CN102392193A - 一种特厚调质型海洋平台齿条用钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁技术领域，具体公开了一种特厚调质型海洋平台齿条用钢板及其生产方法。特厚调质型海洋平台齿条用钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.14％～0.18％，Si：0.15％～0.35％，Mn：0.95％～1.30％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ni：2.35％～2.55％，Cr：0.35％～0.55％，Mo：0.40％～0.60％，Nb：0.020％～0.050％，Ti：0.010％～0.030％，Al总：0.020％～0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质，钢板的厚度达177.8mm。特厚调质型海洋平台齿条用钢板经电炉冶炼、模铸钢锭、TMCP轧制、井式加热炉全密闭调质处理等步骤制成，具有屈服强度高、延伸率好、Z向性能优良、耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能良好的优点，生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁技术领域，具体涉及一种特厚调质型海洋平台齿条用钢板及其生产方法。
背景技术
近年来，随着国内外对海洋资源开发力度的不断加强，海洋工程机械用钢发展迅猛。目前市场对海洋平台用钢板的需求也越来越大，尤其是随着各国纷纷向深海钻探领域发展，用于制造深海自升式海洋平台最重要部件之一的齿条，其大厚度、高强度、高韧性趋势显著，并且由于其使用环境特殊，对钢板的抗层状撕裂性能也提出了极为严格的要求。目前生产的海洋平台齿条用钢板厚度一般都小于150mm，厚度达到150mm以上时多存在低温冲击功不稳定、Z向性能不佳、厚度方向性能均匀性差等问题，因此目前厚度150mm以上的海洋平台齿条用钢板的交货性能还不能满足海洋工程机械的使用要求。另外，由于现有的海洋平台齿条用钢板中添加的贵金属较多，因此生产成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特厚调质型海洋平台齿条用钢板。
本发明的目的还在于提供一种特厚调质型海洋平台齿条用钢板的生产方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种特厚调质型海洋平台齿条用钢板，该钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.14％～0.18％，Si：0.15％～0.35％，Mn：0.95％～1.30％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ni：2.35％～2.55％，Cr：0.35％～0.55％，Mo：0.40％～0.60％，Nb：0.020％～0.050％，Ti：0.010％～0.030％，Al总：0.020％～0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质。该钢板的厚度为177.8mm。
优选的，特厚调质型海洋平台齿条用钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.14％～0.16％，Si：0.22％～0.30％，Mn：1.15％～1.20％，P≤0.012％，S≤0.002％，Ni：2.40％～2.50％，Cr：0.45％～0.55％，Mo：0.55％～0.57％，Nb：0.023％～0.030％，Ti：0.010％～0.015％，Al总：0.025％～0.037％，余量为Fe和不可避免的杂质。该钢板的厚度为177.8mm。
一种特厚调质型海洋平台齿条用钢板的生产方法，包括以下步骤：
(1)冶炼工艺：钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度为1550～1570℃时转入VD炉进行真空脱气处理，之后进行浇铸，得到钢锭；
(2)加热工艺：将钢锭进行加热处理，1000℃以下时升温速度为100～120℃/h，加热至1250～1270℃时保温，总加热时间为9min/cm；
(3)轧制工艺：采用TMCP型轧制工艺，I阶段轧制的开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为930～960℃，单道次压下量为10％～25％，累计压下率为60％～70％，晾钢厚度240mm；II阶段轧制的开轧温度为890～910℃，终轧温度为810～830℃，单道次压下量为10％～27％，累计压下率为30％～40％，轧后水冷，出水温度750～770℃，制得粗制钢板，所述粗制钢板的厚度为178～180mm；
(4)探伤预处理工艺：所述粗制钢板经矫直后上冷床空冷2小时，之后下冷床进行堆垛缓冷处理，堆垛96小时后，拆垛后进行探伤；
(5)热处理工艺：探伤后的钢板在井式加热炉中进行调质处理，所述调质处理包括淬火工艺和回火工艺；淬火工艺为：钢板500℃入炉，升温5小时到905～915℃，保温时间1.8min/mm，所述井式加热炉的淬水漕在出钢前1小时开启循环水，钢板的入水温度≥880℃，入水冷却时间2.5小时；回火工艺为：钢板300℃入炉，升温4小时到625～635℃，保温时间1.6min/mm；之后钢板出炉，出炉后再经悬空空冷，制得特厚调质型海洋平台齿条用钢板，该钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.14％～0.18％，Si：0.15％～0.35％，Mn：0.95％～1.30％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ni：2.35％～2.55％，Cr：0.35％～0.55％，Mo：0.40％～0.60％，Nb：0.020％～0.050％，Ti：0.010％～0.030％，Al总：0.020％～0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，步骤(1)中所述的真空脱气处理的真空度为0～66.6Pa，真空保持时间为20～45分钟。
步骤(1)中浇铸时的浇铸温度为1535～1545℃。
本发明提供的特厚调质型海洋平台齿条用钢板中各化学成分的作用简单介绍如下：
C对钢的屈服强度、抗拉强度、焊接性能产生显著影响，C通过间隙固溶可显著提高钢板的强度，但C含量过高时会影响钢的焊接性能及韧性；
Si在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂，同时Si能起到固溶强化作用，但含量超过0.5％时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能；
Mn能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能，且价格低廉，可降低钢板的生产成本，但Mn含量过高时会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能；
P和S在一般情况下都是钢中的有害元素，会增加钢的脆性，P使钢的焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；S降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时会造成裂纹，因此应尽量减少P和S在钢中的含量；
Ni对钢板的强度和塑性均有提高作用，对低温冲击韧性的提高幅度较大，这是由于Ni在钢中只形成固溶体，而且固溶强化作用不明显，主要是通过在塑性变形时增加晶格滑移面来提高材料塑性，Ni还可提高合金钢的淬透性，并能改善钢在低温下的韧性，使韧脆转变温度下降；
Cr对钢板的强度、塑性和低温冲击韧性均有较大影响，这是由于Cr既能固溶于铁素体和奥氏体中，又能与钢中的C形成多种碳化物。Cr固溶于奥氏体时可提高钢的淬透性，当Cr与C形成复杂碳化物并在钢中弥散析出时，可起到弥散强化作用，由于Cr提高淬透性和固溶强化的作用，能提高钢在热处理状态下的强度和硬度，因而广泛应用于低合金结构钢中，但是Cr在钢中起到强化作用的同时亦使钢的塑性有所降低，并增加回火脆性，因此可根据对强塑性的要求，确定合适的Cr含量；
Mo对钢板强度、塑性和低温冲击韧性均有较大提高，这是由于Mo固溶于铁素体和奥氏体时可使钢的C曲线右移，从而显著提高钢的淬透性，而且Mo能显著提高钢的再结晶温度，提高回火稳定性，调质后可获得细晶粒的索氏体，使强韧性得到改善，当形成Mo的碳化物时，可起到弥散强化作用，因此随Mo含量增加，强韧性得到提高；
Nb的加入是为了促进钢轧制态显微组织的晶粒细化，同时可提高强度和韧性，Nb可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶有效地细化显微组织，并析出强化基体，Nb可降低钢的过热敏感性及回火脆性，焊接过程中，Nb原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能；
Ti是良好的脱氧剂，Ti可与C元素形成Ti的碳化物，具有好的晶粒细化效果；
Al是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的Al可细化晶粒、提高冲击韧性，Al还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，Al含量过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
本发明提供的特厚调质型海洋平台齿条用钢板的化学成分设计合理，且使用的贵金属少，降低了钢板的生产成本。为进一步减少贵合金用量，降低生产成本，本发明提供的特厚调质型海洋平台齿条用钢板的生产方法采用了极强淬火淬冷设备——井式加热炉，开辟了一条新的热处理工艺，改善了钢板的力学性能，达到了钢板的使用要求。
本发明提供的特厚调质型海洋平台齿条用钢板的生产方法为电炉冶炼、精炼、抽真空、模铸钢锭、TMCP轧制、井式加热炉全密闭调质处理的工艺路线，确保了轧制时合理的压缩比，同时得到的钢锭内部致密，钢质纯净；钢锭采用晾钢轧制工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均问题，生产的钢板有优良的综合性能，钢板延伸率有相当大的富裕量，海洋平台工程应用前景广阔；采用井式加热炉的热处理工艺，具有升温速度快、稳定均匀性强的特点，使钢板整体性能趋于一致，厚度方向上性能差异小，得到的钢板组织均匀、细化。本发明制得的成品钢板的厚度达177.8mm，成品钢板的力学性能良好，具有良好的组织、综合性能和焊接性能，超声波探伤表明钢板内部质量优良，达到ASTMA578/A578M标准C级要求。
本发明提供的特厚调质型海洋平台齿条用钢板屈服强度高、延伸率好、Z向性能优良、耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能良好。钢板的钢质纯净，P≤0.015％，S≤0.005％；低温冲击良好，厚度1/4位置-37℃和1/2位置-27℃的冲击功均在70J以上；厚度(Z向)拉伸断面收缩率高，断面收缩率在40％以上；延伸率在16％以上。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的特厚调质型海洋平台齿条用钢板，由以下重量百分含量的组分组成：C：0.14％，Si：0.22％，Mn：1.15％，P：0.012％，S：0.002％，Ni：2.40％，Cr：0.45％，Mo：0.55％，Nb：0.020％，Ti：0.030％，Al总：0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质。该钢板的厚度为177.8mm。
本实施例特厚调质型海洋平台齿条用钢板的生产方法，包括以下步骤：
(1)冶炼工艺：钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度为1550℃时转入VD炉进行真空脱气处理，真空脱气处理的真空度为66.6Pa，真空保持时间为25分钟，之后进行浇铸，浇铸时的浇铸温度为1535℃，得到钢锭；
(2)加热工艺：将钢锭进行加热处理，1000℃以下时升温速度为120℃/h，加热至1270℃时保温，总加热时间为9min/cm；
(3)轧制工艺：采用TMCP型轧制工艺，I阶段轧制的开轧温度为1100℃，终轧温度为960℃，单道次压下量为25％，累计压下率为70％，晾钢厚度240mm；II阶段轧制的开轧温度为910℃，终轧温度为830℃，单道次压下量为10％，累计压下率为30％，轧后水冷，出水温度770℃，制得粗制钢板，粗制钢板的厚度为178mm；
(4)探伤预处理工艺：粗制钢板经矫直后上冷床空冷2小时，之后下冷床进行堆垛缓冷处理，堆垛96小时后，拆垛后进行超声波探伤，超声波探伤表明钢板内部质量优良，达到ASTMA578/A578M标准C级；
(5)热处理工艺：探伤后的钢板在井式加热炉中进行调质处理，调质处理包括淬火工艺和回火工艺；淬火工艺为：钢板500℃入炉，升温5小时到905℃，保温时间1.8min/mm，井式加热炉的淬水漕在出钢前1小时开启循环水，钢板的入水温度880℃，入水冷却时间2.5小时；回火工艺为：钢板300℃入炉，升温4小时到635℃，保温时间1.6min/mm；之后钢板出炉，出炉后悬空空冷，制得特厚调质型海洋平台齿条用钢板。
本实施例的钢板的力学性能：屈服强度735MPa，抗拉强度850MPa，厚度1/2位置-27℃冲击功112J、128J、131J，1/4位置-37℃冲击功110J、101J、127J，Z向断面收缩率为45％、43％、46％，延伸率为21.0％，该钢板的耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能良好。
实施例2
本实施例提供的特厚调质型海洋平台齿条用钢板，由以下重量百分含量的组分组成：C：0.18％，Si：0.15％，Mn：1.20％，P：0.015％，S：0.005％，Ni：2.45％，Cr：0.50％，Mo：0.57％，Nb：0.023％，Ti：0.010％，Al总：0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。该钢板的厚度为177.8mm。
本实施例特厚调质型海洋平台齿条用钢板的生产方法，包括以下步骤：
(1)冶炼工艺：钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度为1570℃时转入VD炉进行真空脱气处理，真空脱气处理的真空度为67Pa，真空保持时间为20分钟，之后进行浇铸，浇铸时的浇铸温度为1545℃，得到钢锭；
(2)加热工艺：将钢锭进行加热处理，1000℃以下时升温速度为100℃/h，加热至1250℃时保温，总加热时间为9min/cm；
(3)轧制工艺：采用TMCP型轧制工艺，I阶段轧制的开轧温度为1050℃，终轧温度为930℃，单道次压下量为10％，累计压下率为60％，晾钢厚度240mm；II阶段轧制的开轧温度为890℃，终轧温度为810℃，单道次压下量为27％，累计压下率为40％，轧后水冷，出水温度750℃，制得粗制钢板，粗制钢板的厚度为180mm；
(4)探伤预处理工艺：粗制钢板经矫直后上冷床空冷2小时，之后下冷床进行堆垛缓冷处理，堆垛96小时后，拆垛后进行超声波探伤，超声波探伤表明钢板内部质量优良，达到ASTMA578/A578M标准C级；
(5)热处理工艺：探伤后的钢板在井式加热炉中进行调质处理，调质处理包括淬火工艺和回火工艺；淬火工艺为：钢板500℃入炉，升温5小时到915℃，保温时间1.8min/mm，井式加热炉的淬水漕在出钢前1小时开启循环水，钢板的入水温度900℃，入水冷却时间2.5小时；回火工艺为：钢板300℃入炉，升温4小时到625℃，保温时间1.6min/mm；之后钢板出炉，出炉后悬空空冷，制得特厚调质型海洋平台齿条用钢板。
本实施例的钢板的力学性能：屈服强度745MPa，抗拉强度835MPa，厚度1/2位置-27℃冲击功128J、118J、116J，1/4位置-37℃冲击功127J、103J、131J，Z向断面收缩率为47％、49％、51％，延伸率为19.5％，该钢板的耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能良好。
实施例3
本实施例提供的特厚调质型海洋平台齿条用钢板，由以下重量百分含量的组分组成：C：0.17％，Si：0.35％，Mn：0.95％，P：0.010％，S：0.002％，Ni：2.55％，Cr：0.35％，Mo：0.60％，Nb：0.050％，Ti：0.015％，Al总：0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质。该钢板的厚度为177.8mm。
本实施例特厚调质型海洋平台齿条用钢板的生产方法，包括以下步骤：
(1)冶炼工艺：钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度为1560℃时转入VD炉进行真空脱气处理，真空脱气处理的真空度为67Pa，真空保持时间为25分钟，之后进行浇铸，浇铸时的浇铸温度为1540℃，得到钢锭；
(2)加热工艺：将钢锭进行加热处理，1000℃以下时升温速度为110℃/h，加热至1260℃时保温，总加热时间为9min/cm；
(3)轧制工艺：采用TMCP型轧制工艺，I阶段轧制的开轧温度为1000℃，终轧温度为950℃，单道次压下量为15％，累计压下率为70％，晾钢厚度240mm；II阶段轧制的开轧温度为900℃，终轧温度为820℃，单道次压下量为20％，累计压下率为30％，轧后水冷，出水温度760℃，制得粗制钢板，粗制钢板的厚度为178mm；
(4)探伤预处理工艺：粗制钢板经矫直后上冷床空冷2小时，之后下冷床进行堆垛缓冷处理，堆垛96小时后，拆垛后进行超声波探伤，超声波探伤表明钢板内部质量优良，达到ASTMA578/A578M标准C级；
(5)热处理工艺：探伤后的钢板在井式加热炉中进行调质处理，调质处理包括淬火工艺和回火工艺；淬火工艺为：钢板500℃入炉，升温5小时到910℃，保温时间1.8min/mm，井式加热炉的淬水漕在出钢前1小时开启循环水，钢板的入水温度880℃，入水冷却时间2.5小时；回火工艺为：钢板300℃入炉，升温4小时到630℃，保温时间1.6min/mm；之后钢板出炉，出炉后悬空空冷，制得特厚调质型海洋平台齿条用钢板。
本实施例的钢板的力学性能：屈服强度725MPa，抗拉强度855MPa，厚度1/2位置-27℃冲击功133J、123J、119J，1/4位置-37℃冲击功121J、98J、132J，Z向断面收缩率为51％、43％、45％，延伸率为21.0％，该钢板的耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能良好。
实施例4
本实施例提供的特厚调质型海洋平台齿条用钢板，由以下重量百分含量的组分组成：C：0.16％，Si：0.30％，Mn：1.30％，P：0.009％，S：0.002％，Ni：2.50％，Cr：0.55％，Mo：0.40％，Nb：0.030％，Ti：0.018％，Al总：0.037％，余量为Fe和不可避免的杂质。该钢板的厚度为177.8mm。
本实施例特厚调质型海洋平台齿条用钢板的生产方法，包括以下步骤：
(1)冶炼工艺：钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度为1560℃时转入VD炉进行真空脱气处理，真空脱气处理的真空度为67Pa，真空保持时间为25分钟，之后进行浇铸，浇铸时的浇铸温度为1540℃，得到钢锭；
(2)加热工艺：将钢锭进行加热处理，1000℃以下时升温速度为110℃/h，加热至1260℃时保温，总加热时间为9min/cm；
(3)轧制工艺：采用TMCP型轧制工艺，I阶段轧制的开轧温度为1080℃，终轧温度为950℃，单道次压下量为15％，累计压下率为70％，晾钢厚度240mm；II阶段轧制的开轧温度为890℃，终轧温度为820℃，单道次压下量为20％，累计压下率为30％，轧后水冷，出水温度760℃，制得粗制钢板，粗制钢板的厚度为178mm；
(4)探伤预处理工艺：粗制钢板经矫直后上冷床空冷2小时，之后下冷床进行堆垛缓冷处理，堆垛96小时后，拆垛后进行超声波探伤，超声波探伤表明钢板内部质量优良，达到ASTMA578/A578M标准C级；
(5)热处理工艺：探伤后的钢板在井式加热炉中进行调质处理，调质处理包括淬火工艺和回火工艺；淬火工艺为：钢板500℃入炉，升温5小时到910℃，保温时间1.8min/mm，井式加热炉的淬水漕在出钢前1小时开启循环水，钢板的入水温度880℃，入水冷却时间2.5小时；回火工艺为：钢板300℃入炉，升温4小时到630℃，保温时间1.6min/mm；之后钢板出炉，出炉后悬空空冷，制得特厚调质型海洋平台齿条用钢板。
本实施例的钢板的力学性能：屈服强度740MPa，抗拉强度860MPa，厚度1/2位置-27℃冲击功109J、136J、118J，1/4位置-37℃冲击功116J、103J、130J，Z向断面收缩率为46％、43％、49％，延伸率为20.5％，该钢板的耐低温冲击韧性和抗层状撕裂性能良好。
Claims (5)
1.一种特厚调质型海洋平台齿条用钢板，其特征在于，该钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.14％～0.18％，Si：0.15％～0.35％，Mn：0.95％～1.30％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ni：2.35％～2.55％，Cr：0.35％～0.55％，Mo：0.40％～0.60％，Nb：0.020％～0.050％，Ti：0.010％～0.030％，Al总：0.020％～0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的特厚调质型海洋平台齿条用钢板，其特征在于，该钢板的厚度为177.8mm。
3.一种特厚调质型海洋平台齿条用钢板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)冶炼工艺：钢水先经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，钢水温度为1550～1570℃时转入VD炉进行真空脱气处理，之后进行浇铸，得到钢锭；
(2)加热工艺：将钢锭进行加热处理，1000℃以下时升温速度为100～120℃/h，加热至1250～1270℃时保温，总加热时间为9min/cm；
(3)轧制工艺：采用TMCP型轧制工艺，I阶段轧制的开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为930～960℃，单道次压下量为10％～25％，累计压下率为60％～70％，晾钢厚度240mm；II阶段轧制的开轧温度为890～910℃，终轧温度为810～830℃，单道次压下量为10％～27％，累计压下率为30％～40％，轧后水冷，出水温度750～770℃，制得粗制钢板，所述粗制钢板的厚度为178～180mm；
(4)探伤预处理工艺：所述粗制钢板经矫直后上冷床空冷2小时，之后下冷床进行堆垛缓冷处理，堆垛96小时后，拆垛后进行探伤；
(5)热处理工艺：探伤后的钢板在井式加热炉中进行调质处理，所述调质处理包括淬火工艺和回火工艺；淬火工艺为：钢板500℃入炉，升温5小时到905～915℃，保温时间1.8min/mm，所述井式加热炉的淬水漕在出钢前1小时开启循环水，钢板的入水温度≥880℃，入水冷却时间2.5小时；回火工艺为：钢板300℃入炉，升温4小时到625～635℃，保温时间1.6min/mm；之后钢板出炉，出炉后再经悬空空冷，制得特厚调质型海洋平台齿条用钢板，该钢板由以下重量百分含量的组分组成：C：0.14％～0.18％，Si：0.15％～0.35％，Mn：0.95％～1.30％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ni：2.35％～2.55％，Cr：0.35％～0.55％，Mo：0.40％～0.60％，Nb：0.020％～0.050％，Ti：0.010％～0.030％，Al总：0.020％～0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的特厚调质型海洋平台齿条用钢板的生产方法，其特征在于，步骤(1)中所述的真空脱气处理的真空度为0～66.6Pa，真空保持时间为20～45分钟。
5.根据权利要求3所述的特厚调质型海洋平台齿条用钢板的生产方法，其特征在于，步骤(1)中浇铸时的浇铸温度为1535～1545℃。
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| CN 201110358725 CN102392193B (zh) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | 一种特厚调质型海洋平台齿条用钢板及其生产方法 |
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