣碱度控制在3.0～4.0范围之内，采用滑板挡渣出钢工艺，采用硅锰和硅铁进行脱氧合金化，采用硅钙钡脱氧，硅钙钡的加入量为1.0～2.0kg/t钢。

（2）LF精炼：在LF钢包进行精炼，钢水到位后，喂入10～25m/t钢钛线，精炼过程中先充分搅拌化渣，然后取一次样，全分析，造黄白渣，根据一次样分析的结果，进行成分微调，精炼后保持渣面微动小氩气量搅拌12min以上。所述微动小氩气量是指氩气流量为50～150NL/min。

（3）连铸：连铸过程中，中间包烘烤温度为1100℃，结晶器对弧，水口对中，符合要求，冷却水效果良好，半保护浇注。连铸过程的过热度控制在20℃～30℃。采用结晶器专用保护渣，其化学成分按重量百分比计为：CaO：25.0～30、SiO₂：20.0～22.0、Al₂O₃：10～12、MgO：2～5、C（固定/全碳）：10～15。所述结晶器专用保护渣的粘度为0.35～0.40Pa·s，熔点为1120℃～1130℃，熔速为40s～45s，碱度为1.1～1.3。

可以将钢水浇注成断面为550mm×440mm×90mm或750mm×370mm×90mm或1024mm×390mm×90mm的异型坯。当钢水浇注成断面为550mm×440mm×90mm或750mm×370mm×90mm的异型坯时，连铸机的拉速可以控制为0.8m/min～1.5m/min。当钢水浇注成断面为1024mm×390mm×90mm的异型坯时，连铸机的拉速可以控制为0.7m/min～1.2m/min。

（4）加热：将异型坯装入加热炉中进行加热，加热温度控制在1200℃～1280℃，加热时间为2～4小时，然后出炉进行除磷、轧制。

（5）轧制：异型坯经高压水除磷后，进行粗轧，粗轧开轧温度控制在1050℃～1150℃，粗轧开启水冷装置进行冷却。精轧开轧温度控制在900℃～1020℃，精轧开启水冷进行冷却。精轧往复轧制完成4道次后，轧件在轧机前运输辊道上自然冷却，待温度降至960℃以下，优选地，最佳温度为860℃～930℃，进行未再结晶区轧制，轧制道次为3～5道次，未再结晶区的压下率大于40%，终轧温度控制在780℃～830℃，轧制产品的规格以及产品的尺寸精度可以按照GB/T11263进行控制。

（6）冷却：对轧制完毕的轧件产品不进行喷水冷却，在运输辊道上自然冷却后，然后进入冷床进行自然冷却或风冷，将轧件产品温度降至80℃以下后，送入矫直机进行矫直，最后将轧件切成定尺材、码垛、打捆。

下结合具体示例详细阐述本发明。

示例1：

1、冶炼：转炉冶炼然后LF精炼，控制异型坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.13、Si：0.20、Mn：1.40、P：0.015、S：0.009、Nb：0.034、Ti：0.016，其余为Fe和不可避免的杂质。Nb铁随废钢一起加入，控制终轧碱度为3.0，LF精炼软吹氩12分钟，LF精炼后钢水中的氧含量为12ppm，后经异型坯连铸机将钢水浇注成断面为550mm×440mm×90mm的异型坯，形状如图1所示。

2、加热：加热炉的温度为1253℃，加热时间为3小时，然后出炉进行除磷、轧制。

3、轧制：粗轧开轧温度控制在1100℃，粗轧开启水冷装置冷却，精轧开轧温度控制在980℃，精轧开启水冷装置冷却。精轧往复轧制完成4道次后，轧件在轧机前运输辊道上自然冷却，待温度降至920℃，然后进行未再结晶区轧制，轧制道次为3道次，未再结晶区的压下率为45%，终轧温度控制在820℃，轧制产品规格为H440×300以及H300×300H型钢，产品的尺寸精度可以按照GB/T11263进行控制。

4、冷却：对轧制完毕的轧件产品不进行喷水冷却，在运输辊道上自然冷却后，进入冷床自然冷却或风冷，轧件产品温度降至80℃以下后，送入矫直机进行矫直，最后将轧件切成定尺材、码垛、打捆。

5、性能检验：对所得产品进行性能检验，其中超声波检验按ASTMA578/A578M的规定，对翼缘、腹板进行逐面检验，质量级别为B级。

6、所得热轧H型钢的形状见图4，尺寸规格见表5，钢的化学成分重量百分比见表1，连铸过程记录见表2，加热和轧制过程记录见表3，性能检验结果见表4。

示例2：

1、冶炼：转炉冶炼然后LF精炼，控制异型坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.12、Si：0.18、Mn：1.36、P：0.013、S：0.006、Nb：0.032、Ti：0.018，其余为Fe和不可避免的杂质。Nb铁随废钢一起加入，控制终轧碱度为3.2，LF精炼软吹氩14分钟，LF精炼后钢水中的氧含量为13ppm，后经异型坯连铸机将钢水浇注成断面为750mm×370mm×90mm的异型坯，形状如图2所示。

2、加热：加热炉的温度为1265℃，加热时间为3小时，然后出炉进行除磷、轧制。

3、轧制：粗轧开轧温度控制在1095℃，粗轧开启水冷装置冷却，精轧开轧温度控制在990℃，精轧开启水冷装置冷却。精轧往复轧制完成4道次后，轧件在轧机前运输辊道上自然冷却，待温度降至930℃，然后进行未再结晶区轧制，轧制道次为3道次，未再结晶区的压下率为43%，终轧温度控制在830℃，轧制产品规格为H588×300以及H700×300H型钢，产品的尺寸精度可以按照GB/T11263进行控制。

示例3：

1、冶炼：转炉冶炼然后LF精炼，控制异型坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.14、Si：0.19、Mn：1.35、P：0.011、S：0.005、Nb：0.030、Ti：0.015，其余为Fe和不可避免的杂质。Nb铁随废钢一起加入，控制终轧碱度为3.3，LF精炼软吹氩15分钟，LF精炼后钢水中的氧含量为11ppm，后经异型坯连铸机将钢水浇注成断面为1024mm×390mm×90mm的异型坯，形状如图3所示。

2、加热：加热炉的温度为1278℃，加热时间为3小时，然后出炉进行除磷、轧制。

3、轧制：粗轧开轧温度控制在1110℃，粗轧开启水冷装置冷却，精轧开轧温度控制在990℃，精轧开启水冷装置进行冷却。精轧往复轧制完成4道次后，轧件在轧机前运输辊道上自然冷却，待温度降至950℃，然后进行未再结晶区轧制，轧制道次为5道次，未再结晶区的压下率为46%，终轧温度控制在825℃。轧制产品规格为H900×300以及H800×300H型钢，产品的尺寸精度可以按照GB/T11263进行控制。

表1：钢的化学成分重量百分比%

示例	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti
								1	0.13	0.20	1.40	0.015	0.009	0.034	0.016
2	0.12	0.18	1.36	0.013	0.006	0.032	0.018
								3	0.14	0.19	1.35	0.011	0.005	0.030	0.015

表2：连铸过程记录

表3：加热和轧制过程记录

表4：热轧H型钢的力学性能

表5：热轧H型钢产品尺寸规格

示例	腹板高度h/mm	翼板宽度b/mm	腹板厚度s/mm	翼板厚度t/mm	圆角半径r/mm
						1	300	300	10	15	13
1	440	300	11	18	13
						2	588	300	12	20	13
2	700	300	13	24	18
						3	800	300	14	26	18
3	900	300	16	28	18

综上所述，采用本发明提供的生产方法制造的用于海洋天然气开采平台结构的热轧H型钢，力学性能、-20℃横向、纵向冲击功、超声波探伤、表面质量能够完全满足用于海洋天然气开采平台结构的H型钢的技术要求。因此本发明为海洋天然气开采平台结构用H型钢提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。

然而，本发明并不受限于上述实施例，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims

1.一种用于海洋天然气开采平台结构的热轧H型钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括如下步骤：

冶炼：采用转炉冶炼、LF精炼和异型坯连铸，控制钢水的化学成分按重量百分比计为：C：0.10～0.17，Si：0.10～0.40，Mn：1.00～1.60，P≤0.025，S≤0.015，Nb：0.02～0.05，0＜Ti≤0.025，其余为铁及不可避免的杂质，

其中，钢水进入LF精炼炉后喂入钛线，在LF精炼后，钢水中的氧含量为≤15ppm；

轧制：采用粗轧、精轧和未再结晶区轧制，其中，粗轧开轧温度控制在1050℃～1150℃，粗轧开启水冷装置进行冷却；精轧开轧温度控制在900℃～1020℃，精轧开启水冷装置进行冷却；精轧完成4道次后，待轧件自然冷却至960℃以下，进行未再结晶区轧制，轧制道次为3～5道次，未再结晶区的压下率大于40％，终轧温度控制在780℃～830℃；

2.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在冶炼步骤中，钛线的喂入量为10～25m/t钢。

3.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在冶炼步骤中，连铸过程的过热度控制在20℃～30℃。

4.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在冶炼步骤中，连铸时将钢水浇注成断面为550mm×440mm×90mm或750mm×370mm×90mm或1024mm×390mm×90mm的异型坯。

5.如权利要求4所述的生产方法，其特征在于，当钢水浇注成断面为550mm×440mm×90mm或750mm×370mm×90mm的异型坯时，连铸机的拉速控制为0.8m/min～1.5m/min。

6.如权利要求4所述的生产方法，其特征在于，当钢水浇注成断面为1024mm×390mm×90mm的异型坯时，连铸机的拉速可以控制为0.7m/min～1.2m/min。