CN106756541A - 390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板，其特征在于：化学成分按重量百分比包括C 0.07～0.09％、Si 0.20～0.30％、Mn 1.3～1.6％、P≤0.015％、S≤0.010％、Nb 0.03～0.05％、Ti≤0.02％、Al 0.01～0.025％、Ca 0.002～0.006％、Ce 0.002～0.006％，余量为Fe和杂质。本发明还公开了一种390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板的生产方法。利用本发明生产的海洋平台用钢板具有良好的低温冲击韧性以及焊接性能。

Description

390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种钢铁冶金技术，具体说，涉及一种3390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板及其生产方法。
背景技术
海洋平台是在海洋上进行作业的特殊场所，主要用于海上油气的钻探和开发，其中钻探设施主要包括自升式钻井平台和半潜式钻井平台，开采设施主要包括固定式导管架平台、顺应塔平台、张力腿平台、立柱式平台以及浮式生产储油装置等。目前我国EH36(屈服强度355MPa)以下平台用钢基本实现国产化，占平台用钢量的90％，但关键部位所用大厚度、高强度钢材仍依赖进口。随着我国海洋开发的不断发展，对海洋平台用钢的需求量不断扩大，当前海洋平台用钢年需求总量约在300万吨以上。
《东北大学学报》(2009年11月，第30卷第11期)“低碳海洋平台用钢E40-Z35的研制”介绍了390MPa级海洋平台用钢E40-Z35的冶炼成分、加热和轧制，产品性能符合标准要求。对比发现，该文献中产品化学成分未添加Ca和Ce。
《鞍钢技术》(2011年第5期)“海洋平台用钢E40-Z35的开发”介绍了390MPa级海洋平台用钢E40-Z35的冶炼成分、加热、轧制和焊后性能，产品性能符合标准要求。对比发现，该文献中产品化学成分含V而不含Ca和Ce。
《中国冶金》(2010年第1月，第20卷第1期)，“控轧控冷工艺生产海洋平台用钢的研究”介绍了海洋平台用钢的冶炼成分、加热、轧制和焊后性能，产品性能符合标准要求。对比发现，文献中产品化学成分为Nb、V、Ti系，未添加Ca和Ce，焊接线能量分别为15kJ/cm和50kJ/cm，未达到大线能量焊接。
现有技术中，对于低温冲击韧性并不是材料性能的重点，限制了海洋平台用钢板的使用。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种3390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板，具有良好的低温冲击韧性以及焊接性能。
技术方案如下：
一种390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板，其特征在于：化学成分按重量百分比包括C 0.07～0.09％、Si 0.20～0.30％、Mn 1.3～1.6％、P≤0.015％、S≤0.010％、Nb0.03～0.05％、Ti≤0.02％、Al 0.01～0.025％、Ca 0.002～0.006％、Ce 0.002～0.006％，余量为Fe和杂质。
本发明所解决的另一个技术问题是提供一种390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板的生产方法，生产的海洋平台用钢板具有良好的低温冲击韧性以及焊接性能。
一种390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板的生产方法，包括：
冶炼和浇铸；将废钢加入真空冶炼炉，抽真空后启动进行熔化冶炼，最后加入Ca合金，待熔化后浇铸到矩形钢模中；
加热和轧制；钢坯装入高温加热炉中，加热至1200℃～1250℃，在炉时间≥240min，待钢坯达到加热要求时将钢坯送往轧机轧制；轧制采用两阶段控制轧制工艺，粗轧开轧温度为1180～1230℃，压下量大于15％；精轧开轧温度≤970℃，终轧温度为840～870℃。
冷却；钢板进入层流冷却区域，以10～15℃/s的冷却速度冷却至600～650℃，得到海洋平台用钢板，其化学成分按重量百分比包括C 0.07～0.09％、Si 0.20～0.30％、Mn1.3～1.6％、P≤0.015％、S≤0.010％、Nb 0.03～0.05％、Ti≤0.02％、Al 0.01～0.025％、Ca 0.002～0.006％、Ce 0.002～0.006％，余量为Fe和杂质。
进一步：按化学成分设计进行冶炼并浇铸成钢锭，将钢锭加热至1220℃，总在炉时间保温270分钟；粗轧的开轧温度为1203℃，第1～2道次压下量应大于15％，其次至少有1～2道次压下率控制在20～40％；当轧件厚度为43mm时，在辊道上待温至930℃；随后进行精轧，精轧的终轧温度为840℃，成品钢板厚度为14mm；轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以10℃/s的速度冷却至640℃，最后即可得到所述钢板。
进一步：冶炼采用100kg真空冶炼炉，采用φ750×550mm实验轧机轧制；粗轧采用2道次轧制，精轧采用9道次轧制。
进一步：废钢中，磷≤0.015％，硫≤0.005％，氧≤0.0040％，氮≤0.0060％。
与现有技术相比，本发明技术效果包括：
本发明通过合理的化学成分设计，并采用独特的生产工艺，得到的海洋平台用钢板焊接时线能量达到100kJ/cm，具有良好的低温冲击韧性及焊接性能。
附图说明
图1是本发明中海洋平台用钢板的金相组织图。
具体实施方式
下面参考示例实施方式对本发明技术方案作详细说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板的生产方法，具体包括以下步骤：
步骤1：冶炼和浇铸；
将准备好的低磷(≤0.015％)、低硫(≤0.005％)、低氧(≤0.0040％)、低氮(≤0.0060％)优质废钢和计算配好的其他合金加入实验室100kg真空冶炼炉，抽真空后启动进行熔化冶炼，采用最后加入Ca合金的方式，待熔化后浇铸到矩形钢模中，浇铸成尺寸为厚度、宽度、长度150×200×250mm的矩形钢坯。
步骤2：加热和轧制；
将钢坯装入高温加热炉中，加热至1200℃～1250℃，在炉时间≥240min,保证钢坯均匀受热，待钢坯达到加热要求时，将钢坯送往φ750×550mm实验轧机。采用两阶段控制轧制工艺，粗轧开轧温度为1180～1230℃，第1、2道次压下量应大于15％，设定精轧开轧温度≤970℃，轧制道次共9道次，终轧温度：840～870℃。
步骤3：冷却；
控制轧制结束后，钢板进入层流冷却区域，以10～15℃/s的冷却速度冷却至600～650℃，得到海洋平台用钢板。
海洋平台用钢板的化学成分按重量百分比为C：0.07～0.09％、Si：0.20～0.30％、Mn：1.3～1.6％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Nb：0.03～0.05％、Ti：≤0.02％、Al：0.01～0.025％、Ca：0.002～0.006％、Ce：0.002～0.006％，余量为Fe和不可避免的杂质。
如图1所示，是本发明中海洋平台用钢板的金相组织图。
得到的海洋平台用钢板为铁素体+珠光体，金相组织细小均匀。
实施例1
按表1所示的化学成分进行冶炼，并浇铸成钢锭，将钢锭加热至1220℃，总在炉时间保温270分钟，在实验轧机上进行第一阶段轧制(粗轧)，开轧温度为1203℃，第1～2道次压下量应大于15％，其次至少有1～2道次压下率控制在20～40％，当轧件厚度为43mm时，在辊道上待温至930℃，随后进行第二阶段轧制(精轧)。终轧温度为840℃，成品钢板厚度为14mm。轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以10℃/s的速度冷却至640℃，最后即可得到所述钢板。
表1本发明实施方式的化学成分(wt％)
实施方式 C Si Mn P S Nb Ti Al Ca Ce
1 0.08 0.25 1.4 0.015 0.005 0.04 0.01 0.02 0.002 0.005
对本发明实施方式的钢板进行力学性能检验，检验结果见表2。
表2钢板的力学性能
在MMS-200型热力模拟实验机上对本钢板进行峰值温度为1250℃，焊接线能量为100kJ/cm的焊接热模拟试验，实验后对钢板进行力学性能检测，检验结果见表3。
表3经焊接热模拟实验后的钢板的力学性能
从检测结果可以看出，经焊接热模拟后低温冲击韧性平均值为174KV2/J，较未进行焊接热模拟试验的钢板低温冲击韧性平均值215KV2/J，降低4且KV2/J，依然符合国标中冲击功要求，且降低幅度较小。
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板，其特征在于：化学成分按重量百分比包括C 0.07～0.09％、Si 0.20～0.30％、Mn 1.3～1.6％、P≤0.015％、S≤0.010％、Nb0.03～0.05％、Ti≤0.02％、Al 0.01～0.025％、Ca 0.002～0.006％、Ce 0.002～0.006％，余量为Fe和杂质。
2.一种390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板的生产方法，包括：
冶炼和浇铸；将废钢加入真空冶炼炉，抽真空后启动进行熔化冶炼，最后加入Ca合金，待熔化后浇铸到矩形钢模中；
加热和轧制；钢坯装入高温加热炉中，加热至1200℃～1250℃，在炉时间≥240min，钢坯达到加热要求时将钢坯送往轧机轧制；轧制采用两阶段控制轧制工艺，粗轧开轧温度为1180～1230℃，压下量大于15％；精轧开轧温度≤970℃，终轧温度为840～870℃。
冷却；钢板进入层流冷却区域，以10～15℃/s的冷却速度冷却至600～650℃，得到海洋平台用钢板，其化学成分按重量百分比包括C 0.07～0.09％、Si 0.20～0.30％、Mn 1.3～1.6％、P≤0.015％、S≤0.010％、Nb 0.03～0.05％、Ti≤0.02％、Al 0.01～0.025％、Ca0.002～0.006％、Ce 0.002～0.006％，余量为Fe和杂质。
3.如权利要求2所述390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板的生产方法，其特征在于：按化学成分设计进行冶炼并浇铸成钢锭，将钢锭加热至1220℃，总在炉时间保温270分钟；粗轧的开轧温度为1203℃，第1～2道次压下量应大于15％，其次至少有1～2道次压下率控制在20～40％；当轧件厚度为43mm时，在辊道上待温至930℃；随后进行精轧，精轧的终轧温度为840℃，成品钢板厚度为14mm；轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以10℃/s的速度冷却至640℃，最后即可得到所述钢板。
4.如权利要求2或者3所述390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板的生产方法，其特征在于：冶炼采用100kg真空冶炼炉，采用φ750×550mm实验轧机轧制；粗轧采用2道次轧制，精轧采用9道次轧制。
5.如权利要求2所述390MPa级大线能量焊接海洋平台用钢板的生产方法，其特征在于：废钢中，磷≤0.015％，硫≤0.005％，氧≤0.0040％，氮≤0.0060％。
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