CN116716544B - 一种海洋工程用圆钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋工程用圆钢及其制备方法，所述圆钢包括特定含量的元素，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，3.0≤[Cr]/[Ni]≤6.0，1.2%≤Si+Cu+P+Al≤2.0%；Nb、V、Ti至少有一种元素不为0%，且0.06%≤Nb+V+Ti+N≤0.08%；当Al+Ti≥0.04%时，Si≥1.0%；所述圆钢焊接冷裂纹敏感指数≤0.22%，耐候指数≥9.0，碳当量≤0.53%。本发明采用特定元素配比，提升钢材的耐腐蚀性能以及强度和塑性，在此基础上，设计了与成分相匹配的制备方法，获得了理想的铁素体+珠光体复相组织，实现了低成本、高耐蚀、可焊接、高强‑韧、大规格圆钢的开发。

Description

一种海洋工程用圆钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢材制备领域，具体涉及一种海洋工程用圆钢及其制备方法。

背景技术

圆钢在海洋工程中起配重和支撑作用，其与盘条通过焊接组成防护网，是海洋工程重要的建筑材料。从服役环境角度考虑，圆钢需具备良好的耐海洋大气腐蚀性能；从加工成型角度考虑，圆钢需具备良好的焊接性能；从安全和服役寿命角度出发，圆钢还需具备高强度、高韧性（抗冲击性能）。

现有技术中，中国专利文献CN106521360A公开了 “一种免涂装耐候圆钢的生产方法”，其圆钢屈服强度＞1000MPa，可用于10.9级耐候螺栓的制造，该专利采用中碳+铬+镍+铜+钒成分体系来保证圆钢的耐腐蚀性能和强度，但对微量元素如H、P、S等要求苛刻，常规生产工艺难以满足要求；同时为避免圆钢轧制过程出现表面裂纹现象，该发明对加热工艺、轧制工艺及冷却工艺均做了特殊的规定，生产工艺复杂，生产难度增大；另外，该发明提供的圆钢主要用于制备桥梁建筑用10.9级耐候螺栓，圆钢的规格小，且不涉及焊接性能和低温冲击性能。中国专利文献CN103993229A公开了“一种5Cr耐蚀钢用钢及其生产方法”，属于高合金耐蚀钢，屈服强度600MPa，组织为马氏体，具有优异的耐氯离子腐蚀和耐工业大气腐蚀性能。但是其采用低碳+高铬+高氮含量来提升耐腐蚀性能，合金成本高，生产难度大；轧制采用低温开轧+高温终轧+超快冷工艺，对设备要求高；产品组织为马氏体，焊接性能和冲击韧性差。中国专利文献CN107675101A公开了“一种耐腐蚀铁路螺栓和道钉用钢及其制造”，其采用低碳、低硅、低锰+铬、镍、铜、钼、铝等合金成分体系，具有优异的力学性能（高强度、高塑性、高韧性）和耐腐蚀性能（盐雾试验相对腐蚀率≤50%），但为解决氢脆问题，炼钢工艺设计上需对铸坯进行入坑缓冷，入坑温度≥600℃，出坑温度≤200℃，生产工艺复杂；为解决耐腐蚀问题，添加了较多的钼，增加了合金成本；另外，该发明涉及的产品只用于铁路螺栓和道钉，规格较小，且未涉及焊接性能。中国专利文献CN109609842A公开了“一种耐大气腐蚀特厚板Q355GNH钢板及其生产方法”该发明提供了一种120mm厚度的耐候钢板，碳当量Ceq≤0.39，焊接裂纹敏感指数Pcm≤0.20，具有优异的力学性能、耐蚀性能和焊接性能，但其生产工艺复杂，需采用堆垛缓冷（堆垛温度≥450℃，时间≥48h）+调质处理（两相区亚温淬火）技术，成品组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体；生产控制难度大、对设备及人员要求高。中国专利文献专利CN113373378A公开了“一种经济型高耐候中厚Q355GNH钢板及其生方法”该发明采用低碳设计思路，添加P、Cu、Cr、Ni，实现一种工艺简单、低成本、中厚规格的 Q355GNH钢板的稳定生产。但其厚度仅为20-40mm，规格小，且未涉及焊接性能；另外，需采用两阶段控轧+两阶段控冷的工艺进行生产，对设备要求高。

由此可见，现有技术要么采用高镍铬合金成分体系来生产耐蚀钢，合金成本高，焊接性能差（碳当量高），且规格小，无法满足配重或支撑的使用需求；要么采用低碳，配以高P+Cu+Cr或低P+Cu+Cr+Ni+Al等微合金化成分体系来生产耐蚀钢，具有优异的耐腐蚀性能，但需采用控轧控冷+热处理工艺，来解决强度与塑性/韧性协调匹配问题，生产工艺复杂，且产品多为耐蚀钢板。亟需一种方案解决海洋工程用钢耐腐蚀性能、焊接性能及力学性能难以协调匹配的技术难题，从而满足了海洋防护工程长寿命服役需求。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中海洋工程用钢耐腐蚀性能、焊接性能及力学性能难以协调匹配的问题，从而提供一种海洋工程用圆钢及其制备方法。

为此，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种海洋工程用圆钢，以重量百分比计，包括如下元素：C：0.01%-0.045%，Si：0.85%-1.5%，Mn：1.05%-2.0%，P：0.075%-0.15%，S≤0.02%，Cr：0.75%-1.25%，Ni：0.15%-0.35%，Cu：0.3%-0.5%，Al：0.01%-0.05%，N：0.015-0.025%，V≤0.05%，Nb≤0.05%，Ti≤0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质；

其中，3.0≤[Cr]/[Ni]≤6.0，1.2%≤Si+Cu+P+Al≤2.0%；

Nb、V、Ti至少有一种元素不为0%，且0.06%≤Nb+V+Ti+N≤0.08%；

当Al+Ti≥0.04%时，Si≥1.0%；

所述圆钢焊接冷裂纹敏感指数Pcm≤0.22%，耐候指数I≥9.0，碳当量Ceq≤0.53%；

其中，Pcm=[C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B] ×100%；

I=26.01×(%Cu)+3.88×(%Ni)+1.20×(%Cr)+1.49×(%Si)+17.28×(%P)-7.29×(%Cu)×(%Ni)-9.10×(%Ni)×(%P)-33.39×(%Cu)²；

Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]×100%。

优选地，C：0.035-0.045%，Si：0.9-1.1%，Mn：1.1-1.4%，P：0.12-0.14%，S≤0.015%，Cr：0.9-1.1%，Ni：0.2-0.3%，Cu：0.35-0.45%，Al：0.025-0.035%，N：0.018-0.022%。

进一步地，所述圆钢的组织为铁素体+珠光体，其中铁素体晶粒度大于等于7级；

所述圆钢的直径为55~100mm，屈服强度≥370MPa，抗拉强度≥520MPa，断后伸长率≥26%，0℃冲击功KV2＞100J。

本发明还提供上述海洋工程用圆钢的制备方法，包括依序执行的铁水脱硫工序、转炉冶炼工序、LF精炼工序、中方坯连铸工序、铸坯加热工序、铸坯热连轧工序以及轧后冷却工序。

进一步地，

所述铸坯加热工序中，加热一段温度为790-860℃，时间30-35min；加热二段温度为880-950℃，时间15-25min；加热三段温度为1030-1100℃，时间15-25min；加热四段温度为1090-1140℃，时间15-20min；均热一段温度为1120-1160℃，时间25-35min；均热二段温度为1110-1150℃，时间30-40min；

所述铸坯加热工序总在炉时间为120min-180min。

所述轧后冷却工序中，在冷床上自然冷却后入坑缓冷，出坑后在空气中继续自然冷却；

入坑缓冷的温度为350℃～400℃，缓冷时间≥30h，出坑温度≤150℃。

所述转炉冶炼工序中，将脱硫后的铁水与废钢装入转炉中进行冶炼，转炉的总装入量为100~105t，铁水的装入量≥80t；出钢温度为1610~1650℃，出钢终点碳控制在0.03%以下；

所述废钢为洁净废钢，以炼钢车间或轧钢车间的判次料、切边料为主，其中C≤0.05%，Si≤2.0%，且铜、镍、砷、锡、铅等杂质元素总含量≤0.05%，气体氧、氮、氢总含量≤0.015%。

所述转炉冶炼工序中，出钢时禁止下渣，出钢过程中依次向钢包中加入12~25kg/t的硅锰、6~12kg/t的硅铁、0.3~2kg/t的铝块、9~15kg/t的微碳铬铁、1~3kg/t的镍铁；之后加入5~10kg/t的石灰、3~5kg/t的精炼渣进行调渣；出钢全程吹氩，出钢开始至出钢3/4期间的底吹氩气流量为200~1000m³/min，出钢3/4后的底吹氩气流量为200~800m³/min；

硅锰中Mn为65%，Si为17%，其余为铁和杂质元素；硅铁中Si为72%，其余为铁和杂质元素；铝块中铝含量≥97%，其余为铁和杂质元素；微碳铬铁（FeCr67C0.03，其中Cr≥67%，C≤0.03%），镍板中镍含量99.9%，其余为铁和杂质元素；精炼渣为：CaO：45-50%，MgO：11%-15%，SiO₂：30%-35%，Al₂O₃：3%-5%。

所述LF精炼工序中，钢液到站后开启钢包底吹氩气，依次加入3~6 kg/t的磷铁、0~1kg/t的钒氮合金、0~1kg/t的铌铁、0~1kg/t的钛铁及3~5kg/t的铜块进行合金化，之后通电升温，向钢液表面加入精炼覆盖剂后通电熔化所述精炼覆盖剂，最后软搅拌；

其中，磷铁P含量≥23%，其余为铁和杂质元素；钒氮合金中V为77%，N为14%，其余为铁和杂质元素；铌铁中Nb：40-50%，Si：2%-5%，其余为铁和杂质元素；钛铁为FeTi30-B，其中Ti：30%-35%，Mn：1%-1.5%，Al：5%-10%，Si:3%-5%，其余为铁和杂质元素；精炼覆盖剂为CaO：30-35%，MgO：7%-11%，SiO₂：30%-35%，Al₂O₃：10%-15%，Fe₂O₃≤5%，水分≤5%，碱度≥1.0；

所述LF精炼工序中，LF出钢温度为1600±10℃；

所述软搅拌条件为，氩气流量40-70m³/h，氩气压力0.3-0.5 bar，软搅拌的时间≥10min。

在加入精炼覆盖剂前，若取样检测结果不满足元素范围，往钢液中增加适量的镍板、铝粒、硅铁、硅锰等合金，并添加石灰、萤石、电石、精炼渣等进行调渣。

所述铁水脱硫工序中，脱硫终点铁水温度≥1350℃，S≤0.02%；

其中铁水以重量百分比计，包含如下元素：Si：0.15%-0.45%，Mn：0.15%-0.30%，P：0.1%-0.12%，S：0.03%-0.05%，铁水温度≥1470℃。

所述中方坯连铸工序中，中间包温度为1550℃-1580℃，过热度为35℃-45℃，拉速为1.0-1.5m/min；连铸过程采用大包长水口及密封垫、浸入式水口、碱性中间包覆盖剂进行全保护浇注，长水口全程吹氩；连铸坯截面尺寸为200mm×200mm。

所述铸坯热连轧工序中，开轧温度为980~1050℃，上冷床温度800~900℃。

本发明技术方案，具有如下优点：

（1）本发明提供了一种特定元素配比的海洋工程用圆钢，其中各元素的作用如下：

C：强化元素，但C含量过高，容易形成碳化物，降低钢材的耐蚀性能，同时也对钢材塑性、韧性及焊接性能不利；为保证钢材具有良好的综合性能，C含量定在0.01-0.045%。当碳含量在0.035-0.045%时，效果最佳。

Si：脱氧剂，可显著降低钢中氧含量，减少氧化物夹杂的形成；高Si含量有利于钢材表面形成硅酸盐物相，阻隔侵蚀介质传输与聚集，提高耐腐蚀性能；Si也是强化元素和铁素体形成元素，含量高有利于调控组织，优化力学性能；但Si含量过高，不利于焊接。因此，Si含量定在0.85-1.5%。当硅含量在0.9-1.1%时，效果最佳。

Mn： Mn含量过高，增加淬透性，且容易形成MnS夹杂，降低钢材的塑性和耐蚀性，但Mn是常用固溶强化元素，可显著提高钢材强度和韧性，本发明通过Cu、S等关联设计，确保了Mn元素强化作用的发挥；综合考虑，Mn含量定在1.05-2.0%。当锰含量在1.1-1.4%时，效果最佳。

Cu：耐腐蚀元素，通过锈层富集，来提升耐蚀性能，与P结合，能够显著提升耐大气腐蚀性能；但Cu含量过高，容易引起“铜脆”；综合考虑，Cu含量定在0.3-0.5%。当Cu含量在0.35-0.45%时，效果最佳。

P：耐腐蚀元素，与Cu结合，效果最佳；但P含量过高，影响焊接性能，且容易在晶界偏析，降低钢材的低温韧性；综合考虑，P含量定在0.085-0.15%。当P含量在0.12-0.14%时，效果最佳。

S：与Cu生成致密硫化铜，一定程度上提升钢材耐蚀性能；与Mn形成MnS夹杂，降低耐腐蚀性能；且S含量过低将显著增加冶炼难度与成本。综合考虑S含量不大于 0.02%。当S含量不大于0.015%时，效果最佳。

Cr：耐腐蚀元素，能够在钢材表面富集促进致密的保护性锈层生成， 显著提高钢材的耐腐蚀性能；但Cr含量过高，恶化冲击韧性和焊接性能；综合考虑，Cr含量定在0.75-1.25%。当铬含量在0.9-1.1%时，效果最佳。

Ni：显著提升钢材的低温冲击韧性；同时也是耐腐蚀元素，与Cu、Cr等复合添加，能够显著提升耐腐蚀性能；但Ni属于贵金属元素，含量过高，成本将显著增加。综合考虑，Ni含量定在0.15-0.35%。当Ni含量在0.2-0.3%时，效果最佳。

Al：耐腐蚀元素，在潮湿的空气中容易形成致密氧化膜，提高耐蚀性能；但冶炼过程容易形成氧化物，增加连续生成的难度。综合考虑，Al含量定在0.01-0.05%。当Al含量在0.025-0.035%时，效果最佳。

Nb、V、Ti：强化元素，通过析出强化、细晶强化等，协调钢材的强度与塑性；Ti还有利于提升钢材的焊接性能，但冶炼过程容易形成氧化物，影响耐蚀性能。综合考虑，Nb、V、Ti含量均不大于0.05%。

N：与强化元素Nb、V结合，生成碳氮化物，提高强度，但含量过高，对塑性不利；含量过低，冶炼难度增大，且强化元素的作用未能充分发挥。综合考虑，N含量定在0.015-0.025%。当N含量在0.018%-0.022%时，效果最佳。

本发明设计了低碳+铬镍铜磷等多元素耦合耐蚀成分体系，低碳可减少碳化物的形成，保证铬元素耐腐蚀性能的发挥；铬元素与镍元素协同作用，可进一步提升耐蚀性能，同时镍元素还可提升钢材低温冲击韧性；但铬元素属淬透性元素，含量过高，不利于组织调控；镍元素属于贵金属元素，含量过高，成本上升。铝和钛元素均可提升钢材耐腐蚀性能，钛还可以显著改善钢材的焊接性能，但冶炼过程容易形成氧化物，影响生产的连续性及产品的耐腐蚀性能；因此本发明限制，当Al+Ti≥0.04%时，Si≥1.0%，通过提高硅含量，来降低钢水中氧含量，减少氧化物形成几率。硅、铜、磷、铝协同作用，形成致密氧化膜，可进一步提升耐腐蚀性能。Nb、V、Ti、N的关联设计，可同步提升钢材的强度和塑性。本发明通过限定3.0≤[Cr]/[Ni]≤6.0，1.2%≤Si+Cu+P+Al≤2.0%，0.06%≤Nb+V+Ti+N≤0.08%，并限定圆钢焊接冷裂纹敏感指数Pcm≤0.22%，耐候指数I≥9.0，碳当量Ceq≤0.53%，最终得到直径55mm-100mm的海洋工程用圆钢，其组织为铁素体+珠光体，其中铁素体晶粒度大于等于7级；圆钢中的非金属夹杂物：A粗≤1.0级，A细≤1.0级，B粗≤0.5级，B细≤0.5级，C粗≤0.5级，C细≤0.5级，D粗≤1.0级，D细≤1.0级，D_S≤0.5级；圆钢屈服强度≥370MPa，抗拉强度≥520MPa，断后伸长率≥26%，0℃冲击功KV2＞100J；在温度为35℃、湿度为70%、5%的NaCl盐雾腐蚀环境下，所得圆钢的失重腐蚀速率为0.09~0.21g/(m·h)。

（2）本发明，在特定成分设计的基础上，设计了与圆钢成分相匹配的制备工艺，实现了经济型、高耐蚀、高塑性、高韧性、大规格圆钢的开发。其制备工艺简单、可操作性强，合金加入易操作，合金含量精确控制，轧制工艺参数易操控，利用现有产线装备即可实现连续生产，工序简单。本发明提供的海洋工程用耐腐蚀圆钢生产方法，是在圆钢常规生产流程的基础上，通过合金加入类型和冶炼工艺参数的设计，实现了合金含量的精细控制及低成本的生产；通过控轧控冷工艺的发明，尤其是铸坯加热制度和控冷制度的设计，实现了铁素体、珠光体复相组织的调控，解决了钢筋耐蚀性、焊接性、成型性与冲击韧性协调匹配难题；最终实现了综合性能优异的海洋工程用耐腐蚀圆钢的开发。

（3）本发明在转炉炼钢工序中，1）出钢温度高（1610-1650℃）：一方面采用超低碳设计，转炉吹氧脱碳的时间长，钢水温度高；另一方面出钢温度高，还可以避免后道工序中添加合金导致钢水温降过大，影响冶炼节奏。2）合金添加方式：转炉出钢过程必须添加微碳铬铁（碳含量不大于0.03%），避免添加合金导致碳含量增加；硅锰和硅铁均可实现硅元素的精确控制，但硅锰价格高于硅铁，考虑经济性，硅锰要少加；硅元素必须在转炉添加，硅是强脱氧元素，添加硅，可显著降低钢水中的氧含量，为其它合金元素（如钛、铝）收得率的提升提供了保障，同时硅对轧制冷却过程相变组织的影响显著，可促进铁素体的形成，解决P、Cr、Ni元素含量高带来的脆性增大问题，提升钢材的低温冲击韧性；易氧化元素如磷、钛等，其合金在LF精炼工序上添加，可最大限度的保证收得率。

铸坯加热制度：考虑到铸坯断面尺寸大（200mm×200mm）、合金元素含量高，为充分发挥各元素的强化和耐蚀作用，加热制度的设定至关重要。加热温度的设定由合金成分、钢材成品晶粒大小（晶粒度）、轧机轧制能力（电机功率）等因素决定；加热方式与材料的热物性（由合金成分体系决定）、铸坯的加热质量（加热均匀性）等因素决定。本发明提供的铸坯加热制度，分6段进行加热，在炉时长2-3h，最高温度为1160℃，且出现在均热一段，均热二段的温度较均热一段温度有所下降，在保障铸坯完全烧透的前提下（铸坯芯部温度达标，合金元素完成固溶），控制了铸坯加热速率（6阶段加热），保证了铸坯加热质量（温度均匀，均热二段温主要起均匀化作用），控制了加热阶段奥氏体晶粒的大小（直接影响钢材成品的晶粒大小）。

轧后控冷制度：本发明提供的轧后控冷制度包含上冷床自然冷却和入坑缓冷两部分，上冷床温度和入坑缓冷温度由钢材的合金成分确定，自然冷却是指空气中自然冷却，冷速小于1℃/s，受钢材合金成分、热物性和成品组织类型决定；本发明添加较多的合金元素，且Cr、Ni、P等元素含量高，如果冷速大，容易形成贝氏体甚至是马氏体组织，对塑性、韧性不利，因此，采用自然冷却，可获得铁素体+珠光体；另本发明钢材的直径为55-100mm，即便采用了自然冷却工艺，圆钢表层和芯部的冷速仍存在较大差异，影响组织均匀性，因此，本发明采用入坑缓冷，进一步降低芯表温度差和冷速差，减少内应力。入坑温度采集的是圆钢表面温度，该温度取决于相变温度（由钢的化学成分决定），保证表层组织稳定；芯部温度高于表层温度，入坑后缓冷足够的时间，可进一步保障组织的均匀性和内应力的释放，有利于强度-塑性-韧性的匹配。

（4）本发明提供了一种海洋工程用耐腐蚀圆钢，圆钢直径55-100mm。采用低碳+少量铬、镍、铜、磷、铝、钛等合金元素，通过多元素的耦合耐蚀作用来提升钢材的耐腐蚀性能；充分考虑Nb、V、Ti、N元素的强化作用，通过简单、科学的关联设计，实现钢材强度和塑性的同步提升。在此基础上，采用洁净冶炼技术和先进的控轧控冷工艺，获得了理想的铁素体+珠光体复相组织，解决了大规格圆钢强度、塑性及低温韧性协调匹配难题，实现了低成本、高耐蚀、可焊接、高强-韧、大规格圆钢的开发。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例1中得到海洋工程用圆钢的金相组织图片；

图2为本申请对比例1中得到海洋工程用圆钢的金相组织图片；

图3为本申请对比例6中得到海洋工程用圆钢的金相组织图片。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

本申请具体实施方式中，使用的原料如下：

铁水主要成分以重量百分比计为：Si：0.35%，Mn：0.21%，P：0.104%，S：0.039%%，铁水温度：1485℃；脱硫终点铁水温度≥1380℃，S：0.015%；

废钢为硅钢的切边料，主要成分以重量百分比计为：C：0，002%，Si：1.5，Mn：0.49%，Cr：0.03%，余量为铁和杂质元素；其中铜、镍、砷、锡、铅等杂质元素总含量0.045%，气体氧、氮、氢总含量0.013%；

精炼渣为CaO：48%，MgO：13%%，SiO₂：35%，Al₂O₃：4%；

磷铁主要成分以重量百分比计为：P：24.5%，Si：1.5%，其余为铁和杂质；

铌铁主要成分以重量百分比计为：Nb：45.92%，Si：3.17%，C：0.05%，Al：0.84%，S：0.014%，P：0.258%，其余为铁和杂质；

钛铁主要成分以重量百分比计为：Si：3.85%，S：0.018%，C：0.03%，Al：8.35%，Ti：34.45%，P：0.082%，Mn：1.32%，其余为铁和杂质；

精炼覆盖剂为CaO：35%，MgO：10%，SiO₂：35%，Al₂O₃：15%，Fe₂O₃：3%，水分2%，碱度1.3；

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行，所述试剂均为市售标准试剂。

以下具体实施例是对本发明的进一步说明，所举案例并不能列举出本发明的全部实施方式，仅以其中部分实施方式为例进行说明，具体实施例如下：

实施例

本实施例提供一种海洋工程用圆钢，以重量百分比计，包括元素如表1所示，余量为Fe和不可避免的杂质。表2为各元素含量之间的关系以及冷裂纹敏感指数Pcm，耐候指数I，碳当量Ceq。

具体制备方法包括依序执行的铁水脱硫工序、转炉冶炼工序、LF精炼工序、中方坯连铸工序、铸坯加热工序、铸坯热连轧工序以及轧后冷却工序，

其中，铁水脱硫工序中，脱硫终点铁水温度≥1380℃，S：0.015%；

转炉冶炼工序中，将脱硫后的铁水与废钢装入转炉中进行冶炼，转炉的总装入量为103t，铁水的装入量85t；出钢温度为1610~1650℃，出钢终点碳控制在0.03%；出钢时禁止下渣，出钢过程中依次向钢包中加入12~25kg/t的硅锰、6~12kg/t的硅铁、0.3~2kg/t的铝块、9~15kg/t的微碳铬铁、1~3kg/t的镍板；之后加入5~10kg/t的石灰、3~5kg/t的精炼渣进行调渣；出钢全程吹氩，出钢开始至出钢3/4期间的底吹氩气流量为900m³/min，出钢3/4后的底吹氩气流量为300m³/min。

LF精炼工序中，钢液到站后开启钢包底吹氩气，依次加入3~6 kg/t的磷铁、0~1kg/t的钒氮合金、0~1kg/t的铌铁、0~1kg/t的钛铁及3~5kg/t的铜块进行合金化，之后通电升温，向钢液表面加入精炼覆盖剂后通电熔化所述精炼覆盖剂，最后软搅拌；所述LF精炼工序中，LF出钢温度为1605℃；所述软搅拌条件为，氩气流量60m³/h，氩气压力0.35bar，软搅拌的时间12min。

中方坯连铸工序中，中间包温度为1570℃，过热度为35℃-45℃，拉速为1.0-1.5m/min；

铸坯加热工序采用多段加热方式；

铸坯热连轧工序中，开轧温度为980~1050℃，上冷床温度800~900℃。

轧后冷却工序中，在冷床上自然冷却后入坑缓冷，出坑后在空气中继续自然冷却。

具体各工序参数如下表3-6所示。

对比例

本对比例提供一种海洋工程用圆钢，以重量百分比计，包括元素如表1所示，余量为Fe和不可避免的杂质。表2为各元素含量之间的关系以及冷裂纹敏感指数Pcm，耐候指数I，碳当量Ceq。

具体制备方法包括依序执行的铁水脱硫工序、转炉冶炼工序、LF精炼工序、中方坯连铸工序、铸坯加热工序、铸坯热连轧工序以及轧后冷却工序，各工序参数如下表3-6所示所示。

表1 元素组成（wt%）

表2 各元素含量之间的关系和参数

表3转炉冶炼工序参数

表4 LF精炼工序和中方坯连铸工序参数

表5 铸坯加热工序参数

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表6 铸坯热连轧工序和轧后冷却工序参数

试验例

对各实施例和对比例得到圆钢进行性能测试，其中夹杂物按照国家标准《GB/T10561-2005钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法》执行。组织按国家标准《GB/T13298-2015 金属显微组织检验方法》执行；晶粒度按照国家标准《GB/T6394-2017金属平均晶粒度测定方法》执行；强度和断后延伸率按照国家标准《GB/T228.1-2021 金属材料 拉伸试验第1部分 室温试验方法》；失重腐蚀速率按照国家标准《GB/T10125-2012 人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》执行。

上述各实施例和对比例夹杂物信息、组织及性能如表7和表8所示

表7实施例和对比例夹杂物信息

表8实施例和对比例的组织及性能

从表7和表8可以看到，基于本发明技术方案的实施例得到的圆钢，屈服强度≥370MPa，抗拉强度≥520MPa，断后伸长率≥26%，0℃冲击功KV2＞100J；在温度为35℃、湿度为70%、5%的NaCl盐雾腐蚀环境下，所得圆钢的失重腐蚀速率为0.09~0.21g/(m·h)。对比例1 ~ 18中，对比例1~4不满足本发明对于元素的组分要求；对比例5满足元素的组分要求，不满足元素组分之间的关系式；对比例6满足元素的组分要求和元素组分之间的关系式，但Pcm、I、Ceq等不满足；对比例7在铸坯加热工序中采用高温加热；对比例8在铸坯加热工序中采用低温加热；对比例9在铸坯加热工序中在炉时间更长；对比例10在铸坯加热工序中在炉时间更短；对比例11在铸坯加热工序中采用一段式加热，最高温度和在炉时间不变；对比例12在轧后冷却工序中入坑温度高；对比例13在轧后冷却工序中入坑温度低；对比例14在轧后冷却工序中缓冷时间过短；对比例15在转炉冶炼工序中出钢温度过低；对比例16在轧后冷却工序出坑温度高；对比例17在轧后冷却工序上冷床温度高；对比例18在轧后冷却工序中上冷床温度低所述转炉冶炼工序中。可以看到，各对比例最终得到的圆钢性能明显不如各实施例。

图1-图3分别为实施例1，对比例1和对比例6的金相组织图片，可以明显看出，实施例1组织类型为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度9级，铁素体占比约为75%；对比例1组织为全铁素体组织，铁素体晶粒度6级；对比例6为组织形态为铁素体+贝氏体+少量珠光体，其中铁素体晶粒度5级，铁素体占比约为27%，贝氏体占比约为67%，珠光体占比约为6%。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种海洋工程用圆钢，其特征在于，以重量百分比计，包括如下元素：C：0.01%-0.045%，Si：0.85%-1.5%，Mn：1.05%-2.0%，P：0.075%-0.15%，S≤0.02%，Cr：0.75%-1.25%，Ni：0.15%-0.35%，Cu：0.3%-0.5%，Al：0.01%-0.05%，N：0.015-0.025%，V≤0.05%，Nb≤0.05%，Ti≤0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质；

其中，3.0≤[Cr]/[Ni]≤6.0，1.2%≤Si+Cu+P+Al≤2.0%；

Nb、V、Ti至少有一种元素不为0%，且0.06%≤Nb+V+Ti+N≤0.08%；

当Al+Ti≥0.04%时，Si≥1.0%；

所述圆钢焊接冷裂纹敏感指数≤0.22%，耐候指数≥9.0，碳当量≤0.53%；

所述海洋工程用圆钢的制备方法包括依序执行的铁水脱硫工序、转炉冶炼工序、LF精炼工序、中方坯连铸工序、铸坯加热工序、铸坯热连轧工序以及轧后冷却工序；

所述铸坯加热工序中，加热一段温度为790-860℃，时间30-35min；加热二段温度为880-950℃，时间15-25min；加热三段温度为1030-1100℃，时间15-25min；加热四段温度为1090-1140℃，时间15-20min；均热一段温度为1120-1160℃，时间25-35min；均热二段温度为1110-1150℃，时间30-40min；

所述铸坯加热工序总在炉时间为120min-180min；

所述轧后冷却工序中，在冷床上自然冷却后入坑缓冷，出坑后在空气中继续自然冷却；

入坑缓冷的温度为350℃～400℃，缓冷时间≥30h，出坑温度≤150℃。

2.根据权利要求1所述的海洋工程用圆钢，其特征在于，C：0.035-0.045%，Si：0.9-1.1%，Mn：1.1-1.4%，P：0.12-0.14%，S≤0.015%，Cr：0.9-1.1%，Ni：0.2-0.3%，Cu：0.35-0.45%，Al：0.025-0.035%，N：0.018-0.022%。

3.根据权利要求2所述的海洋工程用圆钢，其特征在于，

所述圆钢的组织为铁素体+珠光体，其中铁素体晶粒度大于等于7级；

所述圆钢的直径为55~100mm，屈服强度≥370MPa，抗拉强度≥520MPa，断后伸长率≥26%，0℃冲击功KV2＞100J。

4.权利要求1-3任一项所述的海洋工程用圆钢的制备方法，其特征在于，包括依序执行的铁水脱硫工序、转炉冶炼工序、LF精炼工序、中方坯连铸工序、铸坯加热工序、铸坯热连轧工序以及轧后冷却工序。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铸坯加热工序中，加热一段温度为790-860℃，时间30-35min；加热二段温度为880-950℃，时间15-25min；加热三段温度为1030-1100℃，时间15-25min；加热四段温度为1090-1140℃，时间15-20min；均热一段温度为1120-1160℃，时间25-35min；均热二段温度为1110-1150℃，时间30-40min；

所述铸坯加热工序总在炉时间为120min-180min。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，

所述轧后冷却工序中，在冷床上自然冷却后入坑缓冷，出坑后在空气中继续自然冷却；

入坑缓冷的温度为350℃～400℃，缓冷时间≥30h，出坑温度≤150℃。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

所述转炉冶炼工序中，将脱硫后的铁水与废钢装入转炉中进行冶炼，转炉的总装入量为100~105t，铁水的装入量≥80t；出钢温度为1610~1650℃，出钢终点碳控制在0.03%以下。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序中，出钢时禁止下渣，出钢过程中依次向钢包中加入12~25kg/t的硅锰、6~12kg/t的硅铁、0.3~2kg/t的铝块、9~15kg/t的微碳铬铁、1~3kg/t的镍板；之后加入5~10kg/t的石灰、3~5kg/t的精炼渣进行调渣；出钢全程吹氩，出钢开始至出钢3/4期间的底吹氩气流量为200~1000m³/min，出钢3/4后的底吹氩气流量为200~800m³/min。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述LF精炼工序中，钢液到站后开启钢包底吹氩气，依次加入3~6 kg/t的磷铁、0~1kg/t的钒氮合金、0~1kg/t的铌铁、0~1kg/t的钛铁及3~5kg/t的铜块进行合金化，之后通电升温，向钢液表面加入精炼覆盖剂后通电熔化所述精炼覆盖剂，最后软搅拌；

所述LF精炼工序中，LF出钢温度为1600±10℃；

所述软搅拌条件为，氩气流量40-70m³/h，氩气压力0.3-0.5 bar，软搅拌的时间≥10min。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，

所述铁水脱硫工序中，脱硫终点铁水温度≥1350℃，S≤0.02%；

所述中方坯连铸工序中，中间包温度为1550℃-1580℃，过热度为35℃-45℃，拉速为1.0-1.5m/min；

所述铸坯热连轧工序中，开轧温度为980~1050℃，上冷床温度800~900℃。