專利名稱：一種具有-40℃應變時效高韌性鋼板及其生產方法
技術領域：
本發明屬于海洋平臺結構鋼技術領域，特別涉及一種具有-40°c應變時效高韌性鋼板及其生產方法。
背景技術：
海洋平臺是開采海洋油氣資源的重要設施，其工作環境惡劣，用于瀕海的鋼板必須能夠經受-40°C的嚴寒考驗，海洋平臺一般采用大口徑鋼管制作鋼結構。一般鋼材在制造鋼管過程中，鋼材在一定的塑性變形和經加熱100 300°C—定時間后，-40°C沖擊功值會出現大幅度下降而硬度升高的現象；其主要是塑性變形后晶格出現了滑移層而扭曲，對固溶間隙溶質(C、N)的溶解能力下降，呈現出過飽和狀態，促使被溶物質擴散及析出；在加熱后，使原子活力增加，促使固溶體內過飽和物質加速析出，與位錯交互作用下，釘扎位錯阻止變形，引起應變時效。鋼中氮、氧等會顯著提高應變時效傾向，鎳可降低該傾向。本發明通過降低C、P、S含量，加入適量的Ti、Nb等元素固C和固N，并加入適量的附，從而降低應變時效的影響；通過控軋控冷細化晶粒，提高鋼板綜合性能；通過正火熱處理使鋼板沿厚度方向組織和性能均勻一致，保證鋼板表面、1/4處及心部_40°C應變時效韌性優良。在本發明前，專利號為200610124380.5的中國發明專利公開了“一種改善鋼板的低溫韌性和應變時效低溫韌性的方法”，所涉及鋼的C含量彡0. 10%, P彡0. 025%, S^0.010%,V^0. 20%,Nb^O. 10%，該鋼添加了 V元素，沒有添加改善應變時效韌性的 Ni元素，生產方法為控制軋制及軋后加速冷卻，鋼板缺少正火等熱處理工藝，其應變時效試驗溫度僅為_20°C。專利號為200780043094. 9的中國發明專利公開說明了“具有優良的抗應變時效性的低屈服比雙相鋼管線管”，該鋼含有Mo、Ni、Cr、Cu、Ti、Nb、V等多種合金元素，合金成本高；采用兩相區工藝軋制，終軋溫度711 763°C，終冷溫度338 588°C ；鋼板為熱軋態，其組織為第一相為鐵素體，第二相為珠光體、馬氏體、下貝氏體、粒狀貝氏體、上貝氏體、碳化物等多種組成，軋后鋼板沒有進行正火等熱處理，其化學成分及生產工藝與本發明完全不同。

發明內容
本發明的目的是提供一種具有-40°C應變時效高韌性鋼板及其生產方法，以彌補現有技術的不足，提高應變時效低溫韌性性能。本專利的合金配方相對簡單，沒有添加Mo 等貴金屬元素，通過潔凈鋼技術、控制軋制和控制冷卻及正火熱處理，得到一種均勻的鐵素體+珠光體組織，從而獲得穩定而且優良的_40°C應變時效沖擊韌性，生產工藝可行，適合大生產，且生產成本低。本發明的目的可以通過如下方案來實現的本發明鋼板的化學成分按重量百分比為，C 0. 09 0. 13%，Si 0. 20 0. 50%，Mnl. 00 1. 50%, P 彡 0. 010%, S 彡 0. 003%, N 0. 002-0. 005%, Al 0. 020 0. 060%, Nb 0. 03 0. 05 %, Ti 0. 007 0. 020 %, Ni 0. 20 0. 45 %，Cu 0. 15 0. 30 %, Pcm彡0.21%，余量為！^及不可避免的夾質。C是最基本的強化元素，通過固溶強化和析出強化能有效地提高鋼材強度，但隨著碳含量的增加，鋼材的延性、韌性及焊接性能下降，考慮到本發明的目的是制造應變時效高韌性鋼，同時，為兼顧到在正火熱處理過程中獲得足夠的碳化物和固溶碳強度相，本發明鋼中的碳控制范圍為0. 09 0. 13%。Si 硅在鋼中起固溶強化作用，同時也是脫氧元素，但含量過高，會降低鋼的韌性， 并惡化鋼材的焊接性能。Mn:錳是脫氧的元素之一，是提高強度的有效元素，且成本低廉，但錳含量過高對鋼的焊接性能有不利影響。P和S 磷和硫是鋼中不開避免的有害元素，對鋼的塑性和韌性不利，應盡量降低磷和硫含量，提高鋼的潔凈度。本發明鋼中P控制彡0.010%, S控制彡0. 003%。N:在加鈦的鋼中，適量的氮與鈦形成TiN，這種第二相粒子易在高溫析出有利于強化基體，且TiN非常穩定，在加熱時可有效阻止奧氏體晶粒長大。但氮含量過高會顯著提高應變時效傾向，所以本發明的氮控制在0. 002 0. 005 %范圍內。Al 鋁是鋼中的主要脫氧元素，有利于細化晶粒，一般鋼中均加入一定量的鋁。Nb 鈮是一種強碳化物形成元素，在鋼中形成的NbC、Nb(CN)等第二相質點，可阻止奧氏體晶粒的長大，細化晶粒，提高鋼的應變時效韌性和強度，但Nb含量過高易產生晶間裂紋。Ti 鈦是一種強烈的碳化物和氮化物形成元素，通過固碳和固氮，降低應變時效的影響。Ti的未溶的碳氮化物在鋼加熱時可以阻止奧氏體晶粒的長大，在高溫奧氏體粗軋時析出的TiN、TiC能有效抑制晶粒長大，同時提高Nb在奧氏體中的固溶度。在焊接時，鋼中的TiN、TiC粒子能顯著阻止熱影響區晶粒長大，從而改善焊接性能。但鈦含量過高，則生成 TiC碳化物，使低溫韌性降低。Cu 銅在鋼中主要起沉淀強化作用，還有利于獲得良好的低溫韌性，提高鋼的抗疲勞裂紋擴展能力；當Cu含量過高時，在軋制過程中易產生網裂。Ni 鎳具有一定的強化作用，能顯著降低應變時效傾向，提高鋼材應變時效低溫韌性，鎳還能有效低阻止Cu的熱脆引起的網裂。鎳加入量小于0. 10%，則起不到作用，但鎳含量過高易造成鋼板氧化鐵皮難于脫落。同時，本發明鋼板的生產方法包括采用鐵水脫硫、轉爐冶煉、LF爐精煉、RH真空處理、澆鑄成鑄坯、控制軋制、熱處理；在工藝中控制的技術參數為包括以下步驟(1)冶煉控制鋼板的化學成分按重量百分比為C 0.09 0.13%，Si 0. 20 0. 50%, Mn 1. 00 1. 50%, P 彡 0. 010%, S 彡 0. 003%, N 0. 002-0. 005%, Al 0. 020 0. 060%,Nb 0. 03 0. 05%，Ti 0. 007 0. 020%，Ni 0. 20 0. 45%，Cu 0.15 0.30%， Pem彡0.21%，余量為！^及不可避免的夾質。(2)鑄坯加熱溫度1130 1260°C ；(3)控制軋制在奧氏體再結晶區開軋溫度1000 1100°C ；奧氏體非再結晶區開軋溫度900 950°C，終軋溫度790 830°C，
(4)冷卻終冷冷卻溫度650 710°C ；(5)熱處理正火保溫溫度870 910°C、正火保溫時間為板厚(mm) X 1. 4 1. 6 (分鐘 /mm)。優選地，步驟C3)在奧氏體再結晶階段單道次最大變形率> 20%，累計變形率彡 55%。本發明的技術具有如下優點(1)本發明采用潔凈鋼冶煉技術，通過采用鐵水脫硫、轉爐冶煉、LF爐精煉、RH真空處理工藝，使P < 0. 010%，S < 0. 003%，鋼質更純凈，為獲得優良的應變時效沖擊韌性
奠定了基礎。(2)本發明成分設計采用中碳、微合金化，通過添加微量Nb、Ti、Ni、Cu元素，結合控軋控冷和正火熱處理工藝，獲得均勻穩定的鐵素體和珠光體組織，因而本發明鋼具有優良而且穩定的-40應變時效低溫韌性；本發明生產的鋼-40應變時效沖擊功> 190J。(3)本發明的鋼最適合制作海洋平臺等，生產工藝簡單，成本低，適應大生產要求， 利于推廣應用。


圖1為本發明的經過正火熱處理后，均勻的鐵素體+珠光體組織金相圖。
具體實施例方式按照本發明的成分要求，工業生產冶煉了本發明的鋼，并澆鑄成板坯，板坯加熱到 1200 1220°C出爐軋制，開軋溫度分別為1050、1065、1090°C，第一階段最大變形率分別為 24、23、21%，累計變形率分別為63,62,57% ；非再結晶區開軋溫度分別為920、915、940°C， 終軋溫度790、810、830°C，終冷冷卻溫度分別為670、680、690°C ；軋制鋼板厚度規格分別為 50. 8,63. 5,66mm ；正火溫度分別為900、890、880°C，正火保溫時間分別為75、95、100分鐘。本發明實施例1 3與比較鋼的化學成分、拉伸力學性能及-40°C應變時效沖擊性能見表1。如圖1所示，實施例通過上述工藝后的金相組織。通過表1對比可知，本發明以中碳為特點，加入了適當的Ni、Cu、Nb、Ti，經過正火熱處理后，得到了一種均勻的鐵素體+珠光體組織，鋼板應變時效沖擊性能優良，-20°C應變時效沖擊功在 317J之間，遠大于比較鋼，其-40°C應變時效沖擊功在190 之間。本發明組織均勻，-40°C應變時效沖擊性能優良穩定。表1本發明與比較鋼的化學成分、力學性能及-40應變時效性能
權利要求
1.一種具有-40°C應變時效高韌性鋼板，其特征在于該鋼板的化學成分按重量百分比為，C 0.09 0. 13%, Si 0. 20 0. 50%，Mn 1. 00 1. 50%、P 彡 0. 010%，S 彡 0. 003%， N 0. 002-0. 005%, Al 0. 020 0. 060 %，Nb 0. 03 0. 05 %，Ti 0. 007 0. 020 %，Ni 0. 20 0. 45%, Cu 0. 15 0. 30%, Pcm ^ 0. 21%，余量為!^e及不可避免的夾質。
2.—種權利要求1所述的有_40°C應變時效高韌性鋼板的生產方法，工藝包括采用鐵水脫硫、轉爐冶煉、LF爐精煉、RH真空處理、澆鑄成鑄坯、控制軋制、熱處理；其特征在于，在工藝中控制的技術參數為(1)冶煉控制鋼板的化學成分按重量百分比為C0. 09 0. 13%，Si 0. 20 0. 50%， Mn 1. 00 1. 50%, P 彡 0. 010%, S 彡 0. 003%, N 0. 002-0. 005%, Al 0. 020 0. 060%, Nb 0. 03 0. 05 %, Ti 0. 007 0. 020 %, Ni 0. 20 0. 45 %，Cu 0. 15 0. 30 %, Pem彡0.21%，余量為！^及不可避免的夾質。(2)鑄坯加熱溫度1130 12600C ；(3)控制軋制在奧氏體再結晶區開軋溫度1000 1100°C；奧氏體非再結晶區開軋溫度900 950°C，終軋溫度790 830°C，(4)冷卻終冷冷卻溫度650 710°C；(5)熱處理正火保溫溫度870 910°C、正火保溫時間為板厚(mm)X 1.4 1.6(分鐘/mm) ο
3.根據權利要求2所述的生產方法，其特征在于，步驟(3)在奧氏體再結晶階段單道次最大變形率> 20%，累計變形率> 55%。
全文摘要
一種具有-40℃應變時效高韌性鋼板及其生產方法，屬于海洋平臺結構鋼技術領域。鋼板化學成分組成C 0.09～0.13％，Si 0.20～0.50％，Mn 1.00～1.50％、P≤0.010％，S≤0.003％，N 0.002-0.005％，Al 0.020～0.060％，Nb 0.03～0.05％，Ti 0.007～0.020％，Ni 0.20～0.45％，Cu 0.15～0.30％，Pcm≤0.21％，余量為Fe及不可避免的夾質。生產方法包括采用鐵水脫硫、轉爐冶煉、LF爐精煉、RH真空處理、澆鑄成鑄坯、控制軋制、熱處理。優點在于，鋼板鋼質純凈，組織均勻，鋼板-40℃應變時效低溫韌性優良、穩定；且生產工藝簡單，成本低，適用于制作海洋平臺等。
文檔編號C21D1/28GK102304670SQ201110282948
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者何元春, 姜中行, 李戰軍, 李春智, 楊永達, 沈欽義, 王彥鋒, 王根磯, 白學軍, 鄭會平 申請人:首鋼總公司