CN102644024B

CN102644024B - 一种低合金低屈强比海洋工程结构用钢及其生产方法

Info

Publication number: CN102644024B
Application number: CN 201210140818
Authority: CN
Inventors: 沈钦义; 麻庆申; 姜中行; 狄国标; 李春智; 王彦锋; 王文军; 杨永达; 吴斌; 刘金刚; 李战军; 柴玉国
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2032-05-08
Also published as: CN102644024A

Abstract

一种低合金低屈强比海洋工程结构用钢及其生产方法，该钢的化学成分按质量百分比为：C 0.09-0.13%，Si 0.15-0.40%，Mn 0.80-1.50%，Alt 0.01-0.04%，Nb 0.02-0.04%， Ti 0.008-0.018%，P≤0.015%,S≤0.005%，余量为Fe和不可避免杂质。生产方法为：250-400mm厚板坯轧前再加热，加热温度为1180-1260℃；轧制分两阶段，在奥氏体再结晶区开轧温度1000～1100℃，奥氏体未再结晶区开轧温度850-950℃，终轧温度790～820℃，轧后进入水冷区域，冷却速度为9-12℃/s，终冷温度为450-500℃，钢板下线后堆冷12小时以上。优点在于，具有良好的强度、低屈强比、韧性和抗层状撕裂性能。可用于恶劣条件下海洋工程结构建造。

Description

一种低合金低屈强比海洋工程结构用钢及其生产方法

技术领域

本发明属于海洋工程工技术领域，特别是涉及一种低合金低屈强比海洋工程结构用钢及其生产方法。

背景技术

海洋工程结构是海洋平台重要的超大型焊接钢结构，应用在波浪、海潮、风暴及寒冷流冰等严峻的海洋工作环境中，支撑总重量超过数百吨的平台及钻井设备，同时又要经受地震、海啸等恶劣自然灾害的考验。这些使用特征决定了海洋工程结构用钢必须具有高强度、高韧性、低屈强比和抗层状撕裂等性能。

然而，由于所述钢的性质，钢板的低温韧性通常会随着钢板强度的增加而降低。同时钢板强度的增加也会导致屈强比的增大。目前生产的海洋工程结构用钢普遍采用添加大量合金元素，工艺上采取轧后回火或者调质处理，既增加了生产成本又不能保证钢板低屈强比的性能。

公开号为CN101613828A发明专利提出一种屈服强度为460MPa级低屈强比建筑用特厚钢板及制造方法，其需要添加V合金元素，V元素的加入对焊接性能有不利影响，且采用调质工艺，生产成本高，工序复杂，生产周期长。未涉及-20℃以下的冲击功的测量值。

公开号为CN101358320A发明专利提出控轧控冷海洋平台用钢及其生产方法，需要添加V和高于0.03%的Nb，但其抗拉强度低于610MPa，未涉及屈强比和钢板心部低温冲击功测量值。

公开号为CN101906591A发明专利采用控轧控冷+回火工艺生产了460MPa级海洋工程结构用钢，但其需要后续热处理，添加了Ni、Cr、Cu、Mo等合金元素，在增加成本的同时对焊接性能有不利影响，对心部低温韧性没有阐述，屈强比高。

公开号为CN101868560A发明专利提出一种具有优良低温韧性的高强度且低屈强比结构用钢的生产方法，其需要添加Cr、Mo、Ni、Cu、V等贵重合金元素，其生产工艺复杂控制窗口窄不利于工业化大生产，未涉及对心部低温韧性和抗层状撕裂能力的研究和描述。

公开号为CN101255528A发明专利提出一种超低温韧性优异的含铌钢的生产方法，其C含量极低，冶炼时控制难度大，Nb含量为0.04-0.10%，含量较高，其抗拉强度不能稳定达到610MPa，且钢板厚度在20-30mm，未涉及对钢板心部低温冲击韧性的描述。

目前暂无采用低合金生产出低屈强比、高强度、高韧性海洋工程结构用钢的先例。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低合金低屈强比海洋工程结构用钢及其生产方法，低合金成分（仅添加微量的Nb、Ti合金），合理且便于工业化生产的轧制、水冷，生产出低屈强比、高强度、高韧性的海洋工程结构用钢。

本发明提供的一种低合金低屈强比海洋工程结构用钢的化学成分按质量百分数为：C 0.09-0.13%，Si 0.15-0.40%，Mn 0.80-1.50%，Alt 0.01-0.04%，Nb 0.02-0.04%，Ti 0.008-0.018%，P≤0.010%,S≤0.005%，其量为Fe和不可避免杂质。

本发明的C含量控制在0.09-0.13%，因为C是最廉价的强化元素之一，为保证钢板的强度，C含量下限为0.09%。但是C含量过高时对钢板韧性及焊接性能将产生不利的影响，因而C含量的上限为0.13%。

本发明的Si含量控制在0.15-0.40%，在炼钢过程中加Si作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.40%的硅，而且Si通过固溶强化方式可以提高钢板的强度。但Si含量过高对韧性和焊接性能具有不利影响，因而必须设置上限。

本发明的Mn含量控制在0.80-1.50%，在炼钢过程中，Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，Mn也是提高钢强度的主要元素。但是Mn含量过高时对韧性和焊接性能均不利。

本发明的Nb含量控制在0.02-0.04%，钢中加入适量的Nb，目的是便于进行未再结晶控轧。Nb还可阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。另外铌是一种强碳化物形成元素，在钢中形成的NbC、Nb(CN)等第二相质点，提高钢的强度和低温韧性。添加大量的Nb不仅起不到更好的强化和细晶效果，反而易产生晶间裂纹，上限设置为0.04%。

本发明的Ti含量控制在0.008-0.018%，钛是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，Ti的未溶的碳氮化物在钢加热时可以阻止奥氏体晶粒的长大，在高温奥氏体粗轧时析出的TiN、TiC能有效抑制晶粒长大，同时提高Nb在奥氏体中的固溶度。在焊接时，钢中的TiN、TiC粒子能显著阻止热影响区晶粒长大，从而改善焊接性能。但Ti含量过高，则生成TiC碳化物，使低温韧性降低。

本发明的Al含量控制在0.01-0.04%，Al是钢中的主要脱氧元素，有利于细化晶粒，一般钢中均加入一定量的Al。

P和S是钢中不可避免的有害元素，对钢的塑性和韧性不利，应尽量降低P和S含量，提高钢的洁净度。但考虑到降低P、S含量对冶炼的难度和成本增大，本发明钢中P控制≤0.010%，S控制≤0.005%。

本发明涉及到的生产方法包括铁水脱硫扒渣→100t转炉冶炼→钢包脱氧合金化→LF炉精炼→RH真空处理→板坯铸机浇注→板坯加热→控制轧制→控制冷却→钢板下线堆冷。其特征是：采用含碳0.09～0.13%碳钢冶炼生产工艺；添加微量 Nb、Ti合金；钢包炉精炼后进行真空处理；大板坯恒拉速和轻压下工艺，保证铸坯质量；在宽厚板轧机上进行两阶段控制轧制；轧后控制冷却制度，终冷温度450-500℃，冷却速度9～12℃/S。钢板性能：屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥610MPa，屈强比≤0.80，延伸率≥20%，心部-60℃的夏比冲击功均值≥100J，Z向断面收缩率超过35%。

本发明的技术方案包括以下步骤：

（1）冶炼制度：按照C 0.09-0.13%，Si 0.15-0.40%，Mn 0.80-1.50%，Alt 0.01-0.04%，Nb 0.02-0.04%，Ti 0.008-0.018%，P≤0.010%,S≤0.005%，的低合金成分冶炼；

（2）（2）转炉冶炼后连铸为250-400mm厚板坯，轧前进行再加热，加热温度为1180-1260℃；

（3））控轧控冷；轧制分两阶段，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制，在奥氏体再结晶区开轧温度1000～1100℃；奥氏体未再结晶区开轧温度850～950℃，终轧温度790～820℃，钢板轧后迅速进入快速冷却区域，终冷冷却温度450～500℃，冷却速度9～12℃/s；

（5）堆冷制度：钢板下线后进行堆冷，堆冷开始温度350-450℃，堆冷时间不少于12小时。

优选地，步骤（3）在奥氏体再结晶单道次最小变形率≥8%，变形率≥20％道次不低于2道次，累计变形率≥60%。

本发明的优点在于：

（1）合金设计简单，成本低：仅添加少量Nb、Ti微合金，不添加V、Ni等合金元素。

（2）合理的工艺制度：通过洁净钢技术，降低P、S含量，控制夹杂物及中心偏析，保证铸坯内部质量，为钢板心部冲击韧性提供良好保障；保证控轧阶段大的压下量和水冷阶段大的冷速，通过控轧控冷制度保证钢板的强度、心部韧性及低屈强比的性能。

（3本发明钢的综合性能优良，屈服强度可稳定达到≥460MPa，抗拉强度≥610MPa，屈强比≤0.80，心部-60℃低温冲击功均值稳定达到≥100J， Z向断面收缩率大于35%，能够满足海洋工程结构用钢对强度、心部低温韧性、低屈强比以及抗层状撕裂性能要求。良好的强度、低屈强比、韧性和抗层状撕裂性能；可用于恶劣条件下海洋工程结构建造。开辟了一种低合金生产高强度高韧性低屈强比海洋工程结构用钢的方法。

附图说明

图1为40mm厚钢板的压下规程。

图2为40mm厚钢板横断面的表面显微组织。

图3为40mm厚钢板横断面的心部显微组织。

具体的实施方式

下文中将对本发明的示例性实施方案进行详细描述。应该理解的是本文中所提出的说明只是仅用于举例说明目的的实施例，并非意在限制本发明的范围。

表1 成分重量/%

编号	C	Si	Mn	P	S	Alt	Nb	Ti
									A	0.11	0.34	1.37	0.012	0.0018	0.034	0.028	0.012
B	0.13	0.35	1.40	0.011	0.0013	0.036	0.028	0.013
									C	0.10	0.37	1.39	0.012	0.0015	0.032	0.029	0.013
D	0.09	0.34	1.38	0.011	0.0017	0.031	0.028	0.013

以表1所列的成分及其含量制备的250mm厚钢坯以表2所列的条件进行轧制和冷却。

表2 工艺

表3 性能

Claims

1.一种低合金低屈强比海洋工程结构用钢的制备方法，包括铁水脱硫扒渣→100t转炉冶炼→钢包脱氧合金化→LF炉精炼→RH真空处理→板坯铸机浇注→板坯加热→控制轧制→控制冷却→钢板下线堆冷；其特征在于：在工艺中控制的技术参数为：

（1）冶炼：按照C 0.09-0.13%，Si 0.15-0.40%，Mn 0.80-1.50%，Alt 0.01-0.04%，Nb 0.02-0.04%，Ti 0.008-0.018%，P≤0.010%,S≤0.005%的低合金成分冶炼；

（2）转炉冶炼后连铸为250-400mm厚板坯，轧前进行再加热，加热温度为1180-1260℃；

（3）控轧控冷；轧制分两阶段，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制，在奥氏体再结晶区开轧温度1000～1100℃；奥氏体未再结晶区开轧温度850～950℃，终轧温度790～820℃，钢板轧后迅速进入快速冷却区域，终冷冷却温度450～500℃，冷却速度9～12℃/s；

（4）堆冷：堆冷开始温度350-450℃，堆冷时间不少于12小时；

所述的低合金低屈强比海洋工程结构用钢的化学成分按质量百分比为：C 0.09-0.13%，Si 0.15-0.40%，Mn 0.80-1.50%，Alt 0.01-0.04%，Nb 0.02-0.04%， Ti 0.008-0.018%，P≤0.015%,S≤0.005%，余量为Fe和不可避免杂质；

该钢的性能为：屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥610MPa，屈强比≤0.80，延伸率≥20%，心部-60℃的夏比冲击功均值≥100J，Z向断面收缩率超过35%。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）在奥氏体再结晶单道次最小变形率≥8%，变形率≥20％道次不低于2道次，累计变形率≥60%。