CN104404384A - 一种550MPa级低压缩比高韧性海洋工程平台用钢板及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁材料的技术领域，涉及一种550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板及生产方法，特别是在低碳含量和低压缩比条件下实现高强度和高韧性的海洋工程用钢板及生产方法。其化学成分重量百分比为，C：0.04-0.10%，Si：0.2-0.4%，Mn：1.0-1.5%，P<0.010%，S<0.003%，Ni：0.5-0.8%，Cu：0.2-0.5%，Cr：0.30-0.80%，Mo：0.1-0.3%,Nb：0.02-0.05%,Ti：0.010-0.025%，余量Fe及不可避免杂质，该合金C含量低，易于焊接。在铸坯厚度仅为250mm条件下，通过严格控制C、P、S含量，采用降低再加热温度，优化TMCP工艺，降低轧制温度，合理分配粗轧和精轧阶段压下量，优化冷却工艺和回火热处理温度，可以使钢材在低压缩比（最小仅为3.125：1）条件下实现高强度和高低温韧性。

Description

一种550MPa级低压缩比高韧性海洋工程平台用钢板及生产方法

技术领域

本发明属于钢铁材料的技术领域，涉及一种550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板及生产方法，特别是在低碳含量和低压缩比条件下实现高强度和高韧性的海洋工程用钢板及生产方法。

背景技术

海洋权益是我国的核心利益之一，近年来国家海洋战略的实施使得海洋工程成为建设和开发的重点，并逐渐从近海向深海发展。海洋工程装备产业的迅猛发展对海洋工程用钢将产生巨大的需求，特别是伴随着船舶、海洋工程、港口机械、海底输油管线等的大型化、高参数化和轻量化，对钢材的性能提出了越来越高的要求。近几年来，在海洋工程用钢研发方面，日本的新日铁和JFE、德国的迪林根等位于世界钢铁企业前列，国内钢铁企业也相继开展了相应的研发工作，取得了不小的进步，但是目前国内生产的海洋工程用钢还主要是在近海工程上应用，以屈服强度355 MPa以下等级钢材为主，而国外已经开始使用500 MPa级以上的高强韧性海工钢；海洋工程用钢通常由于厚度规格较大，所以添加较高的合金成分，而又为了降低成本，C元素添加量往往高于0.1%（本文中所有元素百分比均为重量百分比），这样虽然保证了强度，但是不利于低温韧性和焊接性能的提高。

从供货状态上看，海工钢的生产工艺包括正火，控轧控冷（TMCP）和调质。其中由于正火的方法通常获得铁素体加珠光体组织，强度不易提高，主要用于生产420MPa以下等级的海工钢产品；而控轧控冷的方法可以获得高强度，但是由于海工钢厚度较大，不易实现轧制阶段的大压下量，特别是心部在粗轧阶段的组织细化和精轧阶段的奥氏体形变均难以保证，在这种条件下要保证韧性就需要较大的压缩比；而用调质的生产方法可以很好地在提升强度的同时保证韧性，但是相对于控轧控冷的生产方法，在生产同样强度级别的钢材时，调质工艺需要添加更多的合金元素以保证强度，这样不仅导致成本提升，而且不利于焊接，另外调质的热处理工艺成本也相对较高。

发明内容

本发明针对目前海洋工程用钢应用领域的现实需求，根据生产设备及工艺条件，提出一种低生产成本，易焊接，可以在低压缩比条件下实现高韧性的550 MPa级30-80 mm厚海工钢及其生产方法，旨在为国内的海洋工程用钢的生产提供更多切实可行的生产技术路线。

本发明实现以上技术要求的方案是：

   一种550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板，所述钢板的化学成分重量百分比含量为：C：0.04-0.10%，Si：0.2-0.4%，Mn：1.0-1.5%，P<0.010%，S<0.003%，Ni：0.5-0.8%，Cu：0.2-0.5%，Cr：0.30 -0.80%，Mo：0.1-0.3%, Nb：0.02-0.05%, Ti：0.010-0.025%，余量Fe及不可避免杂质。

     作为优选，控制C含量0.06-0.07%。

作为优选，所述的钢板为30-80 mm厚550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板；进一步优选为80mm 厚。

80mm厚钢板的压缩比为3.125:1。

本发明的另一目的为：

  一种550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板的生产方法，具体步骤如下：

冶炼工艺：铁水脱硫≤0.003%；铸坯P≤0.010%，RH脱气结束后软吹不小于20分钟，真空处理后进行钙处理，连铸中包目标温度1535-1545℃，为液相线温度加15-25℃，拉速稳定；铸坯检验要求：中心偏析C类≤1.5，中心疏松≤0.5，[N]≤30ppm，[O]≤25ppm，[H]≤1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷；

轧制工艺：采用两阶段TMCP轧制；轧前连铸坯再加热温度为1150-1200℃，粗轧温度为970-1040℃，精轧开轧温度760℃-820℃，粗轧与精轧总压下率的比约为2：1；轧后层流冷却，冷却速度为3-8℃/s，随后空冷，终冷温度为200-400℃；

热处理工艺：采用高温回火，回火温度区间为550-700℃，保温时间为1-3 min/mm，最终组织特征为贝氏体组织。

所述的轧制工艺中：采用TMCP轧制工艺，再加热温度范围为1150-1200℃， 既可以保证奥氏体晶粒不过分长大，又可以保证合金元素充分固溶，特别是Nb元素的充分溶解。

在轧制工艺中，粗轧温度区间970-1040℃，分3-6道次轧制，总压下量约60%，中间坯厚度100-140 mm。

在轧制工艺中，精轧开轧温度区间760-820℃，4-6道次轧制，总压下量约30%。采用游荡模式加速冷却，钢板终冷温度200-400℃，返红温度低于500 ℃。

在所述的冶炼工艺铸坯缓冷时间优选为48h。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种应用TMCP+回火工艺生产30-80 mm厚550MPa级海洋工程用钢及生产方法。主要通过控制C含量0.04-0.10%，优选为控制C含量0.06-0.07%，在保证焊接性的同时，保证强度达到标准。P含量小于0.010%，S含量小于0.003%。虽然压缩比较低（80mm厚钢板的压缩比仅为3.125:1），仅刚满足欧洲标准EN10225的最低要求，但是利用降低加热温度和降低轧制温度的方法，实现了奥氏体晶粒再结晶细化，保证低温冲击性能。轧后回火不仅消除了淬火内应力，而且使钢中的大块碳化物分解，进一步提高韧性和组织均匀性。采用这种方法生产的550MPa级30-80 mm厚海工钢，强度可以达到屈服强度620MPa，抗拉强度705MPa以上，夏比冲击功在-40 ℃可以达到230J， -60 ℃时均在120J以上。

总之，本发明的钢板合金及C含量低，易于焊接。在铸坯厚度仅为250mm条件下，通过严格控制C、P、S含量，采用降低再加热温度，优化TMCP工艺，降低轧制温度，合理分配粗精轧阶段压下量，优化冷却工艺和回火热处理温度，可以使钢材在低压缩比（最小仅为3.125：1）条件下实现高强度和高低温韧性。

附图说明

    图1为实例1 80mm厚550MPa级钢板心部组织形貌（粒状贝氏体+板条贝氏体）。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明所述的低压缩比高韧性海洋工程用钢板，冶炼工艺中，铁水脱硫≤0.003%；铸坯P≤0.010%，RH脱气结束后软吹不小于20分钟，真空处理后进行钙处理，连铸中包目标温度1540℃，为液相线温度加15-25℃，拉速稳定；铸坯检验结果要求中心偏析C类≤1.5、中心疏松≤0.5，[N]≤30ppm，[O]≤25ppm，[H]≤1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷48小时。

根据本发明的生产工艺，冶炼轧制本发明的钢种实际化学成分如表1所示：

表1 本发明实施例的化学成分（wt%）

       一种本发明所述的低压缩比高韧性海洋工程用钢板的生产方法，包括如下工序;KR铁水脱硫预处理→转炉冶炼→脱氧合金化→CAS精炼→LF精炼→RH处理→CCM连铸→铸坯缓冷48h→板坯再加热→高压水除鳞→控制轧制→预矫直→在线淬火→抛丸→回火→矫直→切割、取样→检查→喷号打印→入库。

冶炼采用顶底复吹转炉冶炼，严格控制铁水P含量，采用优质废钢，LF精炼采用白渣操作，钢水化学成分按照目标值控制，钛铁在LF精炼中后期加入。RH精炼纯脱气时间≥6分钟。铸坯规格250mm×2200mm，钢坯冷送。

本发明轧制工艺如下，采用控轧控冷工艺，轧前连铸坯加热温度1180℃，采用奥氏体再结晶区和奥氏体非再结晶区两阶段控制轧制。其中实例1钢板厚度为80mm，实例2厚度为60mm，实例3厚度为30mm，实例1中间坯厚度140mm，实例2中间坯厚度为110mm，实例3中间坯厚度为100mm，具体轧制工艺参数见表2。

表2 本发明实例的轧制工艺参数

       热处理工艺：回火温度650℃，保温时间2min/mm。

按照本发明的工艺获得的性能如表3，实例1钢板心部最终组织为贝氏体组织，金相组织形貌见图1。由图可见，钢板组织细小均匀，软硬相组织分布合理。材料的抗拉强度为707-716MPa，屈服强度为605-620MPa，断后延伸率为20.5-22.0%，夏比冲击功（横向）在-40 ℃≥150J，-60℃低温冲击≥120J。具有生产工艺稳定，可操作性强等特点。

 表3 本发明实施例调质热处理后获得的板材力学性能

。

Claims (10)

1.一种550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板，所述钢板的化学成分重量百分比含量为：C：0.04-0.10%，Si：0.2-0.4%，Mn：1.0-1.5%，P<0.010%，S<0.003%，Ni：0.5-0.8%，Cu：0.2-0.5%，Cr：0.30-0.80%，Mo：0.1-0.3%, Nb：0.02-0.05%, Ti：0.010-0.025%，余量Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板，其特征在于，控制C含量0.06-0.07%。

3.根据权利要求1所述的550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板，其特征在于，所述的钢板厚度范围为30-80 mm。

4.根据权利要求3所述的550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板，其特征在于，所述的钢板最大厚度为80mm。

5.根据权利要求4所述的550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板，其特征在于，80mm厚钢板的压缩比为3.125:1。

6.如权利要求1-5任一权利要求所述的550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板的生产方法，具体步骤如下：

（1）冶炼工艺：铁水脱硫≤0.003%；铸坯P≤0.010%，RH脱气结束后软吹不小于20分钟，真空处理后进行钙处理，连铸中包目标温度1535-1545℃，为液相线温度加15-25℃，拉速稳定；铸坯检验要求：中心偏析C类≤1.5，中心疏松≤0.5，[N]≤30ppm，[O]≤25ppm，[H]≤1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷；

（2）轧制工艺：采用两阶段TMCP轧制；轧前连铸坯再加热温度为1150-1200℃，粗轧温度为970-1040℃，精轧开轧温度760℃-820℃，粗轧与精轧总压下的率比约为2：1；轧后层流冷却，冷却速度为3-8℃/s，随后空冷，终冷温度为200-400℃；

（3）热处理工艺：采用高温回火，回火温度区间为550-700℃，保温时间为1-3 min/mm，最终组织特征为贝氏体组织。

7.根据权利要求6所述的550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板的生产方法，其特征在于，所述的轧制工艺中：采用TMCP轧制工艺，再加热温度为1150-1200℃， 既可以保证奥氏体晶粒不过分长大，又可以保证合金元素充分固溶，特别是Nb元素的充分溶解。

8.根据权利要求6所述的550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板的生产方法，其特征在于，在轧制工艺中，粗轧温度区间970-1040℃，分3-6道次轧制，总压下量约60%，中间坯厚度100-140 mm。

9.根据权利要求6所述的550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板的生产方法，其特征在于，在轧制工艺中，精轧开轧温度区间760-820℃，4-6道次轧制，总压下量约30%；轧后采用游荡模式加速冷却钢板，终冷温度200-400℃，返红温度低于500 ℃。

10.根据权利要求6所述的550MPa级低压缩比高韧性海洋工程用钢板的生产方法，其特征在于，在所述的冶炼工艺铸坯缓冷时间优选为48h。