CN106191670A

CN106191670A - 一种海洋工程用耐低温热轧槽钢及其制造方法

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Publication number: CN106191670A
Application number: CN201610544205.5A
Authority: CN
Inventors: 王中学; 赵培林; 杜传治; 武玉利; 方金林; 李超; 郭秀辉; 赵传东; 韩文习; 杨栋
Original assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Current assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2016-12-07

Abstract

本发明属于冶金技术领域，具体地，本发明涉及一种海洋工程用耐低温热轧槽钢及其制造方法。本发明的海洋工程用耐低温热轧槽钢，其化学成分组成按重量百分比为：C：0.06％～0.10％；Si：≤0.4％；Mn：0.9％～1.6％；V：0.02％～0.08％；P≤0.02％；S≤0.01％；N≤0.015％；Al：0.02％～0.05％；O≤0.004％；其余为铁Fe和不可避免杂质。本发明涉及的海工用槽钢产品其力学性能良好，屈服强度大于等于355MPa，抗拉强度大于等于470MPa，尤其是‑50℃纵向冲击功大于等于34J，适合极寒地区使用。

Description

一种海洋工程用耐低温热轧槽钢及其制造方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体地，本发明涉及一种海洋工程用耐低温热轧槽钢及其制造方法。

背景技术

海洋平台是在海洋上进行作业的特殊场所，主要用于海上油气的钻探和开发。随着石油和天然气需求的日益增大，油气开采已呈现出陆海并进的局面，而作为海上油气钻采作的支撑结构物海洋工程装备前景广阔，发展势头强劲。目前全球有100多个国家正在进行海上石油勘探。由于海洋平台服役期比船舶类的服役期长50％，采用的钢材必须具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性和耐海水腐蚀等性能。其中，耐低温性能对于极寒地区起到关键作用。

海洋工程用槽钢作为复杂断面型钢的一类，与其他槽钢一样，在制造海洋平台过程中起到支撑作用。

公布号CN103074545A专利涉及到一种高强度耐低温热轧叉车门架用槽钢及其制备方法，该发明提供了一种高强度耐低温热轧叉车门架用槽钢及其制备方法。根据该发明的叉车门架用槽钢的化学成分的重量百分数为：C 0.15％～0.20％、Si0.30％～0.45％、Mn1.30％～1.45％、P≤0.025％、S≤0.015％、V 0.07％～0.09％，其余为铁和不可避免的微量杂质。根据本发明的叉车门架用槽钢的制备方法包括：铁水预脱硫，顶底复吹转炉冶炼，LF精炼，连铸，轧制成型。该发明主要通过微合金化来提高强度，微合金化主要应用钒，没有添加其他的元素。根据本发明的叉车门架用槽钢针对叉车门架涉及，低温韧性保证在-5℃纵向冲击功Aku2平均为61J的水平，不能够满足极地低温环境下的韧性使用要求。

公布号CN103966508A专利涉及一种耐低温叉车门架用钢及其制造方法，所述槽钢的化学成分为：0.08wt％～0.16wt％的C、0.15wt％～0.40wt％的Si、1.2wt％～1.6wt％的Mn、不超过0.020wt％的P、不超过0.010wt％的S、0.02wt％～0.06wt％的V、0.01wt％～0.03wt％的Ti、0.025wt％～0.05wt％的Nb，余量为铁和不可避免的杂质。根据该发明的方法生产出的叉车门架用钢在低温条件下-40℃下冲击韧性在28J以上。但是添加Nb，Ti等，成本显著增加，同时对于-50℃条件下在极寒地区使用受到限制。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，为了满足低温环境下海洋石油钢的需求，提供一种石油平台用耐低温热轧槽钢及其制造方法。更具体是说，本发明提供一种屈服强度355MPa及以上级别，-50℃以下耐低温槽钢及其低成本制造方法。

本发明的技术方案如下：

本发明的海洋工程用耐低温热轧槽钢，其化学成分组成按重量百分比为：C：0.06％～0.10％；Si：≤0.4％；Mn：0.9％～1.6％；V：0.02％～0.08％；P≤0.02％；S≤0.01％；N≤0.015％；Al：0.02％～0.05％；O≤0.004％；其余为Fe和不可避免杂质。

进一步地，本发明除上述合金成分外，还可以选择添加Nb，Ti或者Ni等一种或者几种元素。此种情况下，本发明的海洋工程用耐低温热轧槽钢，其化学成分组成按重量百分比为：C：0.06％～0.10％；Si：≤0.4％；Mn：0.9％～1.6％；V：0.02％～0.08％；P≤0.02％；S≤0.01％；N≤0.015％；Al：0.02％～0.05％；O≤0.004％；Nb，Ti或者Ni中的一种或者几种元素，其含量控制在Nb≤0.02％，Ti≤0.025％或者Ni≤0.02％；其余为Fe和不可避免杂质。

本发明的热轧槽钢，其屈服强度大于等于355MPa，抗拉强度大于等于470MPa，延伸率大于等于25％，-50℃纵向冲击功大于等于34J。

本发明还提供了一种上述热轧槽钢的制造方法，其生产制备工艺主要包括转炉冶炼，LF精炼，连铸和热轧成型，具体步骤如下：

1)铁水预脱硫：

对使用原矿制得的铁水脱硫，脱硫后保证铁水中的硫含量为≤0.02wt％；

2)转炉冶炼：

入炉铁水砷含量≤100ppm，要求铁水计量准确，装入量误差≤0.5吨；渣料必须于终点前3分钟加完，全程渣子化好、化透；终渣碱度控制在2.5～3.3范围内；控制钢水的化学成分按重量百分比计与所述热轧槽钢的化学成分一致；

3)精炼：

精炼全程底吹氩气搅拌，保证夹杂物上浮，保证精炼软吹氩不小于10分钟；

4)连铸：

连铸过程中间包液面≥800mm，采用全保护浇注工艺；拉速控制在1.1～1.8m/min；

5)热轧：

在轧制过程中，加热炉的均热温度为1150～1250℃，铸坯在炉时间为120～200min；开轧温度为1100～1160℃，终轧温度在翼缘外侧为820～900℃，轧材的翼缘厚度范围为5～15mm，轧后轧材在冷床自然冷却。

根据本发明的制造方法，其中作为优选，步骤2)采用双挡渣出钢工艺，放钢时间不小于2min，控制转炉下渣量≤70mm；采用铝锰铁脱氧，铝锰铁加入量1.5～4.0kg/t钢，炉前可视情况补加；采用金属锰、钒氮进行合金化，合金成分按中限控制。

根据本发明的制造方法，为保证生产顺行，步骤3)在精炼出站前喂入钙线50～150m/炉。

根据本发明的制造方法，其中作为优选，步骤5)所述精轧在万能连轧机上进行，机架间水冷全部开启。

本发明通过低碳微合金化工艺设计，应用铝脱氧、以V-Al-N为主的工艺技术，结合加热温度和终轧温度等过程温度控制，实现海洋工程用大中规格槽钢产品生产。根据本发明实施例，海洋工程用槽钢的制备方法包括脱硫、转炉冶炼、LF精炼、矩型坯全保护连铸、纵列式万能轧制工艺。

在本发明中主要合金元素的作用如下：

C：在钢中以间隙原子存在，也可以与V，Ti，Nb等强碳化合物合金元素相结合，形成细小弥散的碳化物，起到抑制晶粒长大和析出强化的作用，是最有效的强化元素之一。过高的C对于钢的韧性不利，因此C控制在0.06％～0.10％；

Mn：能够降低奥氏体向铁素体转变的相变温度，而奥氏体向铁素体转变的相变温度的降低对于热轧态或正火态钢材的铁素体晶粒尺寸有细化作用，因此，Mn早就作为高强度微合金钢中的主要合金元素而被广泛应用。Mn过高将增加裂纹敏感性显著增加，过低则固溶强化效果不明显，从而影响强度。故Mn的取值范围确定在0.9～1.6％。

Si：可以固溶于铁素体和奥氏体中，提高钢的强度、硬度、弹性和耐磨性。提高钢的淬火、正火和退火温度，提高钢的回火稳定性和抗氧化性。当钢中Si含量较高时，钢的焊接性能会恶化。Si含量高于0.5％以上将损害钢的韧性和塑性。

V：为强碳化合物形成元素，可阻碍钢在加热时的奥氏体晶粒长大，并能够抑制轧制后的再结晶及再结晶后的晶粒长大，形成的VN起到细化晶粒的作用，VC起到沉淀强化的作用，进而提高钢材的强度和低温韧性。

P：是钢中的有害元素，由于其偏析倾向严重，容易在晶界聚集恶化钢的基体组织，使钢的力学性能不均匀，因此本发明将磷含量控制到0.02％以下。

S：是大多数钢种中的有害元素，偏析倾向严重，易引起钢材低温沿晶断裂和高温脆化，并能导致钢材具有各向异性韧性低等缺点，本发明将硫含量控制在0.01％以下。

Al：脱氧剂，同时可以与钢中的N形成AlN，细化铁素体晶粒，起到细晶强化的作用，同时改善钢的韧性。过多的Al不利于组织的纯净度，因此控制含量在0.02％～0.05％；

本发明未提及的工序，均可采用现有技术。

同目前高强度槽钢及生产方法比较，本发明技术方案的优点在于：

1、与现有技术相比，本专利涉及技术充分利用细晶强化机制，细化基体组织晶粒到18微米以下，提高低温韧性；同时，采用低碳含量控制，避免出现过多的珠光体和带状组织，提高组织均匀性。

2、V-Al-N复合微合金化工艺，成本低廉，炼钢工序工艺控制简单，合金回收率稳定，轧制过程不需进行冷却水控轧空冷，通过空冷就可以实现组织的细化以及稳定性，从而得到耐低温海工用槽钢。

3、本发明涉及的海工用槽钢产品其力学性能良好，屈服强度大于等于355MPa，抗拉强度大于等于470MPa，尤其是-50℃纵向冲击功大于等于34J，适合极寒地区使用。

附图说明

图1是本发明的耐低温热轧槽钢外形示意图；其中h表示高度，b表示腿宽度，s表示腰宽度，t表示腿厚度，r1表示内圆弧半径。

具体实施方式

以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，实施例只用于对本发明作进一步说明，不限制本发明的保护范围，其他人根据本发明做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。

下述实施例中的连铸坯均按以下工艺流程制备：根据设定的化学成分范围(表1)，以化学成分C，Si，Mn，S，P和Fe为原料，进行转炉冶炼、精炼、连铸、铸坯直接加热或者均热。实施例1-3的制备步骤如下：

1、铁水预脱硫：

对使用原矿制得的铁水脱硫，脱硫后保证铁水中的硫含量为≤0.008wt％；

2、转炉冶炼：

入炉铁水砷含量小于100ppm；渣料必须于终点前3分钟加完，全程渣子化好、化透。终渣碱度控制在2.9～3.1范围内。采用双挡渣出钢工艺，放钢时间5min，控制转炉下渣量60mm；控制钢水的化学成分按重量百分比计与所述热轧槽钢的化学成分一致。

3、精炼：

执行全程底吹氩搅拌吹氩制度，保证夹杂物上浮，保证精炼软吹氩15分钟。为保证生产顺行，精炼出站前喂入钙线100m。

4、连铸：

采用全保护浇注工艺；拉速控制在1.5m/min.

5、热轧：

控制温度为主，终轧温度检测翼缘外侧，轧后轧材在冷床自然冷却。实施例1-3的化学成分及具体工艺见下表1。

表1实施例1-3的化学成分(wt％,余量铁)

项目	C	Si	Mn	P	S	Al	V	N	Nb	Ti	Ni
												实施例1	0.06	0.25	1.1	0.02	0.010	0.020	0.05	0.012	—	—	—
实施例2	0.08	0.35	1.20	0.019	0.009	0.025	0.035	0.008	—	—	—
												实施例3	0.10	0.28	1.0	0.018	0.008	0.030	0.03	0.01	—	—	—
实施例4	0.06	0.25	1.1	0.02	0.010	0.020	0.05	0.012	0.02	—	—
												实施例5	0.08	0.35	1.20	0.019	0.009	0.025	0.035	0.008	—	0.015	—
实施例6	0.10	0.28	1.0	0.018	0.008	0.030	0.03	0.01	—	0.015	0.2
												实施例7	0.06	0.25	1.1	0.02	0.010	0.020	0.05	0.012	0.02	0.015	0.2

实施例1-3的热轧工艺条件见表2。按照标准为BS EN ISO 377-1997《力学性能试验试样的取样位置和制备》；屈服强度、抗拉强度、延伸率的试验方法参照标准ISO6892-1-2009《金属材料室温拉伸试验方法》；冲击功试验方法参照标准ISO 148-1《金属材料夏比摆锤冲击试验》，结果见表2。

表2实施例1-3的热轧工艺条件

从表中可见，本发明实施例1-3屈服强度保持355MPa级别，其-50℃冲击功较高。可以满足制备海洋工程构件在极低环境下的使用条件，适用于制作海洋石油平台、海洋远洋运输船舶等具有较高低温韧性要求的支撑结构件。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims

1.一种海洋工程用耐低温热轧槽钢，其特征在于，所述热轧槽钢的化学成分组成按重量百分比为：C：0.06％～0.10％；Si：≤0.4％；Mn：0.9％～1.6％；V：0.02％～0.08％；P≤0.02％；S≤0.01％；N≤0.015％；Al：0.02％～0.05％；O≤0.004％；其余为Fe和不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的热轧槽钢，其特征在于，所述热轧槽钢的屈服强度大于等于355MPa，抗拉强度大于等于470MPa，延伸率大于等于25％，-50℃纵向冲击功大于等于34J。

3.一种海洋工程用耐低温热轧槽钢，其特征在于，所述热轧槽钢的化学成分组成按重量百分比为：C：0.06％～0.10％；Si：≤0.4％；Mn：0.9％～1.6％；V：0.02％～0.08％；P≤0.02％；S≤0.01％；N≤0.015％；Al：0.02％～0.05％；O≤0.004％；Nb，Ti或者Ni中的一种或者几种元素，其含量控制在Nb≤0.02％，Ti≤0.025％或者Ni≤0.02％；其余为Fe和不可避免杂质。

4.如权利要求2所述的热轧槽钢，其特征在于，所述热轧槽钢的屈服强度大于等于355MPa，抗拉强度大于等于470MPa，延伸率大于等于25％，-50℃纵向冲击功大于等于34J。

5.一种权利要求1-4任一所述热轧槽钢的制造方法，包括以下步骤：

1)铁水预脱硫：

2)转炉冶炼：

入炉铁水砷含量≤100ppm，装入量误差≤0.5吨；终渣碱度控制在2.5～3.3范围内；控制钢水的化学成分按重量百分比计与所述热轧槽钢的化学成分一致；

3)精炼：

4)连铸：

5)热轧：

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，步骤2)采用双挡渣出钢工艺，放钢时间不小于2min，控制转炉下渣量≤70mm；采用铝锰铁脱氧，铝锰铁加入量1.5～4.0kg/t钢；采用金属锰、钒氮进行合金化，合金成分按中限控制。

7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，步骤3)在精炼出站前喂入钙线50～150m/炉。

8.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，步骤5)所述精轧在万能连轧机上进行，机架间水冷全部开启。