CN106521359A - 海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板及生产方法 - Google Patents

海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板，所述钢板化学成分及重量百分含量为：C：0.13%～0.15%，Si：0.15%～0.35%，Mn：1.10%～1.30%，Ni：1.20%～1.25%，P≤0.012%，S≤0.003%，Al：0.020%～0.050%，Nb：0.020%～0.030%，V：0.030%～0.040%，Ti：0.015%‑0.02%，Cr：1.00%～1.10%，Mo：0.40%～0.50%，B：0.0005%～0.0015%，Cu≤0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质。生产工序包括加热、轧制和热处理工序。本发明所生产的钢板具有成分均匀、内部致密的特点，具有良好的组织、综合性能、抗硫化氢腐蚀性能和焊接性能，性能完全满足海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的使用要求。

Description

海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板及生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板及生产方法。
背景技术
近年来，随着国民经济建设的迅猛发展，对于海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的需求日益突出，市场对于海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的需求越来越大。长期以来由于缺乏必要的生产设备和技术支撑，同时由于国内没有生产海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的成熟经验，致使不能满足国内市场的需求，严重制约了我国国民经济建设的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种抗硫化氢腐蚀性能优良的海上钻井平台高强度钢板；本发明还提供了海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板，所述钢板化学成分及重量百分含量为：C：0.13%～0.15%，Si：0.15%～0.35%，Mn：1.10%～1.30%，Ni：1.20%～1.25%，P≤0.012%，S≤0.003%，Al：0.020%～0.050%，Nb：0.020%～0.030%，V：0.030%～0.040%，Ti：0.015%-0.02%，Cr：1.00%～1.10%，Mo：0.40%～0.50%，B：0.0005%～0.0015%，Cu≤0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板的最大厚度为85毫米。
本发明所述生产工序包括加热、轧制和热处理工序；所述海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢钢板成分的重量百分含量为：C：0.13%～0.15%，Si：0.15%～0.35%，Mn：1.10%～1.30%，Ni：1.20%～1.25%，P≤0.012%，S≤0.003%，Al：0.020%～0.050%，Nb：0.020%～0.030%，V：0.030%～0.040%，Ti：0.015%-0.02%，Cr：1.00%～1.10%，Mo：0.40%～0.50%，B：0.0005%～0.0015%，Cu≤0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1220～1240℃，均热温度1200～1220℃，加热段和均热段总时间≥11min/cm。
本发明所述轧制工序：采用二阶段轧制工艺；第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度为1050～1100℃，单道次压下量为10～30%，累计压下率为30～50％；晾钢厚度为≥成品板厚+60mm；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，轧制温度≤880℃，累计压下率为30～50％，终轧温度为800～850℃，轧制后得到半成品钢板。
本发明所述热处理工序：采用淬火＋回火工艺；淬火温度为890～910℃，保温系数2.0～2.3min/mm，辊速3～7m/mim,水冷加速冷却，回火温度为650～670℃，保温时间4.5～5.5min/mm。
本发明所述钢板生产方法包括冶炼工序，钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度≥1580℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线和Si-Ca线，真空处理时真空度≤66Pa，真空保持时间≥15min，解决了钢水钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度。
本发明所述钢板生产方法包括连铸工序，拉速控制在0.75～1.05m/min，过热度10～20℃；钢坯避风堆垛，缓冷≥24小时后温送，带温清理，所述带温温度≥150℃。
本发明所述热处理工序中淬火介质为水。
本发明各组分及含量的作用机理是：
C：碳对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响。碳通过间隙固溶能显著提高钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性，碳含量过低则降低钢的淬透性。
Si：在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。
Mn：锰成本低廉，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；锰量过高，会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
Ni：镍能减小低温时的位错在基体金属中运动的总阻力，Ni还可以提高层错能，抑制在低温时大量位错的形成，促进低温时螺位错交滑移，使裂纹扩展消耗功增加故韧性提高，从而降低钢材的韧脆转变温度。但镍是贵重金属，过高的镍将会增加成本。
P、S：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；硫降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。
Al：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
Nb：铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶有效的细化显微组织，并通过析出强化基体。铌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：钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能，钒是钢的优良脱氧剂。钒在钢中主要以碳化物的形式存在，其主要作用是细化钢的组织和晶粒，钢中加入0.030%～0.040%钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒还能与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。钒和碳、氨、氧有极强的亲和力，与之形成相应的稳定化合物。同时钒增加淬火钢的回火稳定性，并产生二次硬化效应。V的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，同时通过两次淬火更好地起到细化晶粒的作用，同时提高了回火稳定性，为得到更高的强度级别和稳定优良的冲击韧性提供保证。
Cr：在低合金钢范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。
Mo：具有较强的碳化物形成能力，能够阻止奥氏体化的晶粒粗大，同时还会造成C曲线右移，减小了过冷度极大地提高了淬透性。当钼与铌同时加入时，钼在控轧过程中可增大对奥氏体再结晶的抑制作用，进而促使奥氏体显微组织的细化，但是过多的钼会损害焊接时形成的热影响区的韧性，降低钢的焊接性。
本发明方法的化学成分设计采用C、Mn、Cr、Mo固溶强化，使钢板具有良好的组织、力学性能、抗硫化氢腐蚀性能和焊接性能。本发明方法主要采用适当二阶段轧制工艺，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，能够更好的满足更高强度级别抗硫化氢腐蚀性能的要求，-40℃冲击韧性优良，另外钢板延伸率有相当大的富裕量，可广泛用于海上钻井平台用工程，应用前景广阔。本发明方法采用提高钢水纯净度、降低硫含量、进行Ca处理、优化连铸坯的加热和轧制条件等措施，能够更好的满足海上钻井平台抗硫化氢腐蚀用钢的要求。拉速相比同规格品种降低0.05m/min。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明钢板具有以下优点：（1）具有钢质更纯净，P≤0.012%，S≤0.003%；（2）硬度适中，板厚1/4处硬度在235～325HB；（3）力学性能良好，强度适中，-40℃低温韧性优良；（4）钢板最大厚度可达到85mm；（5）成分以碳、锰为主，加少量的Cr、Mo、Ni和Nb、V等元素；（6）按照NACE TM0284标准A溶液检验抗硫化氢腐蚀性能优良。
本发明生产方法采用C、Mn、Cr、Mo、Ni固溶强化；加入少量的Nb、V以细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用同时增强钢板的回火稳定性；加入少量的Ni以提高低温韧性。本发明所生产的钢板具有成分均匀、内部致密的特点，具有良好的组织、综合性能、抗硫化氢腐蚀性能和焊接性能。钢的冶金水平较高，性能完全满足海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的使用要求。
具体实施方式
本海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的生产方法采用下述工艺：
（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度≥1580℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线和Si-Ca线，真空处理时真空度≤66Pa，真空保持时间≥15min，解决了钢水钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度。
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸，连铸时进行电磁搅拌及轻压下，加强凝固末端强冷，拉速控制在在0.75～1.05m/min，过热度10～20℃，尽可能减少连铸坯偏析，钢坯避风堆垛，缓冷≥24小时后温送，带温(≥150℃)清理。
（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1220～1240℃，均热温度1200～1220℃，加热段和均热段总时间≥11min/cm。
（4）轧制工序：采用二阶段轧制工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度为1050～1100℃，单道次压下量为10～30%，累计压下率为30～50％；晾钢厚度为≥成品板厚+60mm；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，轧制温度≤880℃，累计压下率为30～50％，终轧温度为800～850℃，轧制后得到半成品钢板。
（5）热处理：对钢板粗品进行淬火处理，采用淬火＋回火工艺；淬火温度为890～910℃，保温系数2.0～2.3min/mm，辊速3～7m/mim,水冷加速冷却，回火温度为650～670℃，保温时间4.5～5.5min/mm。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板采用下述成分配比以及生产工艺。成分配比（wt）：C：0.15%，Si：0.24%，Mn：1.16%，Ni：1.20%，P：0.010%，S：0.003%，Al：0.035%，Nb：0.023%，V：0.035%，Ti：0.018%，Cr：1.05%，Mo：0.45%，B：0.0005%，Cu：0.12%，余量为Fe和不可避免的杂质。厚度85mm。
生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度1580℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线4kg/t钢水和Si-Ca线5.5m/t钢水，真空处理时真空度66Pa，真空保持时间25min。
（2）连铸工序：过热度13℃，拉坯速度0.95m/min，连铸得到连铸坯。
（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1240℃，均热温度1200℃，总加热时间为11min/mm。
（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1050℃，道次压下率10%，终轧温度为920℃，累计压下率40%；晾钢厚度为150mm,第二阶段的开轧温度为880℃，终轧温度为820℃，累计压下率为45%，单道次压下率为12%。
（5）热处理：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为900℃，保温系数2.1min/mm，辊速4m/mim,水冷加速冷却，回火温度为650℃，保温时间5.5min/mm。
本实施例所得海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度780MPa，抗拉强度840MPa，-40℃横向冲击功平均150J，硬度285HB/295HB/305HB，HIC（抗硫化氢腐蚀性能）检验结果为CLR：0.05%、CTR：0.01%、CSR：0.003%。
实施例2
本海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板采用下述成分配比以及生产工艺。成分配比（wt）：C：0.14%，Si：0.26%，Mn：1.09%，Ni：1.21%，P：0.008%，S：0.002%，Al：0.038%，Nb：0.025%，V：0.033%，Ti：0.015%，Cr：1.08%，Mo：0.48%，B：0.0009%，Cu：0.10%,余量为Fe和不可避免的杂质。厚度60mm。
生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度1590℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线4kg/t钢水和Si-Ca线5m/t钢水，真空处理时真空度68Pa，真空保持时间23min。
（2）连铸工序：过热度13℃，拉坯速度1.00m/min，连铸得到连铸坯。
（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1240℃，均热温度1220℃，总加热时间为11min/mm。
（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1050℃，道次压下率10%，终轧温度为920℃，累计压下率40%；晾钢厚度为120mm,第二阶段的开轧温度为870℃，终轧温度为810℃，累计压下率为45%，单道次压下率为12%。
（5）热处理：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为900℃，保温系数2.0min/mm，辊速4m/mim,水冷加速冷却，回火温度为660℃，保温时间5.5min/mm。
本实施例所得海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度790MPa，抗拉强度840MPa，-40℃横向冲击功平均200J，硬度290HB/300HB/305HB，HIC（抗硫化氢腐蚀性能）检验结果为CLR：0%、CTR：0%、CSR：0%。
实施例3
本海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板采用下述成分配比以及生产工艺。成分配比（wt）：C：0.13%，Si：0.15%，Mn：1.30%，Ni：1.25%，P：0.012%，S：0.001%，Al：0.020%，Nb：0.020%，V：0.030%，Ti：0.02%，Cr：1.00%，Mo：0.50%，B：0.0015%，Cu：0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。厚度85mm。
生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度1600℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线3kg/t钢水和Si-Ca线6m/ t钢水，真空处理时真空度70Pa，真空保持时间15min。
（2）连铸工序：过热度20℃，拉坯速度1.05m/min，连铸得到连铸坯。
（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1220℃，均热温度1210℃，总加热时间为12min/mm。
（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1100℃，道次压下率30%，终轧温度为920℃，累计压下率50%；晾钢厚度为145mm,第二阶段的开轧温度为850℃，终轧温度为800℃，累计压下率为30%，单道次压下率为10%。
（5）热处理：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为910℃，保温系数2.3min/mm，辊速7m/mim,水冷加速冷却，回火温度为670℃，保温时间4.5min/mm。
本实施例所得海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度790MPa，抗拉强度855MPa，-40℃横向冲击功平均 210J，硬度300HB/295HB/300HB，HIC（抗硫化氢腐蚀性能）检验结果为CLR：0%、CTR：0%、CSR：0%。
实施例4
本海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板采用下述成分配比以及生产工艺。成分配比（wt）：C：0.14%，Si：0.35%，Mn：1.10%，Ni：1.22%，P：0.005%，S：0.002%，Al：0.050%，Nb：0.030%，V：0.040%，Ti：0.018%，Cr：1.10%，Mo：0.40%，B：0.0010%，Cu：0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质。厚度80mm。
生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度1585℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线5kg/t钢水和Si-Ca线7m/t钢水，真空处理时真空度69Pa，真空保持时间25min。
（2）连铸工序：过热度10℃，拉坯速度0.75m/min，连铸得到连铸坯。
（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1230℃，均热温度1205℃，总加热时间为13min/mm。
（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1080℃，道次压下率20%，终轧温度为920℃，累计压下率30%；晾钢厚度为140mm,第二阶段的开轧温度为860℃，终轧温度为850℃，累计压下率为50%，单道次压下率为15%。
（5）热处理：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为890℃，保温系数2.1min/mm，辊速3m/mim,水冷加速冷却，回火温度为655℃，保温时间5.0min/mm。
本实施例所得海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度795MPa，抗拉强度860MPa，-40℃横向冲击功平均 210J，硬度295HB/298HB、299HB，HIC（抗硫化氢腐蚀性能）检验结果为CLR： 0%、CTR：0%、CSR：0%。

Claims (10)

1.一种海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板，其特征在于，所述钢板化学成分及重量百分含量为：C：0.13%～0.15%，Si：0.15%～0.35%，Mn：1.10%～1.30%，Ni：1.20%～1.25%，P≤0.012%，S≤0.003%，Al：0.020%～0.050%，Nb：0.020%～0.030%，V：0.030%～0.040%，Ti：0.015%-0.02%，Cr：1.00%～1.10%，Mo：0.40%～0.50%，B：0.0005%～0.0015%，Cu≤0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢钢板，其特征在于，所述钢板的最大厚度为85毫米。
3.一种海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的生产方法，其特征在于，所述生产工序包括加热、轧制和热处理工序；所述钢板化学成分及重量百分含量为：C：0.13%～0.15%，Si：0.15%～0.35%，Mn：1.10%～1.30%，Ni：1.20%～1.25%，P≤0.012%，S≤0.003%，Al：0.020%～0.050%，Nb：0.020%～0.030%，V：0.030%～0.040%，Ti：0.015%-0.02%，Cr：1.00%～1.10%，Mo：0.40%～0.50%，B：0.0005%～0.0015%，Cu≤0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1220～1240℃，均热温度1200～1220℃，加热段和均热段总时间≥11min/cm。
5.根据权利要求3所述的海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序：采用二阶段轧制工艺；第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度为1050～1100℃，累计压下率为30～50％；晾钢厚度为≥成品板厚+60mm；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，轧制温度≤880℃，累计压下率为30～50％，终轧温度为800～850℃，轧制后得到半成品钢板。
6.根据权利要求3所述的海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的生产方法，其特征在于，所述热处理工序：采用淬火＋回火工艺；淬火温度为890～910℃，保温系数2.0～2.3min/mm，辊速3～7m/mim,水冷加速冷却，回火温度为650～670℃，保温时间4.5～5.5min/mm。
7.根据权利要求3-6任意一项所述的海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板生产方法包括冶炼工序，钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度≥1580℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线3～5kg/t钢水和Si-Ca线5～7m/ t钢水，真空处理时真空度≤66Pa，真空保持时间≥15min。
8.根据权利要求3-6任意一项所述的海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板生产方法包括连铸工序，拉速控制在0.75～1.05m/min，过热度10～20℃；钢坯避风堆垛，缓冷≥24小时后温送，带温清理，所述带温温度≥150℃。
9.根据权利要求3-6任意一项所述的海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的生产方法，其特征在于，所述热处理工序中淬火介质为水；所述轧制工序：所述第一阶段的开轧温度为1050℃～1100℃，终轧温度为920℃～950℃；所述第二阶段的开轧温度为840℃～880℃，终轧温度为800℃～850℃。
10.根据权利要求3-6任意一项所述的海上钻井平台用抗硫化氢腐蚀调质高强钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序：第一阶段和第二阶段的单道次压下率均为10～30%。
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