CN113088834A - 一种高品质海上石油建设用钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高品质海上石油建设用钢板及其生产方法,属于冶金技术领域。所述钢板化学成分组成及质量百分含量为:C:0.04~0.06%,Si:0.10~0.30%,Mn:1.55~1.65%,P≤0.005%,S≤0.003%,Ni≤0.30%,Cr:1.30~1.50%,Al:0.020~0.030%,Cu:0.05~0.15%,N≤0.005%,H≤0.0002%,Nb:0.015~0.025%,其余为铁和不可避免的杂质。其生产方法包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。本发明钢板钢质纯净度,内部组织致密,具有高耐海水腐蚀性、高强韧性、低屈强比,良好的焊接性能和抗层状撕裂性能。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域,具体涉及一种高品质海上石油建设用钢板及其生产方法。
背景技术
随着我国经济发展,能源需求的不断攀升,能源发展与拓展正在深刻影响着国家能源安全和能源行业格局,海上石油钻探、开采、运输成为能源发展中的重要部分。由于海上石油建设用钢板所使用的特殊环境,要求钢板具有高耐海水腐蚀性、高强韧性、良好的焊接性能和抗层状撕裂性能,由于技术水平的限制,我国海上石油建设用钢板均为进口。
因此,开发适用于海上石油建设的钢板,满足国内能源建设项目需求,顶替产品进口,打破国际垄断,是海上石油建设用钢攻关课题和目标。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种高品质海上石油建设用钢板及其生产方法,该钢板钢质纯净度,内部组织致密,具有高耐海水腐蚀性、高强韧性、低屈强比,良好的焊接性能和抗层状撕裂性能。
为实现上述发明目的,本发明采取的技术方案是:
一种高品质海上石油建设用钢板,其化学成分组成及质量百分含量为:C:0.04~0.06%,Si:0.10~0.30%,Mn:1.55~1.65%,P≤0.005%,S≤0.003%,Ni≤0.30%,Cr:1.30~1.50%,Al:0.020~0.030%,Cu:0.05~0.15%,N≤0.005%,H≤0.0002%,Nb:0.015~0.025%,其余为铁和不可避免的杂质。
所述钢板最大厚度为120mm;TMCP交货状态的钢板组织为铁素体+贝氏体+珠光体,晶粒度达到9.5~10级。
所述钢板TMCP交货状态力学性能指标为屈服强度≥400MPa,抗拉强度≥540MPa,屈强比≤0.85,延伸率≥20%,-60℃横向平均冲击功≥150J;7.5%拉伸应变+250℃时效处理后,-40℃1/4处横向平均冲击功≥100J,厚拉断面收缩率≥40%,D=3a,180°冷弯良好,-10℃时CTOD值≤0.33mm,表面硬度≤190HB。
上述高品质海上石油建设用钢板的生产方法,包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。
所述冶炼工序,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫化,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在3.0~4.0,钢水有害元素P≤0.005%,S≤0.003%,N≤0.005%,H≤0.0002%,有利的降低钢种有害元素含量,提高钢质纯净度和钢板内部组织致密性。
所述保护浇铸工序采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.30~0.70,固液两相区温度控制在70℃~120℃,压下率2.2~4.0mm/m,压下速率1.4~2.0mm/min。
所述双机架TMCP控制轧制工序,粗轧阶段不限温度、单道次压下量≥30mm,全程闭水作业,晾钢厚度=成品厚度+100~150mm;精轧阶段晾温过程喷淋水雾,增加辊道摇摆,降温速度20~30℃/min;精轧轧制温度≤800℃,轧后入水冷却,钢板返红温度630~650℃。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:(1)本发明采用超低碳低合金的成分设计,有效的降低焊接裂纹敏感性和贵重合金成本,同时控制Cr元素含量,添加适量Cu元素,有效改善钢板的耐海水腐蚀性能、提高钢板强度和抗层状撕裂性能。(2)本发明高纯净冶炼、动态轻压下保护浇铸方法,有利的降低钢种有害元素含量,提高钢质纯净度和钢板内部组织致密性。(3)本发明方法采用双机架TMCP工艺控制,钢板组织为铁素体+贝氏体+珠光体,晶粒度细小均匀,达到9.5~10级,具有稳定的综合性能。
本发明生产的超低碳低合金海上石油建设用钢板,力学性能指标:屈服强度≥400MPa,抗拉强度≥540MPa,屈强比≤0.85,延伸率≥20%,-60℃横向平均冲击功≥150J;7.5%拉伸应变+250℃时效处理后,-40℃1/4处横向平均冲击功≥100J,厚拉断面收缩率≥40%,D=3a,180°冷弯良好,-10℃时CTOD值≤0.33mm,表面硬度≤190HB。本发明钢板具有高韧性、低屈强比、耐腐蚀、抗层状撕裂、可焊接性能优良的综合性能,可实现国内产品的替代进口。
具体实施方式
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
本实施例高品质海上石油建设用钢板的生产方法,包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。采用下述工艺方法生产而成:
(1)冶炼工序:高纯净冶炼,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫化,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在4.0,添加合金Cr:1.40,钢水有害元素控制P:0.005%,S:0.003%,N:0.004%,H:0.0001%。
(2)保护浇铸工序:采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.50控制区域内,固液两相区温度100℃,压下率3.0mm/m、压下速率1.6mm/min。
(3)双机架TMCP控制轧制工序:粗轧机采用不限温度、单道次压下量40mm轧制,全程闭水作业。晾钢厚度270mm转精轧机,晾钢过程喷淋水雾降温,增加辊道摇摆,降温控制25℃/min;精轧机控制轧制温度为800℃,轧后及时入水冷却,钢板返红温度650℃。
实施例2
本实施例高品质海上石油建设用钢板的生产方法,包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。采用下述工艺方法生产而成:
(1)冶炼工序:高纯净冶炼,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫化,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在4.0,添加合金Cr:1.45%,钢水有害元素控制P:0.004%,S:0.002%,N:0.003%,H:0.00008%。
(2)保护浇铸工序:采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.55控制区域内,固液两相区温度控制110℃,压下率4.0mm/m、压下速率1.5mm/min。
(3)双机架TMCP控制轧制工序:粗轧机采用不限温度、单道次压下量35mm轧制,全程闭水作业。凉钢厚度250mm转精轧机,凉温过程喷淋水雾降温,增加辊道摇摆,降温控制25℃/min;精轧机控制轧制温度为800℃,轧后及时入水冷却,钢板返红温度640℃。
实施例3
本实施例高品质海上石油建设用钢板的生产方法,包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。采用下述工艺方法生产而成:
(1)冶炼工序:高纯净冶炼,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在3.4,添加合金Cr:1.45%,钢水有害元素控制P:0.003%,S:0.001%,N:0.002%,H:0.0001%。
(2)保护浇铸工序:采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.50控制区域内,固液两相区温度控制100℃,压下率3.5mm/m、压下速率1.7mm/min。
(3)双机架TMCP控制轧制工序:粗轧机采用不限温度、单道次压下量40mm轧制,全程闭水作业。凉钢厚度230mm转精轧机,凉温过化程喷淋水雾降温,增加辊道摇摆,降温控制30℃/min;精轧机控制轧制温度为800℃,轧后及时入水冷却,钢板返红温度650℃。
实施例4
本实施例高品质海上石油建设用钢板的生产方法,包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。采用下述工艺方法生产而成:
(1)冶炼工序:高纯净冶炼,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在3.8,添加合金Cr:1.48%,钢水有害元素控制P:0.004%,S:0.002%,N:0.0008%,H:0.00006%。
(2)保护浇铸工序:采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.60控制区域内,固液两相区温度控制90℃,压下率3.4mm/m、压下速率1.8mm/min。
(3)双机架TMCP控制轧制工序:粗轧机采用不限温度、单道次压下量40mm轧制,全程闭水作业。凉钢厚度210mm转精轧机,凉温过化程喷淋水雾降温,增加辊道摇摆,降温控制30℃/min;精轧机控制轧制温度为800℃,轧后及时入水冷却,钢板返红温度630℃。
实施例5
本实施例高品质海上石油建设用钢板的生产方法,包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。采用下述工艺方法生产而成:
(1)冶炼工序:高纯净冶炼,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在3.8,添加合金Cr:1.47%,钢水有害元素控制P:0.003%,S:0.001%,N:0.001%,H:0.0002%。
(2)保护浇铸工序:采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.40控制区域内,固液两相区温度控制90℃,压下率3.7mm/m、压下速率1.6mm/min。
(3)双机架TMCP控制轧制工序:粗轧机采用不限温度、单道次压下量40mm轧制,全程闭水作业。凉钢厚度190mm转精轧机,凉温过化程喷淋水雾降温,增加辊道摇摆,降温控制30℃/min;精轧机控制轧制温度为800℃,轧后及时入水冷却,钢板返红温度630℃。
实施例6
本实施例高品质海上石油建设用钢板的生产方法,包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。采用下述工艺方法生产而成:
(1)冶炼工序:高纯净冶炼,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在3.5,添加合金Cr:1.46%,钢水有害元素控制P:0.002%,S:0.001%,N:0.0001%,H:0.00002%。
(2)保护浇铸工序:采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.40控制区域内,固液两相区温度控制104℃,压下率3.5mm/m、压下速率1.5mm/min。
(3)双机架TMCP控制轧制工序:粗轧机采用不限温度、单道次压下量40mm轧制,全程闭水作业。凉钢厚度170mm转精轧机,凉温过化程喷淋水雾降温,增加辊道摇摆,降温控制30℃/min;精轧机控制轧制温度为780℃,轧后及时入水冷却,钢板返红温度650℃。
实施例7
本实施例高品质海上石油建设用钢板的生产方法,包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。采用下述工艺方法生产而成:
(1)冶炼工序:高纯净冶炼,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在3.0,添加合金Cr:1.49%,钢水有害元素控制P:0.002%,S:0.002%,N:0.0005%,H:0.00002%。
(2)保护浇铸工序:采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.40控制区域内,固液两相区温度控制100℃,压下率3.0mm/m、压下速率2.0mm/min。
(3)双机架TMCP控制轧制工序:粗轧机采用不限温度、单道次压下量40mm轧制,全程闭水作业。凉钢厚度165mm转精轧机,凉温过化程喷淋水雾降温,增加辊道摇摆,降温控制28℃/min;精轧机控制轧制温度为790℃,轧后及时入水冷却,钢板返红温度633℃。
实施例8
本实施例高品质海上石油建设用钢板的生产方法,包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。采用下述工艺方法生产而成:
(1)冶炼工序:高纯净冶炼,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在3.0,添加合金Cr:1.44%,钢水有害元素控制P:0.003%,S:0.001%,N:0.0005%,H:0.0002%。
(2)保护浇铸工序:采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.44控制区域内,固液两相区温度控制120℃,压下率4.0mm/m、压下速率2.0mm/min。
(3)双机架TMCP控制轧制工序:粗轧机采用不限温度、单道次压下量45mm轧制,全程闭水作业。凉钢厚度160mm转精轧机,凉温过化程喷淋水雾降温,增加辊道摇摆,降温控制27℃/min;精轧机控制轧制温度为792℃,轧后及时入水冷却,钢板返红温度648℃。
实施例9
本实施例高品质海上石油建设用钢板的生产方法,包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。采用下述工艺方法生产而成:
(1)冶炼工序:高纯净冶炼,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在3.7,添加合金Cr:1.46%,钢水有害元素控制P:0.003%,S:0.003%,N:0.003%,H:0.0002%。
(2)保护浇铸工序:采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.30控制区域内,固液两相区温度控制70℃,压下率2.5mm/m、压下速率2.0mm/min。
(3)双机架TMCP控制轧制工序:粗轧机采用不限温度、单道次压下量42mm轧制,全程闭水作业。凉钢厚度160mm转精轧机,凉温过化程喷淋水雾降温,增加辊道摇摆,降温控制23℃/min;精轧机控制轧制温度为773℃,轧后及时入水冷却,钢板返红温度635℃。
实施例10
本实施例高品质海上石油建设用钢板的生产方法,包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。采用下述工艺方法生产而成:
(1)冶炼工序:高纯净冶炼,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在3.3,添加合金Cr:1.48%,钢水有害元素控制P:0.004%,S:0.002%,N:0.001%,H:0.0001%。
(2)保护浇铸工序:采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.70控制区域内,固液两相区温度控制82℃,压下率2.2mm/m、压下速率1.4mm/min。
(3)双机架TMCP控制轧制工序:粗轧机采用不限温度、单道次压下量35mm轧制,全程闭水作业。凉钢厚度160mm转精轧机,凉温过化程喷淋水雾降温,增加辊道摇摆,降温控制20℃/min;精轧机控制轧制温度为786℃,轧后及时入水冷却,钢板返红温度644℃。
实施例11
本实施例高品质海上石油建设用钢板的生产方法,包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。采用下述工艺方法生产而成:
(1)冶炼工序:高纯净冶炼,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在3.6,添加合金Cr:1.46%,钢水有害元素控制P:0.002%,S:0.001%,N:0.0005%,H:0.00002%。
(2)保护浇铸工序:采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.65控制区域内,固液两相区温度控制90℃,压下率2.7mm/m、压下速率1.9mm/min。
(3)双机架TMCP控制轧制工序:粗轧机采用不限温度、单道次压下量33mm轧制,全程闭水作业。凉钢厚度160mm转精轧机,凉温过化程喷淋水雾降温,增加辊道摇摆,降温控制21℃/min;精轧机控制轧制温度为790℃,轧后及时入水冷却,钢板返红温度638℃。
实施例12
本实施例高品质海上石油建设用钢板的生产方法,包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序。采用下述工艺方法生产而成:
(1)冶炼工序:高纯净冶炼,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在3.2,添加合金Cr:1.35%,钢水有害元素控制P:0.003%,S:0.001%,N:0.0001%,H:0.00002%。
(2)保护浇铸工序:采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.34控制区域内,固液两相区温度控制77℃,压下率3.1mm/m、压下速率1.8mm/min。
(3)双机架TMCP控制轧制工序:粗轧机采用不限温度、单道次压下量41mm轧制,全程闭水作业。凉钢厚度160mm转精轧机,凉温过化程喷淋水雾降温,增加辊道摇摆,降温控制24℃/min;精轧机控制轧制温度为775℃,轧后及时入水冷却,钢板返红温度645℃。
实施例1-12钢板的化学成分组成及质量百分含量见表1,TMCP交货状态的钢板组织及力学性能见表2。
对上述钢板7.5%拉伸应变+250℃时效处理后,经检测其180°冷弯良好,D=3a,其它力学性能见表3。
表1. 实施例1-12钢板的化学成分组成及质量百分含量(%)
表2. 实施例1-12钢板厚度及TMCP交货状态钢板组织及力学性能
表3. 实施例1-12钢板应变时效处理后力学性能
Claims (6)
1.一种高品质海上石油建设用钢板,其特征在于,所述钢板的化学成分组成及质量百分含量为:C:0.04~0.06%,Si:0.10~0.30%,Mn:1.55~1.65%,P≤0.005%,S≤0.003%,Ni≤0.30%,Cr:1.30~1.50%,Al:0.020~0.030%,Cu:0.05~0.15%,N≤0.005%,H≤0.0002%,Nb:0.015~0.025%,其余为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高品质海上石油建设用钢板,其特征在于,所述钢板最大厚度为120mm;TMCP交货状态的钢板组织为铁素体+贝氏体+珠光体,晶粒度达到9.5~10级。
3.根据权利要求1或2所述的高品质海上石油建设用钢板,其特征在于,所述钢板TMCP交货状态力学性能指标为屈服强度≥400MPa,抗拉强度≥540MPa,屈强比≤0.85,延伸率≥20%,-60℃横向平均冲击功≥150J;7.5%拉伸应变+250℃时效处理后,-40℃1/4处横向平均冲击功≥100J,厚拉断面收缩率≥40%,D=3a,180°冷弯良好,-10℃时CTOD值≤0.33mm,表面硬度≤190HB。
4.基于权利要求1-3任一项所述的高品质海上石油建设用钢板的生产方法,其特征在于,所述生产方法包括冶炼、保护浇铸、双机架TMCP控制轧制工序;所述双机架TMCP控制轧制工序,粗轧阶段不限温度、单道次压下量≥30mm,全程闭水作业,晾钢厚度=成品厚度+100~150mm;精轧阶段晾温过程喷淋水雾,增加辊道摇摆,降温速度20~30℃/min;精轧轧制温度≤800℃,轧后入水冷却,钢板返红温度630~650℃。
5.根据权利要求4所述的高品质海上石油建设用钢板的生产方法,其特征在于,所述冶炼工序,利用石灰、铝线对终渣改质,加强对熔池的搅拌促使熔渣的流动性,使炉渣泡沫化,形成高碱度白渣,白渣pH值控制在3.0~4.0,钢水有害元素P≤0.005%,S≤0.003%,N≤0.005%,H≤0.0002%。
6.根据权利要求5所述的高品质海上石油建设用钢板的生产方法,其特征在于,所述保护浇铸工序采用动态轻压下,连铸坯中心压下区间中心线固相率fs:0.30~0.70,固液两相区温度控制在70℃~120℃,压下率2.2~4.0mm/m,压下速率1.4~2.0mm/min。
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