專利名稱：一種超高強(qiáng)度海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超高強(qiáng)度鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種超高強(qiáng)度海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板及其生產(chǎn)方法，具有優(yōu)良低溫韌性、焊接性能及抗層狀撕裂性能的超高強(qiáng)度海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼。
背景技術(shù)：
海洋工程結(jié)構(gòu)是人類開發(fā)海洋資源的重要的超大型焊接鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)用在波浪、海潮、風(fēng)暴及寒冷流冰等嚴(yán)峻的海洋工作環(huán)境中，支撐總重量超過(guò)數(shù)百噸的平臺(tái)及鉆井設(shè)備。 這些使用特征決定了海洋海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼必須具有高強(qiáng)度、高韌性、抗疲勞、抗層狀撕裂、良好的可焊性、以及好的冷加工性等性能指標(biāo)。這對(duì)于保證遠(yuǎn)離陸地的操作人員的生存條件和安全、提高海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼的使用壽命及獨(dú)立開發(fā)海洋資源具有重要意義。隨著海洋油氣勘探和開發(fā)技術(shù)的提高，海洋油氣資源開采逐漸向深水域拓展，采油裝備大型化、輕量化、長(zhǎng)壽命、可移動(dòng)是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此，海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼未來(lái)需求方向?qū)⑾蚋邚?qiáng)度、厚規(guī)格、良好的可焊性和低溫韌性等方向發(fā)展。目標(biāo)IOOmm以上的鋼板已廣泛用于自升式平臺(tái)的樁腿齒條部位；而且，普通360MI^和400MI^級(jí)海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼也已經(jīng)不能滿足需要，屈服強(qiáng)度420 700MI^鋼板將成為未來(lái)發(fā)展的方向；海洋開發(fā)區(qū)域的日益擴(kuò)大使海洋用鋼的低溫韌性更顯重要，為保證平臺(tái)人員安全，《海洋平臺(tái)入級(jí)規(guī)范》對(duì)不同鋼板厚板心部或1/3處低溫沖擊功提出明確要求，E級(jí)鋼板需求量將顯著增加， 但鋼板強(qiáng)度及低溫沖擊功值的提高增加了研發(fā)難度。另外，海洋工程用鋼不同于船板的一個(gè)重要的特點(diǎn)就是不僅要求沿寬度方向和長(zhǎng)度方向有一定的力學(xué)性能，而且要求厚度方向有良好的抗層狀撕裂性能，一般要求Z向斷面收縮率達(dá)到35% ；由于海洋工程結(jié)構(gòu)為大型焊接結(jié)構(gòu)設(shè)備，焊接部位多，焊接性能優(yōu)劣直接影響到焊接效率，良好的焊接性能對(duì)海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼的應(yīng)用至關(guān)重要。因此，開發(fā)出高強(qiáng)度、高韌性、良好的焊接性能和抗層狀撕裂性能的厚規(guī)格海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼對(duì)于緩解國(guó)內(nèi)能源緊張的局面意義重大。雖然業(yè)界開發(fā)了大量超高強(qiáng)度船板鋼，但是強(qiáng)度、韌性、焊接及抗層狀撕裂等性能均滿足超高強(qiáng)海工用鋼要求的鋼板較少公開號(hào)為CN101353759A發(fā)明專利提出一種屈服強(qiáng)度為550MPa的鋼板，其低溫韌性僅為_20°C的測(cè)量值。公開號(hào)為CN101984119A發(fā)明專利提出屈服強(qiáng)度高于690MPa，抗拉強(qiáng)度為 770-940MPa, _60°C的沖擊不低于46J，其采用TMCP+T、TMCP+L+T、Q+T以及Q+L+T工藝生產(chǎn)超高強(qiáng)船板，但其規(guī)格較薄僅為20-50mm，未涉及抗層狀撕裂性能和焊接性能，其Ni、Cu含量較高，成本偏高，主要為實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果。公開號(hào)為CN101418417A發(fā)明專利采用TMCP工藝生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼，屈服強(qiáng)度為 390MPa，抗拉為510MPa，其強(qiáng)度偏低。公開號(hào)為CN101705434A發(fā)明專利提出一種屈服強(qiáng)度不低于620MPa，抗拉強(qiáng)度 720-890MPa，基體和焊接熱影響區(qū)-60°C夏比沖擊大于41J的超高強(qiáng)度船板鋼，但其Ni含量高達(dá)1. 6-1. 8%，Cu為1. 1-1. 3%，Mo為0. 4-0. 6%，其合金添加量較多，成本較高，對(duì)抗層狀撕裂及厚板心部力學(xué)性能研究較少，厚度規(guī)格僅為32mm。公開號(hào)為CN101906591A發(fā)明專利采用控軋控冷+回火工藝生產(chǎn)了 550ΜΙ^級(jí)海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼，但其厚度較薄，最大為60mm，其Ni和Cu含量均為0. 7 %，成本較高，對(duì)心部低溫韌性和焊接性能闡述不多。公開號(hào)為CN101781742A發(fā)明專利提出了一種18_40mm厚E550的生產(chǎn)方法，其生產(chǎn)工藝為TMCP，而其厚度最大為40mm，厚度較薄，其終冷溫度為380-500°C，不利于保證鋼板板形，增加了制造難度，專利沒(méi)有涉及焊接和抗層狀撕裂性能。公開號(hào)為CN101812642A發(fā)明專利提出了一種采用TMCP工藝生產(chǎn)屈服強(qiáng)度 690MPa，抗拉強(qiáng)度為780MPa，-20°C夏比沖擊功大于120J的鋼板，其夏比沖擊功僅為_20°C， 最大厚度為60mm。公開號(hào)為CN101538681A發(fā)明專利提出了生產(chǎn)屈服強(qiáng)度700MPa高強(qiáng)鋼的方法，韌脆轉(zhuǎn)變溫度在-60°C以下，但其厚度為9mm。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超高強(qiáng)度海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板及其生產(chǎn)方法，針對(duì)目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)高等級(jí)海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼的需求，本發(fā)明在寬厚板生產(chǎn)線上采用調(diào)質(zhì)工藝 (Q+T)技術(shù)生產(chǎn)高強(qiáng)度、高韌性、易焊接并具有良好抗層狀撕裂性能的海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼。本發(fā)明制備的超高強(qiáng)度海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C: 0. 05-0. 13 %, Si :0. 1-0. 4 %, Mn :0. 7-1. 7 %, Alt :0. 01-0. 04 %, Nb :0. 02-0. 05 %, V 0-0. 05%, Ti :0. 008-0. 02%, Cr :0-0. 6%, Mo :0. 2-0. 4%, Ni :0. 15-0. 8%, Cu :0-0. 5%, B :0-0. 0011%, P < 0. 01%, S < 0. 005%, 0 < 0. 0010%, N < 0. 005%, H < 0. 00015%, Nb+V+Ti彡0. 12%，余量為!^e和不可避免雜質(zhì)。轉(zhuǎn)爐冶煉后連鑄為250-350mm厚板坯，保證壓縮比4 25，采用寬鑄坯降低展寬比 (展寬比彡1.6)，控制鑄坯低倍檢驗(yàn)中心偏析低于C類1.0 ；彡50mm鋼板不添加B ;> 50mm 鋼板添加B元素；生產(chǎn)鋼板厚度規(guī)格為10 80mm，鋼板微觀組織為回火索氏體組織。本發(fā)明采用上述化學(xué)成分鋼坯，通過(guò)控軋控冷和熱處理工藝生產(chǎn)了屈服強(qiáng)度彡550MPa，抗拉強(qiáng)度彡670MPa，延伸率彡18%, _60°C的夏比沖擊功均值彡100J的鋼板，Z 向斷面收縮率超過(guò)35% ；當(dāng)焊接線能量為50kJ/cm時(shí)，焊接接頭焊縫、熔合線、以及熔合線 +2mm、熔合線+5mm以及熔合線+20mm位置低溫韌性良好，其生產(chǎn)工藝具體如下1、加熱制度將鋼坯加熱到1150 1200°C，加熱時(shí)間250 400min ；2、軋制及冷卻工藝對(duì)于< 19mm鋼板，采用一般熱軋和軋后空冷；對(duì)于> 19mm厚鋼板，軋制分為兩階段，即再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為980 1050°C，軋制道次壓下率保證至少兩道次20 32%，控制未再結(jié)晶區(qū)開軋溫度850 910°C，終軋溫度為800 840°C，中間待溫厚度控制在成品厚度的1. 0 4. 0倍，采用軋后水冷，終冷溫度為510 680°C，冷卻速度控制在6 10°C /s。3、熱處理工藝采用調(diào)質(zhì)處理工藝，淬火溫度為900 940°C，保溫時(shí)間為15 30min，淬火階段輥速為2m/min，提高鋼板淬透效果；回火處理時(shí)，針對(duì)不同厚度鋼板采用不同回火溫度和在爐時(shí)間，回火溫度為500 660°C，在爐時(shí)間為35 MOmin，保證鋼板具有高強(qiáng)度和良好的沖擊韌性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用低碳(C 0. 05 0. 13% )及低的碳當(dāng)量，改善鋼板焊接性及低溫韌性；針對(duì)不同厚度規(guī)格選用不同成分設(shè)計(jì)及控軋控冷工藝，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；為保證鋼板板形，采用合理的控軋控冷工藝；嚴(yán)格控制坯料內(nèi)部質(zhì)量，降低S、P 含量，控制鑄坯低倍檢驗(yàn)中心偏析低于C類1. 0，保證鋼板抗層狀撕裂性能和低溫韌性；采用寬鑄坯提高縱向軋制階段壓縮比，至少保證兩道次壓下量大于20%，通過(guò)增加心部變形量提高低溫韌性，不同厚度鋼板合理添加M元素進(jìn)一步改善鋼板心部韌性；利用Nb、V、Ti 微合金元素細(xì)化鋼板晶粒，厚規(guī)格鋼板增加Mo含量并添加B元素提高鋼板淬透性進(jìn)而保證鋼板強(qiáng)度。本發(fā)明生產(chǎn)的鋼板成本較低，綜合力學(xué)性能滿足海洋工程用鋼對(duì)各項(xiàng)力學(xué)性能的要求厚度范圍10 80mm，屈服強(qiáng)度可穩(wěn)定達(dá)到彡550MPa，抗拉強(qiáng)度彡670MPa，_60°C低溫沖擊功均值穩(wěn)定達(dá)到> 100J, Z向斷面收縮率大于35%，能夠滿足海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼對(duì)強(qiáng)度、低溫沖擊、焊接性能以及抗層狀撕裂性能要求。


圖1為12mm鋼板的壓下規(guī)程圖。
圖2為12mm厚鋼板橫斷面的表面顯微組織圖。
圖3為12mm厚鋼板橫斷面的心部顯微組織圖。
圖4為50mm厚鋼板的壓下規(guī)程圖。
圖5為50mm厚鋼板橫斷面的表面顯微組織圖。
圖6為50mm厚鋼板橫斷面的心部顯微組織圖。
圖7為80mm鋼板的壓下規(guī)程圖。
圖8為80mm厚鋼板橫斷面的表面顯微組織圖。
圖9為80mm厚鋼板橫斷面的心部顯微組織圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本實(shí)施例涉及的超高強(qiáng)度海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼厚度為12mm，其包含的組分及重量百分比為C 0. 054%, Si 0. 18%, Mn 1. 58%, P 0. 008%, SO. 0014%, Nb 0. 048%, Ti 0.014%, Ni 0. 19%, Mo 0. 14 %以及余量為！^及不可避免的雜質(zhì)元素。根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)成分范圍，在寬厚板生產(chǎn)線上生產(chǎn)出了厚度為12mm的鋼板，坯料尺寸為 250mm* 1700mm*2700mm，成品尺寸為12mmM600mm*;35000mm，采用一般熱軋，軋后空冷。熱處理工藝淬火溫度為930°C，保溫時(shí)間15min，回火溫度為500°C，回火階段在爐時(shí)間為 35min，鋼板性能優(yōu)異，附圖1為鋼板軋制過(guò)程中的壓下規(guī)程，附圖2和附圖3為鋼板的顯微組織，鋼板的力學(xué)性能如表3所示。表1實(shí)施例1產(chǎn)品力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種超高強(qiáng)度海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板，其特征在于該鋼板的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C :0. 05-0. 13%, Si :0. 1-0. 4%, Mn :0. 7-1. 7%, Alt :0. 01-0. 04%, Nb :0. 02-0. 05%, V :0-0. 05 %, Ti :0. 008-0. 02 %, Cr :0-0. 6 %, Mo 0. 2-0. 4 %, Ni 0. 15-0. 8 %, Cu 0-0. 5 %, B 0-0. 0011 %, P < 0. 01 %, S < 0. 005 %,0 < 0. 0010 %, N < 0. 005 %, H < 0. 00015%, Nb+V+Ti ^ 0. 12%，余量為!^e和不可避免雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板，其特征在于控制鑄坯低倍檢驗(yàn)中心偏析低于C類1. 0 ；彡50mm鋼板不添加B ；> 50mm鋼板添加B元素；生產(chǎn)鋼板厚度規(guī)格為10 80mm，鋼板微觀組織為回火索氏體組織。
3.—種權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板生產(chǎn)方法，生產(chǎn)工藝包括鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹、真空處理、連鑄、控軋控冷、淬火、回火，其特征在于，在工藝步驟中控制的技術(shù)參數(shù)為(1)轉(zhuǎn)爐冶煉后連鑄為250 350mm厚板坯，保證壓縮比4 25，采用寬鑄坯降低展寬比，使展寬比彡1.6，軋前鋼坯進(jìn)行加熱，加熱溫度為1150-1200°C，加熱時(shí)間250 400min ；(2)對(duì)于<19mm鋼板，采用一般熱軋和軋后空冷；對(duì)于> 19mm厚鋼板，軋制分為兩階段，即再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為980 1050°C，軋制道次壓下率保證至少兩道次20 32%，控制未再結(jié)晶區(qū)開軋溫度850 910°C，終軋溫度為800 840°C，中間待溫厚度控制在成品厚度的1. 0 4. 0 倍，采用軋后水冷，終冷溫度為510-680°C，冷卻速度控制在6 10°C /s ；(3)采用調(diào)質(zhì)處理工藝，淬火溫度為900 940°C，保溫時(shí)間為15 30min，淬火階段輥速為2m/min ；回火溫度為500 660°C，在爐時(shí)間為35 MOmin ；其中保溫時(shí)間為鋼板中心溫度達(dá)到目標(biāo)溫度時(shí)開始計(jì)時(shí)的保溫時(shí)間；在爐時(shí)間為鋼板進(jìn)入加熱爐即開始計(jì)時(shí)的時(shí)間。
全文摘要
一種超高強(qiáng)度海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板及其生產(chǎn)方法，屬于超高強(qiáng)度鋼技術(shù)領(lǐng)域。板坯成分為C 0.05-0.13％，Si0.1-0.4％，Mn0.7-1.7％，Alt0.01-0.04％，Nb0.02-0.05％，V0-0.05％，Ti0.008-0.02％，Cr0-0.6％，Mo0.2-0.4％，Ni0.15-0.8％，Cu0-0.5％，B0-0.0011％，P＜0.01％，S＜0.005％，O＜0.0010％，N＜0.005％，H＜0.00015％，Nb+V+Ti≤0.12％，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。針對(duì)不同厚度規(guī)格采用不同的化學(xué)成分、軋制及熱處理工藝參數(shù)。生產(chǎn)工藝包括鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹、真空處理、連鑄、控軋控冷、淬火、回火。優(yōu)點(diǎn)在于，生產(chǎn)成本較低，綜合力學(xué)性能滿足海洋工程用鋼對(duì)各項(xiàng)力學(xué)性能的要求。
文檔編號(hào)C22C33/04GK102337460SQ20111035947
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者何元春, 吳斌, 姜中行, 張?zhí)K淵, 楊春衛(wèi), 楊永達(dá), 沈欽義, 狄國(guó)標(biāo), 王彥鋒, 王文軍, 王龍和, 白學(xué)軍, 麻慶申 申請(qǐng)人:秦皇島首秦金屬材料有限公司, 首鋼總公司