CN103667909A

CN103667909A - 一种屈强比≤0.65的移动式海洋平台用钢及生产方法

Info

Publication number: CN103667909A
Application number: CN201310677610.0A
Authority: CN
Inventors: 程吉浩; 陈颜堂; 张开广; 邹德辉; 郭斌; 董中波
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: CN103667909B

Abstract

一种屈强比≤0.65的移动式海洋平台用钢，根据成品厚度其组分及wt%为：厚度在8～50mm的，C：0.08～0.12%、Si：0.20～0.35%、Mn：1.10～1.60%、P≤0.018%、S≤0.008%、Ni：0.10～0.20%、Mo：0.07～0.17%、Ti：0.005～0.015%、Als：0.015～0.035%、N≤0.008%；厚度大于50至80mm规格的，C：0.08～0.12%、Si：0.20～0.35%、Mn：1.10～1.60%、P≤0.010%、S≤0.004%、Ni：0.10～0.20%、Cr：0.10～0.20%、Mo：0.07～0.17%、Ti：0.005～0.015%、Als：0.015～0.035%、N≤0.008%；生产步骤：经转炉冶炼并连铸成坯；对铸坯加热；粗轧；精轧；冷却；正火；对厚度≥50至80mm的进行雾冷。本发明屈强比≤0.65，综合性能稳定，焊接性能优良，完全能满足移动式海洋平台用钢的要求。

Description

一种屈强比≤0.65的移动式海洋平台用钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种海洋工程用钢及其生产方法，具体地属于一种屈强比≤0.65的移动式海洋平台用钢及生产方法。

背景技术

近年来，各国大力发展海洋经济，海洋工程用钢需求量越来越大，海洋结构工程向大型化、深海化发展，当开采水深超过500m的油气资源时，固定式海洋平台经济性较低。因此，移动式海洋平台是未来海洋工程的主要发展方向。移动式海洋平台在服役时，钢结构承受载荷波动大，降低材料的屈强比（屈服应力YS与抗拉强度TS的比）能够大大提高平台结构抵御地震、海啸等突发灾难的能力，使材料在局部加载失稳时不发生明显破坏，从而提高海洋平台钢结构安全性。目前，普通强度355MPa级用钢占海洋平台用钢比例约35%～60%，主要用于平台的浮式结构和船体结构，厚度范围需覆盖6～80mm,要求有优良的焊接性、低温韧性、抗疲劳性能和较低屈强比等。一般来说，已知通过使钢材的金属组织成为在铁素体这样的软质相中适度分散有贝氏体和马氏体等硬质相，可以实现钢材的屈强比降低化。

经检索：中国专利公开号为CN102719753A 的专利文献，公开了一种低屈强比高强度钢板及制造方法，该钢板屈服强度475~615MPa，抗拉强度806~872MPa，屈强比0.59~0.70，-20℃冲击功在85~120J，延伸率在20~26%。其不足之处在于-20℃冲击功在85~120J，作为移动式海洋平台用钢其韧性储备较低，并未涉及-20℃以下的低温韧性；其次该钢生产工艺采用双相区正火，组织未完全奥氏体化，正火不充分导致室温组织稳定性差，抗疲劳性能及焊接性能难以满足移动式海洋平台要求。

中国专利公开号为CN102644024B的专利文献，其公开了一种低合金低屈强比海洋工程结构用钢及其生产方法。该钢采用TMCP工艺生产，返红温度要求达到450~500℃，屈强比≤0.80。其不足之处在于：厚度＞40mm钢板很难保证如此低的返红温度同时保证板形，其次所制造的钢板厚度规格难以满足移动式海洋平台用钢需要；其屈强比（≤0.80）对于载荷波动较大的移动式海洋平台仍难以满足需要。

中国专利公开号为CN102732781A的专利文献，其公开了一种-40℃CTOD≥2毫米的海洋平台及其生产方法，其化学成分组成为：C：0.065~0.15%，Si：0.16~0.55%，Ni：0.05~0.50%，B：0.0002~0.002%，Ti≤0.005%，La：0.0008~0.008%，P≤0.008%，S≤0.005%，Mn≤0.08%，Als≤0.008%，O≤0.0015%，N≤0.001%，H≤0.0001%，其余为Fe和不可避免的杂质。其存在不足是：钢中添加了B，导致钢材的焊接冷裂纹敏感性增加，焊接时需采用焊后保温工艺，降低了钢材焊接效率，难以满足大型浮式船体结构焊接要求。同时添加0.0008~0.0080%为稀土元素，对炼钢要求较高，成分控制成本高。

目前大多数获得低屈强比钢板的制造方法主要采用Nb+Ti微合金化，利用控制轧制及控制冷却工艺，在贝氏体转变温度冷却，得到一定体积分数的软相（铁素体）加一定体积分数的硬质相（贝氏体或岛状M/A）的组织。海洋平台结构用钢主要以正火和TMCP两种工艺生产。TMCP工艺通常采用Nb、Ti微合金化成分结合控轧控冷工艺，采用形变诱导铁素体强化技术，获得晶粒细小组织。强化方式以细晶强化、沉淀强化、位错强化为主，该三种强化方式随着钢板屈服强度提高均不可避免的要增大屈强比。并且，强度级别越高对冷却要求越大，受冷却强度及设备能力的限制容易造成钢板冷却不均匀，性能不均匀，难以稳定控制组织中硬质相和软质相比例；而且随着钢板厚度的增加心部冷却效果下降，造成厚度方向性能不均匀。因此采用TMCP生产低屈强比且性能稳定的厚钢板难度较大。而采用正火工艺生产的钢板，通常主要以固溶强化为主，这种强化方式能使钢铁材料获得较低的屈强比，同时正火处理控制工艺窗口较宽，可以改善组织的均匀性，提高材料疲劳强度、提高韧性、提高钢材使用安全性和寿命。然而，采用传统正火工艺生产大厚度钢板通常难以保证材料心部性能，一般获得以铁素体+珠光体为主的组织，这种组织屈强比约0.75~0.85之间，难以满足移动式海洋平台用钢需要。

发明内容

本发明针对现有技术不能满足移动式海洋平台用钢的不足，提供一种屈服强度R_eL≥360MPa，抗拉强度R_m≥560MPa，屈强比≤0.65，延伸率A≥26%，-40℃夏比冲击吸收功横向＞100J，CE≤0.43%、钢板厚度在8~80mm的屈强比≤0.65的移动式海洋平台用钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种屈强比≤0.65的移动式海洋平台用钢，根据成品厚度其组分及重量百分比含量为：厚度在8~50mm规格的，C：0.08~0.12%、Si：0.20~0.35%、Mn：1.10~1.60%、P：≤0.018%、S≤0.008%、Ni：0.10~0.20%、Mo：0.07~0.17%、Ti：0.005~0.015%、Als：0.015~0.035%、N：≤0.008%，其余为Fe和不可避免杂质；

厚度大于50至80mm规格的，C：0.08~0.12%、Si：0.20~0.35%、Mn：1.10~1.60%、P：≤0.010%、S≤0.004%、Ni：0.10~0.20%、Cr：0.10~0.20%、Mo：0.07~0.17%、Ti：0.005~0.015%、Als：0.015~0.035%、N：≤0.008%，其余为Fe和不可避免杂质。

生产一种屈强比≤0.65的移动式海洋平台用钢的方法，其步骤：

1）经转炉冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，控制加热温度在1200~1250℃，加热时间在200~300min；

3）经常规高压除鳞后进行粗轧，控制其开轧温度在1000~1150℃，展宽道次轧制速度为0.5~3.0m/s，纵轧道次轧制速度为1.0~4.0m/s，控温厚度为成品钢板厚度的1.5~2倍；

4）进行精轧，控制其开轧温度不超过1000℃，轧制速度控制在2.0~5.0m/s，控制冷却速率在5~15℃/s；

5）进行轧后冷却：其中成品厚度小于40mm的，采用空冷方式；

成品厚度40mm至80mm的，采用层流方式冷却，并控制开始冷却温度在750~850℃，控制终冷温度在650~750℃，冷却速率在5~15℃/s，冷却结束后并进堆垛缓冷，堆冷时间不低于36个小时；

6）进行正火，控制正火温度在880~910℃，在炉时间：（1.3~1.6）t+0~20min，

式中t为钢板厚度，单位为：mm；

7）对成品厚度≥50至80mm的进行雾冷至室温，冷却速度控制在5~15℃/s。

本发明中各元素及主要工序的作用

C在正火钢中为主要强度贡献元素，其间隙固溶强化作用明显，但提高强度的同时会大幅度降低钢板低温韧性，综合考虑钢的强度和韧性，将C含量的取值范围定为0.08~0.12%。

Si是炼钢脱氧的必要元素，且以固溶强化形式提高钢的强度；含量太低脱氧效果不佳，含量太高会降低韧性，可焊性较差，另外也是M/A生成所需要的元素。因此，其上限为0.35%。

Mn 是固溶强化和提高钢板抗拉强度的重要元素，对贝氏体转变有较大的促进作用。本发明中Mn能扩大奥氏体相区，促进奥氏体形成及稳定化，从而促进钢板在空冷条件下形成岛状M/A岛。但Mn含量太高会造成较严重的中心偏析和降低韧性， Mn选择为1.0~2.0%，随钢板厚度不同进行调整。

Al是有效的脱氧元素，而且还发挥着通过使钢板的显微组织细化而带来的母材韧性提高效果。Al含量要在0.005%以上，但Al含量过高易于O形成颗粒较大的尖角不规则形状的Al₂O₃，使母材韧性恶化。

Cr，Mo：Mo能明显使铁素体相变右移，拓宽贝氏体了相变冷速区间，促进中温转变组织的形成，从而在空冷条件下即形成一定量M/A岛。Cr也能明显使C曲线右移，当Cr、Mo复合添加时加强推迟铁素体，珠光体转变。但Cr和Mo含量高于0.4%时，会提高钢板冷裂纹敏感性，降低焊接性能，同时会促进HAZ区域形成粗大的下贝氏体组织，使得HAZ性能大幅度下降。薄规格钢板中Mo含量0.10%以上，厚规格钢板符合加入Cr、Mo元素，其中Cr含量上限不超过0.20%、Mo含量上限不超过0.17%。

Ti：Ti/N比值控制在3.0~5.0之间，有效细化奥氏体晶粒度，同时细小的TiN颗粒也可以提高钢板的大线能量焊接性能。但较多的Ti/N方块型夹杂会严重降低钢的断裂韧性，故将Ti含量限定在Ti≤0.015%。

Ni： Ni为奥氏体形成元素，促进了奥氏体形成和稳定化，促进形成一定量的M/A岛，提高钢板抗拉强度。0.1%的Ni能明显改善钢的低温韧性，但Ni含量过高会恶化钢板的焊接性能。因此控制Ni含量大于0.10%。

生产工艺特点点在于：对于不同板厚采用不同的轧后冷却和热处理工艺，保证了8~80mm厚钢板组织均匀及性能稳定。对各厚度钢板均采用正火热处理，使钢的强化方式主要为固溶强化，使钢材获得较低屈强比。同时正火生产工艺简单，成本较低，工艺控制窗口较宽，钢板厚度方向性能均匀、组织稳定，具有优良的抗疲劳性能。

本发明与现有技术相比，可生产最大厚度为80mm，生产工艺简单，屈服强度R_eL≥360MPa，抗拉强度R_m≥560MPa，屈强比≤0.65，延伸率A≥26%，-40℃夏比冲击吸收功横向＞100J，CE≤0.43%，冷弯性能良好；且综合性能稳定，焊接性能优良，完全能满足移动式海洋平台用钢的要求。

附图说明

图1为30mm厚试验钢板1/2厚度处金相组织；

图2为45mm厚试验钢板1/2厚度处金相组织；

图3为60mm厚试验钢板1/2厚度处金相组织；

图4为80mm厚试验钢板1/2厚度处金相组织。

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列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能监测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）经转炉冶炼并连铸成坯；

式中t为钢板厚度，单位为：mm；

表1 本发明各实施例及对比例化学成分（重量wt%）

表2 本发明各实施例及对比例主要工艺参数取值列表

表3 本发明各实施例及对比例力学性能检验结果列表

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

1.一种屈强比≤0.65的移动式海洋平台用钢，根据成品厚度其组分及重量百分比含量为：厚度在8~50mm规格的，C：0.08~0.12%、Si：0.20~0.35%、Mn：1.10~1.60%、P：≤0.018%、S≤0.008%、Ni：0.10~0.20%、Mo：0.07~0.17%、Ti：0.005~0.015%、Als：0.015~0.035%、N：≤0.008%，其余为Fe和不可避免杂质；

2.生产权利要求1所述的一种屈强比≤0.65的移动式海洋平台用钢的方法，其步骤：

1）经转炉冶炼并连铸成坯；

式中t为钢板厚度，单位为：mm；