CN113088834B - 一种高品质海上石油建设用钢板及其生产方法 - Google Patents

一种高品质海上石油建设用钢板及其生产方法 Download PDF

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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

一种高品质海上石油建设用钢板及其生产方法
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（%）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
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
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表3. 实施例1-12钢板应变时效处理后力学性能
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。

Claims (5)

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；所述钢板TMCP交货状态力学性能指标为：屈服强度≥530MPa，抗拉强度≥623MPa，屈强比≤0.85，延伸率≥27%，-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；
所述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℃。
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.基于权利要求1或2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℃。
4.根据权利要求3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%。
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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