專利名稱：一種低合金低屈強(qiáng)比海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋工程エ技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種低合金低屈強(qiáng)比海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼及其生產(chǎn)方法
背景技術(shù)：
海洋工程結(jié)構(gòu)是海洋平臺(tái)重要的超大型焊接鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)用在波浪、海潮、風(fēng)暴及寒冷流冰等嚴(yán)峻的海洋工作環(huán)境中，支撐總重量超過數(shù)百噸的平臺(tái)及鉆井設(shè)備，同時(shí)又要經(jīng)受地震、海嘯等惡劣自然災(zāi)害的考驗(yàn)。這些使用特征決定了海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼必須具有高強(qiáng)度、高韌性、低屈強(qiáng)比和抗層狀撕裂等性能。然而，由于所述鋼的性質(zhì)，鋼板的低溫韌性通常會(huì)隨著鋼板強(qiáng)度的增加而降低。同時(shí)鋼板強(qiáng)度的増加也會(huì)導(dǎo)致屈強(qiáng)比的増大。目前生產(chǎn)的海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼普遍采用添加大量合金元素，エ藝上采取軋后回火或者調(diào)質(zhì)處理，既增加了生產(chǎn)成本又不能保證鋼板低屈強(qiáng)比的性能。公開號(hào)為CN101613828A發(fā)明專利提出ー種屈服強(qiáng)度為460MPa級低屈強(qiáng)比建筑用特厚鋼板及制造方法，其需要添加V合金元素，V元素的加入對焊接性能有不利影響，且采用調(diào)質(zhì)エ藝，生產(chǎn)成本高，エ序復(fù)雜，生產(chǎn)周期長。未涉及-20°C以下的沖擊功的測量值。公開號(hào)為CN101358320A發(fā)明專利提出控軋控冷海洋平臺(tái)用鋼及其生產(chǎn)方法，需要添加V和高于0. 03%的Nb，但其抗拉強(qiáng)度低于610MPa，未涉及屈強(qiáng)比和鋼板心部低溫沖擊功測量值。公開號(hào)為CN101906591A發(fā)明專利采用控軋控冷+回火エ藝生產(chǎn)了 460MPa級海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼，但其需要后續(xù)熱處理，添加了 Ni、Cr、Cu、Mo等合金元素，在増加成本的同時(shí)對焊接性能有不利影響，對心部低溫韌性沒有闡述，屈強(qiáng)比高。公開號(hào)為CN101868560A發(fā)明專利提出ー種具有優(yōu)良低溫韌性的高強(qiáng)度且低屈強(qiáng)比結(jié)構(gòu)用鋼的生產(chǎn)方法,其需要添加Cr、Mo、Ni、Cu、V等貴重合金元素，其生產(chǎn)エ藝復(fù)雜控制窗ロ窄不利于エ業(yè)化大生產(chǎn)，未涉及對心部低溫韌性和抗層狀撕裂能力的研究和描述。公開號(hào)為CN101255528A發(fā)明專利提出ー種超低溫韌性優(yōu)異的含鈮鋼的生產(chǎn)方法，其C含量極低，冶煉時(shí)控制難度大，Nb含量為0. 04-0. 10%,含量較高，其抗拉強(qiáng)度不能穩(wěn)定達(dá)到610MPa，且鋼板厚度在20-30mm，未涉及對鋼板心部低溫沖擊韌性的描述。目前暫無采用低合金生產(chǎn)出低屈強(qiáng)比、高強(qiáng)度、高韌性海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼的先例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種低合金低屈強(qiáng)比海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼及其生產(chǎn)方法，低合金成分(僅添加微量的Nb、Ti合金)，合理且便于エ業(yè)化生產(chǎn)的軋制、水冷，生產(chǎn)出低屈強(qiáng)比、高強(qiáng)度、高韌性的海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼。本發(fā)明提供的ー種低合金低屈強(qiáng)比海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為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%,Ti0. 008-0. 018%, P≤0. 010%, S≤0. 005%，其量為Fe和不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明的C含量控制在0.09-0. 13%，因?yàn)镃是最廉價(jià)的強(qiáng)化元素之一，為保證鋼板的強(qiáng)度，C含量下限為0.09%。但是C含量過高時(shí)對鋼板韌性及焊接性能將產(chǎn)生不利的影響，因而C含量的上限為0. 13%。本發(fā)明的Si含量控制在0. 15-0. 40%，在煉鋼過程中加Si作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0. 15 一 0. 40%的硅，而且Si通過固溶強(qiáng)化方式可以提高鋼板的強(qiáng)度。但Si含量過高對韌性和焊接性能具有不利影響，因而必須設(shè)置上限。本發(fā)明的Mn含量控制在0. 80-1. 50%，在煉鋼過程中，Mn是良好的脫氧劑和脫硫齊U，Mn也是提高鋼強(qiáng)度的主要元素。但是Mn含量過高時(shí)對韌性和焊接性能均不利。本發(fā)明的Nb含量控制在0. 02-0. 04%，鋼中加入適量的Nb，目的是便于進(jìn)行未再結(jié)晶控軋。Nb還可阻止奧氏體晶粒的長大，細(xì)化晶粒。另外鈮是ー種強(qiáng)碳化物形成元素，在鋼中形成的NbC、Nb (CN)等第二相質(zhì)點(diǎn)，提高鋼的強(qiáng)度和低溫韌性。添加大量的Nb不僅起不到更好的強(qiáng)化和細(xì)晶效果，反而易產(chǎn)生晶間裂紋，上限設(shè)置為0. 04%。本發(fā)明的Ti含量控制在0. 008-0. 018%，鈦是ー種強(qiáng)烈的碳化物和氮化物形成元素，Ti的未溶的碳氮化物在鋼加熱時(shí)可以阻止奧氏體晶粒的長大，在高溫奧氏體粗軋時(shí)析出的TiN、TiC能有效抑制晶粒長大，同時(shí)提高Nb在奧氏體中的固溶度。在焊接時(shí)，鋼中的TiN, TiC粒子能顯著阻止熱影響區(qū)晶粒長大，從而改善焊接性能。但Ti含量過高，則生成TiC碳化物，使低溫韌性降低。本發(fā)明的Al含量控制在0. 01-0. 04%, Al是鋼中的主要脫氧元素，有利于細(xì)化晶粒，一般鋼中均加入一定量的Al。P和S是鋼中不可避免的有害元素，對鋼的塑性和韌性不利，應(yīng)盡量降低P和S含量，提高鋼的潔凈度。但考慮到降低P、s含量對冶煉的難度和成本増大，本發(fā)明鋼中P控制≤ 0. 010%, S 控制≤ 0. 005%。本發(fā)明涉及到的生產(chǎn)方法包括鐵水脫硫扒渣一IOOt轉(zhuǎn)爐冶煉一鋼包脫氧合金化—LF爐精煉一RH真空處理一板還鑄機(jī)燒注一板還加熱一控制軋制一控制冷卻一鋼板下線堆冷。其特征是采用含碳0. 09 0. 13%碳鋼冶煉生產(chǎn)エ藝；添加微量Nb、Ti合金；鋼包爐精煉后進(jìn)行真空處理；大板坯恒拉速和輕壓下エ藝，保證鑄坯質(zhì)量；在寬厚板軋機(jī)上進(jìn)行兩階段控制軋制；軋后控制冷卻制度，終冷溫度450-500°C，冷卻速度9 12°C /S。鋼板性能屈服強(qiáng)度≤460MPa，抗拉強(qiáng)度≤610MPa，屈強(qiáng)比≤0. 80，延伸率≤20%，心部-60°C的夏比沖擊功均值> 100J，Z向斷面收縮率超過35%。本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟(I)冶煉制度按照 C 0. 09-0. 13%, Si 0. 15-0. 40%, Mn 0. 80-1. 50%, Alt0. 01-0. 04%, Nb 0. 02-0. 04%, Ti 0. 008-0. 018%, P ≤ 0. 010%, S ≤ 0. 005%,的低合金成分冶煉；(2) (2)轉(zhuǎn)爐冶煉后連鑄為250-400mm厚板還，軋前進(jìn)行再加熱，加熱溫度為1180-1260。。；(3))控軋控冷；軋制分兩階段，即再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)開軋溫度1000 1100°C ;奧氏體未再結(jié)晶區(qū)開軋溫度850 950°C，終軋溫度790 820°C，鋼板軋后迅速進(jìn)入快速冷卻區(qū)域，終冷冷卻溫度450 500°C，冷卻速度9 12°C /S ；(5)堆冷制度鋼板下線后進(jìn)行堆冷，堆冷開始溫度350_450°C，堆冷時(shí)間不少于12小時(shí)。優(yōu)選地，步驟(3)在奧氏體再結(jié)晶單道次最小變形率> 8%，變形率> 20%道次不低于2道次，累計(jì)變形率彡60%。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于 (I)合金設(shè)計(jì)簡單，成本低僅添加少量Nb、Ti微合金,不添加V、Ni等合金元素。(2)合理的ェ藝制度通過潔凈鋼技術(shù)，降低P、S含量，控制夾雜物及中心偏析，保證鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，為鋼板心部沖擊韌性提供良好保障；保證控軋階段大的壓下量和水冷階段大的冷速，通過控軋控冷制度保證鋼板的強(qiáng)度、心部韌性及低屈強(qiáng)比的性能。(3本發(fā)明鋼的綜合性能優(yōu)良，屈服強(qiáng)度可穩(wěn)定達(dá)到ミ460MPa，抗拉強(qiáng)度彡61OMPa,屈強(qiáng)比彡0. 80，心部-60°C低溫沖擊功均值穩(wěn)定達(dá)到彡100J，Z向斷面收縮率大于35%，能夠滿足海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼對強(qiáng)度、心部低溫韌性、低屈強(qiáng)比以及抗層狀撕裂性能要求。良好的強(qiáng)度、低屈強(qiáng)比、韌性和抗層狀撕裂性能；可用于惡劣條件下海洋工程結(jié)構(gòu)建造。開辟了ー種低合金生產(chǎn)高強(qiáng)度高韌性低屈強(qiáng)比海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼的方法。


圖I為40mm厚鋼板的壓下規(guī)程。圖2為40mm厚鋼板橫斷面的表面顯微組織。圖3為40mm厚鋼板橫斷面的心部顯微組織。具體的實(shí)施方式下文中將對本發(fā)明的示例性實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。應(yīng)該理解的是本文中所提出的說明只是僅用于舉例說明目的的實(shí)施例，并非意在限制本發(fā)明的范圍。表I成分重量/%
編號(hào) |6 !Si IMn IP ISIAlt INb ITi
A0.11 0.34 1.37 0.012 0.0018 0.034 0.028 0.012
B0.13 0.35 1.40 0.011 0.0013 0.036 0.028 0.013
C0.10 0. 37 1.39 0.012 0.0015 0.032 0.029 0.013
D0.09 0.34 I. 38 0.011 0.0017 0.031 0.028 0.013以表I所列的成分及其含量制備的250mm厚鋼坯以表2所列的條件進(jìn)行軋制和冷卻。表2エ藝
權(quán)利要求
1.ー種低合金低屈強(qiáng)比海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼，其特征在于該鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為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彡0. 005%，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。該鋼的性能為屈服強(qiáng)度彡460MPa，抗拉強(qiáng)度彡610MPa，屈強(qiáng)比彡0. 80，延伸率彡20%，心部-60°C的夏比沖擊功均值彡100J，Z向斷面收縮率超過35%。
2.—種權(quán)利要 求I所述的低合金低屈強(qiáng)比海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼的制備方法，包括鐵水脫硫扒渣一IOOt轉(zhuǎn)爐冶煉一鋼包脫氧合金化一LF爐精煉一RH真空處理一板坯鑄機(jī)澆注一板坯加熱一控制軋制一控制冷卻一鋼板下線堆冷；其特征還在于在エ藝中控制的技術(shù)參數(shù)為(1)冶煉按照C 0. 09-0. 13%, Si 0. 15-0. 40%, Mn 0. 80-1. 50%, Alt 0. 01-0. 04%, Nb0. 02-0. 04%, Ti 0. 008-0. 018%, P 彡 0. 010%, S 彡 0. 005%,的低合金成分冶煉； (2)轉(zhuǎn)爐冶煉后連鑄為250-400mm厚板坯，軋前進(jìn)行再加熱，加熱溫度為1180-1260°C; (3)控軋控冷；軋制分兩階段，即再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)開軋溫度1000 1100°C;奧氏體未再結(jié)晶區(qū)開軋溫度850 950°C，終軋溫度790 820°C，鋼板軋后迅速進(jìn)入快速冷卻區(qū)域，終冷冷卻溫度450 500°C，冷卻速度9 12°C /s。
(4)堆冷堆冷開始溫度350-450°C，堆冷時(shí)間不少于12小吋。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(3)在奧氏體再結(jié)晶單道次最小變形率彡8%，變形率> 20%道次不低于2道次，累計(jì)變形率> 60%。
全文摘要
一種低合金低屈強(qiáng)比海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼及其生產(chǎn)方法，該鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為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%，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。生產(chǎn)方法為250-400mm厚板坯軋前再加熱，加熱溫度為1180-1260℃；軋制分兩階段，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)開軋溫度1000～1100℃，奧氏體未再結(jié)晶區(qū)開軋溫度850-950℃，終軋溫度790～820℃，軋后進(jìn)入水冷區(qū)域，冷卻速度為9-12℃/s，終冷溫度為450-500℃，鋼板下線后堆冷12小時(shí)以上。優(yōu)點(diǎn)在于，具有良好的強(qiáng)度、低屈強(qiáng)比、韌性和抗層狀撕裂性能。可用于惡劣條件下海洋工程結(jié)構(gòu)建造。
文檔編號(hào)C22C38/14GK102644024SQ201210140818
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者劉金剛, 吳斌, 姜中行, 李戰(zhàn)軍, 李春智, 楊永達(dá), 柴玉國, 沈欽義, 狄國標(biāo), 王彥鋒, 王文軍, 麻慶申 申請人:首鋼總公司