CN108085604A - 海洋工程用低温韧性s355g10+m宽厚钢板及其生产方法 - Google Patents

海洋工程用低温韧性s355g10+m宽厚钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种海洋工程用低温韧性S355G10+M宽厚钢板，采用低碳、Nb、Ti、Ni、Cr复合添加的成分设计，不添加V合金，原料成本低；使用320mm大断面连铸坯，在低圧缩比条件下充分发挥粗轧大压下技术，合理分配轧制道次和道次压下率，TMCP工艺技术生产出低温韧性性能优良的S355G10+M产品，轧后钢板不需要后续正火等热处理，工序成本低。

Description

海洋工程用低温韧性S355G10+M宽厚钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及冶金领域一种钢板的生产工艺，具体的说是一种海洋工程用低温韧性S355G10+M宽厚钢板及其生产工艺。
背景技术
海洋工程用钢适用于各种复杂工况条件和恶劣自然环境，且服役周期较普通船舶用钢高50%，因此要求海洋工程用钢不但具有高强度和高塑性，良好的焊接性能及耐海水侵蚀性能，还应具备良好的韧性，以保证钢材和设备能适应各种载荷和低温环境。
S355G10系列钢属欧盟EN10225标准的结构钢，规定了海上结构钢的化学成分、力学性能、焊接性能等。目前我国尚未制定海洋工程用钢标准，国内多采用低碳当量、微合金化，控扎后选择合理的热处理工艺(如正火)开发出S355NL和S355J2等钢板，均能满足部分海上平台及结构件的应用。
专利CN 102345055A公开了一种可焊接细晶粒结构钢S355NL/S355NLZ35钢板及其生产方法，按照其方法可生产钢板的厚度在20-80mm内，正火后各项性能指标均能达到标准要求，但该方法不适用于80mm以上厚规格钢板的生产。
专利CN 104726769A公开了大厚度海洋平台用S355G10+N钢板及其生产方法，其成分设计中包含V 0.04-0.06%，炼钢采用锭模浇注、后续轧制为钢坯，且轧制钢板需进行正火热处理，生产工序复杂，生产成本高。
发明内容
现有的海洋工程用低温韧性S355G10钢板，添加Nb、V或Ni进行微合金化，多采用正火热处理工艺生产，部分厚板采用钢锭作为原材料进行轧制，生产工序复杂，生产成本高。
本发明通过专有成分设计，在连铸坯轧制、低压缩比条件下，采用控轧控冷技术，不采用正火热处理工艺的前提下，开发出一种海洋工程用低温韧性S355G10+M宽厚钢板，保证80mm和100mm厚S355G10+M钢板达到EN10225标准性能要求，钢板全厚度方向（近表面+厚度1/2处）-40℃冲击韧性≥200 Akv/J， 5%应变+250℃时效后其冲击韧性均实现达到≥150Akv/J；另外采用低碳成分设计，因CEV ≤0.39%，Pcm ≤0.20%，焊接性能更加优异。
本发明具体采用以下技术方案：
一种海洋工程用低温韧性S355G10+M宽厚钢板，其特征在于，钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.04-0.08%，Mn 1.30-1.60%，Si 0.10-0.30%，P ≤0.015%，S ≤0.003%，Nb0.010-0.030%，V ≤0.01%，Ti 0.010-0.020%，Alt 0.020-0.055%，Cr ≤0.20%，Ni 0.10-0.50%，Mo ≤0.05%，Cu ≤0.30%，N ≤0.006%，B ≤0.0005%, As ≤0.03%，Sb≤0.010%，Sn≤0.020%，Pb ≤0.010%，Bi ≤0.010%，CEV ≤0.39%，Pcm ≤0.20%，其余部分为Fe和杂质。
优选地，钢板全厚度方向-40℃冲击韧性≥200 Akv/J，5%应变+250℃时效后其冲击韧性均实现达到≥150Akv/J，钢板厚度方向Z35性能≥50%，厚度方向拉伸强度≥490MPa。
优选地，钢板具有厚度小于15μm，且致密均匀的以FeO+Fe3O4为主的表面氧化皮结构。
上述海洋工程用低温韧性S355G10+M宽厚钢板的生产方法，其特征在于采用低碳、Nb、Ti、Ni、Cr复合添加的成分设计，使用320mm大断面连铸坯，采用低圧缩比条件下粗轧大压下技术、TMCP工艺技术进行生产，生产工序包括：
(1)、炼钢工序：铁水预处理脱S、转炉深脱P、LF深脱S，超低As、Sb、Sn、Pb、Bi、B残余元素控制；采用动态轻压下、电磁搅拌技术，获得中心偏析C0.5、C1.0级的S355G系列海工钢铸坯；
(2)、加热工序：铸坯入加热炉加热，加热系数≥10.0min/cm，加热温度1180-1220℃，保证铸坯加热均匀性，特别是厚度1/2处温度的均匀性；
(3)、轧制工序：采用320mm大断面连铸坯，在低圧缩比条件下，采用2阶段控轧工艺，第一阶段轧制温度在980~1150℃之间，合理分配轧制道次和道次压下率，采用粗轧最后2道次压下量≥35mm、压下率≥20%的粗轧大压下技术；第二阶段的开轧温度≤840℃，获得80、100mm厚度S355G钢；
(4)、冷却工序：轧制后的钢板入超快冷系统进行快速冷却，返红温度560℃~620℃；然后进行堆垛缓冷，堆垛时间72小时及以上。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明采用低碳、Nb、Ti、Ni、Cr复合添加的成分设计，不添加V合金（所含V元素是铁水中残余下来的，非添加的合金），原料成本低；使用320mm大断面连铸坯，在低圧缩比条件下充分发挥粗轧大压下技术，合理分配轧制道次和道次压下率，TMCP工艺技术生产出低温韧性性能优良的S355G10+M产品，轧后钢板不需要后续正火等热处理，工序成本低；钢板及试样PWHT（580±20℃、保温4小时，模拟焊后热处理）后检验，钢板全厚度方向（近表面+厚度1/2处）-40℃冲击韧性≥200 Akv/J， 5%应变+250℃时效后其冲击韧性≥150Akv/J的优异低温韧性，钢板厚度方向Z35性能≥50%，厚度方向拉伸强度≥490MPa，综合力学性能指标达到国外同类水平，适用于深海远洋开发或者海洋风塔用钢等海洋工程用大厚度钢板。
在全流程表面氧化皮演变研究基础上，通过优化加热、轧制、冷却工艺技术，获得了厚度小于15μm，且致密均匀的以FeO+Fe3O4为主的表面氧化皮结构，较传统海洋用钢（如S355NL）耐蚀性提高15%以上。
随着对海洋资源的开发不断向深海迈进，对海洋工程用钢的需求量不断扩大，目前仅海洋风塔用钢年需求量达到300吨以上。而EN10225标准S355G10为专为海上结构设计的钢板，市场需求量很大，经济效益好，预计吨钢毛利1000元/吨以上。
附图说明
图1为80mm厚S355G10+M钢板厚度1/2处显微组织。
图2为100mm厚S355G10+M钢板厚度1/2处显微组织。
具体实施方式
本发明海洋工程用低温韧性S355G10+M宽厚钢板采用下述成分配比以及生产方法:
C 0.04-0.08%，Mn 1.30-1.60%，Si 0.10-0.30%，P ≤0.015%，S ≤0.003%，Nb 0.010-0.030%，V ≤0.01%，Ti 0.010-0.020%，Alt 0.020-0.055%，Cr ≤0.20%，Ni 0.10-0.50%，Mo≤0.05%，Cu ≤0.30%，N ≤0.006%，B ≤0.0005%, As ≤0.03%，Sb≤0.010%，Sn ≤0.020%，Pb ≤0.010%，Bi ≤0.010%，CEV ≤0.39%，Pcm ≤0.20%，其余部分为Fe和杂质，生产钢板厚度为80mm和100mm。
本发明生产钢板最大厚度为100mm，钢板牌号S355G10+M，质量同时满足S355G7+M、S355G8+M、S355G9+M系列牌号。
实施例1:
此S355G10+M钢板厚度为80mm，采用下述成分配比以及生产方法。成分含量(wt)为:
C 0.048%、Mn 1.47%、P 0.011%、S 0.001%、Si 0.23%、Alt 0.03%、Nb 0.022%、V0.003%、Ti 0.014%、Ni 0.44%、Cr 0.13%、Cu 0.01%、Mo 0.004%、N 0.0033%、CEV 0.362%、Pcm 0.16%、Pb 0.001%、Sb 0.001%、Sn 0.001%、As 0.004%、B 0.0004%，其余为Fe和杂质。
本钢板的生产方法如下:
(1)、炼钢工序：铁水预处理后S≤0.005%，转炉深脱P≤0.010%，LF深脱硫后S≤0.002%,超低As、Sb、Sn、Pb、Bi、B残余元素控制，冶炼采用成分合格铁水作为原材料，钢水冶炼过程添加合金避免残余元素增加。RH结束后钢液温度1548℃，至连铸中间包，钢液过热度控制在11-17℃,连铸采用动态轻压下、电磁搅拌技术，320mm厚铸坯中心偏析C0.5级。
(2)、加热工序：加热工艺为：钢坯的加热系数10.5min/cm，加热温度1199℃，均热段保温时间62min。
(3)、轧制工序：采用2阶段控轧工艺，第一阶段轧制终了温度1008℃，此阶段最后2道次压下量为38、38mm，道次压下率为24、21%；第二阶段开轧温度为828℃，终轧温度为805℃。
(4)、冷却工艺：经轧制后的钢板在超快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为608℃；轧后及时堆垛缓冷，堆垛温度580℃，堆垛时间78小时。拆垛钢温37℃时探伤。
本S355G10+M钢坯轧成80mm钢板，其厚度1/2处显微组织照片如图1所示，钢板组织均匀细小，组织晶粒度在9.0级，组织类型为：铁素体+珠光体，以及少量的贝氏体，带状组织等级0.5级。力学性能为：屈服强度431MPa，抗拉强度527MPa，屈强比82%，-40℃沿厚度方向各位置冲击功Akv(上表面、1/4T、1/2T、3/4T和下表面,T表示厚度)：254、222、205、299、245J，5%应变+250℃时效后-40℃冲击功：263 J，Z向:77、76、73%。
实施例2:
本S355G10+M钢板厚度为100mm，采用下述成分配比以及生产方法。成分含量为(wt):
C 0.06%、Mn 1.50%、P 0.013%、S 0.001%、Si 0.24%、Alt 0.035%、Nb 0.023%、V0.003%、Ti 0.016%、Ni 0.47%、Cr 0.13%、Cu 0.01%、Mo 0.004%、N 0.0033%、CEV 0.36%、Pcm0.15%、Pb 0.001%、Sb 0.001%、Sn 0.002%、As 0.004%、B 0.0004%，其余为Fe和杂质。
本钢板的生产方法如下:
(1)、炼钢工序：铁水预处理后S≤0.005%，转炉深脱P≤0.010%，LF深脱硫后S≤0.002%,超低As、Sb、Sn、Pb、Bi、B残余元素控制，冶炼采用成分合格铁水作为原材料，钢水冶炼过程添加合金避免残余元素增加。RH结束后钢液温度1543℃，至连铸中间包，钢液过热度控制在9-15℃,连铸采用动态轻压下、电磁搅拌技术，320mm厚铸坯中心偏析C0.5级。
(2)、加热工序：加热工艺为：其钢坯的加热系数11min/cm，最高加热温度1207℃，均热段保温时间58min。
(3)、轧制工序：采用320mm大断面连铸坯，在低圧缩比条件下，采用2阶段控轧工艺，第一阶段轧制终了温度998℃，此阶段最后2道次压下量为41、41mm，道次压下率22、20%；第二阶段开轧温度为819℃，终轧温度为807℃。
(4)、水冷工序：经轧制后的钢板在超快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为591℃；轧后及时堆垛缓冷，堆垛温度580℃，堆垛时间74小时。拆垛钢温48℃时探伤。
本S355G10+M钢板轧成100mm钢板，其厚度1/2处显微组织照片如图2所示，钢板组织均匀细小，组织晶粒度在9.5级，组织类型为:铁素体+珠光体，以及少量的贝氏体，带状组织等级1.0级。力学性能为：屈服强度402MPa，抗拉强度516MPa，屈强比78%，-40℃沿厚度方向各位置冲击功Akv(上表面、1/4T、1/2T、3/4T和下表面,T表示厚度)：271、204、206、283、204 J，5%应变+250℃时效后-40℃冲击功：171 J，Z向:75、75、75%。

Claims (4)

1.一种海洋工程用低温韧性S355G10+M宽厚钢板，其特征在于，钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.04-0.08%，Mn 1.30-1.60%，Si 0.10-0.30%，P ≤0.015%，S ≤0.003%，Nb0.010-0.030%，V ≤0.01%，Ti 0.010-0.020%，Alt 0.020-0.055%，Cr ≤0.20%，Ni 0.10-0.50%，Mo ≤0.05%，Cu ≤0.30%，N ≤0.006%，B ≤0.0005%, As ≤0.03%，Sb≤0.010%，Sn≤0.020%，Pb ≤0.010%，Bi ≤0.010%，CEV ≤0.39%，Pcm ≤0.20%，其余部分为Fe和杂质。
2.如权利要求1所述的海洋工程用低温韧性S355G10+M宽厚钢板，其特征在于钢板全厚度方向-40℃冲击韧性≥200 Akv/J，5%应变+250℃时效后冲击韧性≥150Akv/J，钢板厚度方向Z35性能≥50%，厚度方向拉伸强度≥490MPa。
3.如权利要求1所述的海洋工程用低温韧性S355G10+M宽厚钢板，其特征在于具有厚度小于15μm，且致密均匀的以FeO+Fe3O4为主的表面氧化皮结构。
4.如权利要求1-3任一所述的海洋工程用低温韧性S355G10+M宽厚钢板的生产方法，其特征在于采用低碳、Nb、Ti、Ni、Cr复合添加的成分设计，使用320mm大断面连铸坯，采用低圧缩比条件下粗轧大压下技术、TMCP工艺技术进行生产，生产工序包括：
(1)、炼钢工序：铁水预处理脱S、转炉深脱P、LF深脱S，超低As、Sb、Sn、Pb、Bi、B残余元素控制；采用动态轻压下、电磁搅拌技术，获得中心偏析C0.5、C1.0级的S355G系列海工钢铸坯；
(2)、加热工序：铸坯入加热炉加热，加热系数≥10.0min/cm，加热温度1180-1220℃，保证铸坯加热均匀性，特别是厚度1/2处温度的均匀性；
(3)、轧制工序：采用320mm大断面连铸坯，在低圧缩比条件下，采用2阶段控轧工艺，第一阶段轧制温度在980~1150℃之间，合理分配轧制道次和道次压下率，采用粗轧最后2道次压下量≥35mm、压下率≥20%的粗轧大压下技术；第二阶段的开轧温度≤840℃，获得80、100mm厚度S355G钢；
(4)、冷却工序：轧制后的钢板入超快冷系统进行快速冷却，返红温度560℃~620℃；然后进行堆垛缓冷，堆垛时间72小时及以上。
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