專利名稱：一種-80℃沖擊吸收功≥100j的海洋工程用鋼及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低碳低合金高強(qiáng)度工程用鋼及其生產(chǎn)方法，具體屬于ー種-80°c沖擊吸收功彡100J的海洋工程用鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
地球南極、北極及其附近海域，常年環(huán)境惡劣，氣溫在_30°C _60°C范圍，在該地區(qū)建造鋼結(jié)構(gòu)工程，難度較大，對鋼材性能要求較高，尤其要求鋼板具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性，冷脆轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)低于_60°C，才能保證鋼結(jié)構(gòu)工程安全。在實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計中，如果環(huán)境溫度為-60°C，則要求鋼板-80°C沖擊韌性應(yīng)達(dá)到一定水平，以提高鋼結(jié)構(gòu)安全系數(shù)。目前通用的海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼沖擊韌性質(zhì)量等級僅要求-60°C，還沒有-80°C溫度下沖擊韌性質(zhì)量要求。
在本申請以前，中國專利申請?zhí)枮?01110359475.6的專利文獻(xiàn)，公開了 “ー種超高強(qiáng)度海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板及其生產(chǎn)方法”，其化學(xué)元素組成包括CO. 05-0. 13%,SiO. 1-0. 4 %, MnO. 7-1. 7 %, AltO. 01-0. 04 %, NbO. 02-0. 05 %, V0-0. 05 %,TiO. 008-0. 02 %, CrO-O. 6 %, MoO. 2-0. 4%, NiO. 15-0. 8%, CuO-O. 5 %, B0-0. 0011%，P< O. 01%,S < O. 005%,O < O. 0010%,N < O. 005%,H < O. 00015%,Nb+V+Ti く O. 12%,其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。針對不同厚度規(guī)格采用不同的化學(xué)成分、軋制及熱處理工藝參數(shù)。生產(chǎn)エ藝包括鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹、真空處理、連鑄、控軋控冷、淬火、回火。其存在的不足，合金元素種類太多，使生產(chǎn)過程難于控制，且含昂貴合金元素Mo，鋼板需經(jīng)過淬火、回火熱處理，導(dǎo)致エ藝流程長，能耗較高。中國專利申請?zhí)枮?01110355557. 3的專利文獻(xiàn)，公開了 “ー種大厚度海洋工程用鋼板及其生產(chǎn)方法”，其化學(xué)成分及含量是c :0. 07% O. 09%，Si :0. 15% O. 40%，Mn :
I.40% I. 50%，P 彡 O. 012%，S 彡 O. 005%,Ni 0. 60% O. 70%，Nb 0. 030% O. 040%,Al :0. 020% O. 045%,Mo :0. 13% O. 17%，V :0. 04% O. 05%,Ti :0. 012% O. 020%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。不足之處在于鋼種合金元素種類復(fù)雜，増加生產(chǎn)難度。中國專利申請?zhí)枮?01110341100. 7的專利文獻(xiàn)，公開了 “ー種80mm厚低壓縮比海洋工程用鋼板及其制造方法”，其化學(xué)成分按重量百分比計為C0. 12 O. 16%，SiO. 20 O. 40%, Mnl. 20 I. 60%, P く O. 010%，S 彡 O. 003%, NbO. 025 O. 050%, V0. 030 O. 050%, TiO. 010 O. 020%, Cr く O. 20%, NiO. 10 O. 40%, Cu く O. 20%, Mo く O. 08%,A10. 0250 O. 050%, O彡20ppm, N彡40ppm, H彡3ppm,余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；采用控軋控冷エ藝，軋前加熱溫度1180°C 1250°C，粗軋溫度1000 1100°C，精軋開軋溫度850 880°C;軋后層流冷卻，終冷溫度640 680°C，冷卻速率5 15°C /s ;進(jìn)行正火處理，正火溫度為890 910°C，升溫速率為I. 4min/mm，保溫時間為50 90min。其不足在于鋼中元素多，加大了生產(chǎn)難度，且鋼板需正火熱處理，降低了生產(chǎn)效率。中國專利申請?zhí)枮?01110056854.8的專利文獻(xiàn)，公開了“屈服強(qiáng)度500MPa級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板及制造方法”，該鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為c 0. 05 O. 09%,Si 0. 25 O. 38%, Mn :1. 3 I. 8%, P ^ O. 006%, S ^ O. 002%, Al :0. 02 O. 04%, Cr O. 15 O. 25%, Ni 0. 2 I. 0%, Cu 0. 18 O. 25%, Mo 0. 15 O. 20%, V 0. 025 O. 040%,Ti :0. 01 O. 02%, Nb :0. 06 O. 08%，余量為Fe ;生產(chǎn)エ藝為原料經(jīng)過冶煉，連鑄成坯料，將坯料加熱，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行兩階段控制軋制；軋后進(jìn)行兩相區(qū)淬火和高溫回火熱處理。其不足之處在于鋼中元素同前述的ー樣較多，且生產(chǎn)過程要求在兩相區(qū)淬火和高溫回火熱處理，増加了生產(chǎn)難度。上述的現(xiàn)有專利文獻(xiàn)，其共同的不足在于鋼中元素較多，且Mn含量高于1.0%，因Mn在結(jié)構(gòu)鋼中易與S形成MnS夾雜，降低鋼的力學(xué)性能，尤其惡化鋼的低溫沖擊韌性，故對于要求_80°C低溫沖擊韌性的鋼來講，MnS的存在是很不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)對在-30 -60°C環(huán)境中的海洋工程用鋼，安全系數(shù)相對較低，對鋼板的使用及從鋼板服役年限的有影響的不足，提供ー種屈服強(qiáng)度不低于330MPa，80°C沖擊吸收功KV2彡100J，金相組織為貝氏體及鐵素體，其中貝氏體體積百分 比占有量不低于50%，其余體積百分比占有量為鐵素體、成分及エ藝簡單的海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼及其生產(chǎn)方法。實(shí)現(xiàn)上述目的的措施
ー種-80°C沖擊吸收功彡100J的海洋工程用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比含量為C O. 02 O. 06%, Si: O. 01 O. 15%, Ni: O. 10 2. 50%, P 彡 O. 005%, S 彡 O. 001%, Alsく O. 01%, Ce: O. 005 O. 080%, O 彡 O. 001%, N 彡 O. 0015%, H 彡 O. 00005%,余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)；屈服強(qiáng)度不低于330MPa，-80°C沖擊吸收功KV2彡100J，金相組織為貝氏體及鐵素體，其中貝氏體體積百分比占有量不低于50%，其余體積百分比占有量為鐵素體。生產(chǎn)ー種-80°c沖擊吸收功彡100J的海洋工程用鋼的方法，其步驟
1)對鐵水進(jìn)行深脫硫，控制鐵水中的S彡O.0008% ；
2)在LF爐中進(jìn)行精煉，并控制鐵水中的S彡O.0009% ；
3)在RH爐中進(jìn)行真空處理，并控制鐵水中的O彡O.001%, N彡O. 0015%,H 彡 O.00005% ；
4)連鑄并對鑄坯加熱，控制鑄坯加熱溫度在1220 1350°C；
5)分段進(jìn)行軋制，控制粗軋開軋溫度在1100 1200°C，精軋段終軋溫度在720 880 0C ；
6)冷卻首先進(jìn)行層流冷卻，在冷卻速度為5.O 25V /秒下，冷卻到200 600°C，然后自然冷卻至室溫；
7)進(jìn)行回火處理，控制回火溫度在200 660°C；
8)待用。本發(fā)明主要合金元素含量及エ藝參數(shù)設(shè)定的依據(jù)
極寒地區(qū)大型鋼結(jié)構(gòu)用鋼要求鋼質(zhì)較高，雜質(zhì)含量盡可能地控制在較低水平。普通鋼中添加了一定含量的Mn，與S形成的MnS夾雜，屬易變形夾雜物，在軋制過程中，沿軋制方向變形，且切割了鋼中Fe原子排列的連續(xù)性，在鋼內(nèi)部形成了固有裂紋缺陷，大幅度降低了鋼的力學(xué)性能，在低溫下，鋼的沖擊韌性對鋼中內(nèi)部缺陷特別敏感，微小的MnS夾雜即可顯著降低鋼的沖擊韌性。因此，本申請與現(xiàn)有專利技術(shù)和大眾生產(chǎn)エ藝突出不同在于本申請沒有添加Mn，且將鋼中S含量控制在S < O. 002%,目的在于減少鋼中形成MnS夾雜數(shù)量，提高鋼的純凈度，可提優(yōu)鋼的力學(xué)性能，尤其可大幅度提高鋼的低溫沖擊韌性。制造方法鐵水經(jīng)脫S處理，煉鋼過程精煉鋼水以減少鋼中夾雜及N、O氣體等有害成分，連續(xù)澆注成板坯，目的在于將鋼中雜質(zhì)含量及有害成分降低到較低水平，對鋼板的力學(xué)性能、エ藝性能均有利；鋼坯加熱、均熱溫度設(shè)定為1220 1350°C:目的在于在該溫度范圍可將鑄坯燒透，便于軋制；開軋溫度彡1100°C，目的在于采用高溫大壓下破碎粗大的鑄態(tài)組織，為鋼板具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性奠定基礎(chǔ)；終軋溫度720 880°C，該溫度范圍屬于非再結(jié)晶溫度，在該非再結(jié)晶溫度范圍軋制目的在于避免鋼中發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象，遏制形成粗大的晶粒，惡化鋼的沖擊韌性。在720 880°C溫度范圍軋制本申請鋼種，可獲得細(xì)小、均勻的晶粒和微觀組織，具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性。200 660°C回火處理的目的在于消除鋼板在制造過程中產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，使得鋼板具有良好的綜合力學(xué)性能。 以下簡述本發(fā)明鋼中選定各合金元素及成分范圍的理由。C是鋼中必不可少的合金元素，為保證鋼具有一定的強(qiáng)度，為使本發(fā)明申請鋼種的屈服強(qiáng)度不低于330MPa，鋼中需要一定的C含量，但是過高的C含量強(qiáng)烈降低鋼的沖擊韌性，綜合平衡鋼的強(qiáng)度和低溫沖擊韌性，將C含量的取值范圍確定為O. 02 O. 06%。Si結(jié)構(gòu)鋼中通常添加一定含量的Si，以置換固溶強(qiáng)化的方式提高鋼的強(qiáng)度，但不宜過多添加，否則將損害鋼的低溫沖擊韌性，故將Si的成分范圍設(shè)定為O. 01 O. 15%。Ni鋼中添加一定含量的合金元素Ni，可顯著改善鋼的低溫沖擊韌性。Ni在本發(fā)明申請中通過控軋控冷エ藝獲得相應(yīng)的貝氏體和鐵素體的含量。因Ni是昂貴合金元素，過量添加不僅造成浪費(fèi)，還增加成本，故將Ni含量的范圍設(shè)定為O. 10 2. 50%。Als :Als—般用于煉鋼過程脫氧，但易與鋼中的0、N反應(yīng)生成不規(guī)則形狀的A1203、AlN等，降低鋼的力學(xué)性能，尤其會大幅度降低鋼的低溫沖擊韌性，故將本發(fā)明申請的Al含量控制在Als く O. 01%。S是鋼中有害的雜質(zhì)元素，在鋼中易形成硫化物夾雜，強(qiáng)烈降低鋼的力學(xué)性能尤其是韌性，因此S含量越低越好，但若將其含量限定得過低，會増加生產(chǎn)難度，提高生產(chǎn)成本，故將鋼的S含量限定在S彡O. 002%。P是鋼中有害元素，顯著降低鋼的低溫沖擊韌性，煉鋼脫P(yáng)成本較高，在本申請中將P含量設(shè)定為P彡O. 005%。Ce在結(jié)構(gòu)鋼中屬微合金化元素，在本發(fā)明申請中添加O. 005 O. 080%的Ce，目的在于改善鋼中不能完全消除的夾雜物特性，使鋼中夾雜物呈細(xì)小、圓形、彌散分布，將夾雜物對鋼的低溫沖擊韌性的損害降致最低。另外Ce與鋼中殘余N、0等反應(yīng)生產(chǎn)的細(xì)小含Ce復(fù)合化合物顆粒在鋼板制造過程中可抑制晶界擴(kuò)展，對細(xì)化晶粒有利。N、O、H為有害元素，對低溫沖擊韌性不利，降低鋼的力學(xué)性能和加工性能，故將N、O、H 含量分別控制在:0 彡 O. 001%, N 彡 O. 0015%, H 彡 O. 00005%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在-30 _60°C環(huán)境中，由于其鋼中的金相組織為貝氏體及鐵素體，且貝氏體體積百分比占有量不低于50%，所以能使_80°C沖擊吸收功KV2彡100J,從而使鋼板的使用安全系數(shù)得到提高，并且成分及エ藝簡單，相對制造成本較低。


附圖為本發(fā)明的金相組織圖。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明予以詳細(xì)描述
表I為本發(fā)明各實(shí)施例及對比例的組分取值列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對比例的主要エ藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對比例性能監(jiān)測情況列表；
表4為本發(fā)明各實(shí)施例及對比例力學(xué)性能檢驗結(jié)果列表。
本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(chǎn)
其步驟
1)對鐵水進(jìn)行深脫硫，控制鐵水中的S彡O.0008% ；
2)在LF爐中進(jìn)行精煉，并控制鐵水中的S彡O.0009% ；
3)在RH爐中進(jìn)行真空處理，并控制鐵水中的O彡O.001%, N彡O. 0015%,H 彡 O.00005% ；
4)連鑄并對鑄坯加熱，控制鑄坯加熱溫度在1220 1350°C；
5)分段進(jìn)行軋制，控制粗軋開軋溫度在1100 1200°C，精軋段終軋溫度在720 880 0C ；6)冷卻首先進(jìn)行層流冷卻，在冷卻速度為5.O 25V /秒下，冷卻到200 600°C，然后自然冷卻至室溫；
7)進(jìn)行回火處理，控制回火溫度在200 660°C；
8)待用。表I本發(fā)明各實(shí)施例及對比例的取值列表
實(shí) I I I Γ I I Γ Γ [ I— I
施 C Si P S Als Ni Ce N OH Mn
W%%1 %11Ι I I %
I0.06 0.05 0.005 0.001 0.007 0.10 0.0800.0010 0.0008 0.00001 _
—2__0.02 _0.15 0.002 _0.0008 _0.011.91 0.0610.0012 0.0010 __0.00004 _
—3 — 0,035 —0.035 0.004 _0.0004 _0.009 O. 77 _ 0.0050.0009 0.0003 _0.00005 一
—4 — 0.042 0.064 _0.001 —0.0006 _0.002 1.15 _0.0450.0015 _ 0.0006 —0.00002 __~
50.054 ._0.01 —0.003 _0.0009 _0.004 2.49 _0,0240.0004 _ 0.0007 0.000015 _
60.028 0.022 0.0006 0.0005 0.006 0.23 0.0330.0006 0.0004 0.00003
70,049 _0.11 0.0008 _0.0007 _0.008 0. 38 _ 0.0540.0008 0,0009 0.000023 一
80.039 0.07 0.0002 0.0002 0.003 0.55 0.01 0.0002 0.0005 0.000019 _
" "5~Fpp — ~~~~~~~ — ~~~ · —— ~~~~ ~~~~~~~~~~ · ~—— ~~~~~* ~~~~~~~
し 0.14 0-07 0.01 0.013 0.016 0.02 - 0.0020 0.0048 0.0002 1.39
0.21 0.20 0.012 0.022 0.035 0.00 - 0.0036 0.0051 0.00045 1.48
表2本發(fā)明各實(shí)施例及對比例的主要エ藝參數(shù)列表
權(quán)利要求
1.一種-80°C沖擊吸收功彡IOOJ的海洋工程用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比含量為C :0. 02 0. 06%, Si: 0.01 0.15%, Ni: 0. 10 2. 50%, P^O. 005%, S 彡 0.001%, Als(0. 01%, Ce: 0. 005 0. 080%, O 彡 0. 001%, N 彡 0. 0015%, H 彡 0. 00005%,余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)；屈服強(qiáng)度不低于330MPa，80°C沖擊吸收功KV2彡100J，金相組織為貝氏體及鐵素體，其中貝氏體體積百分比占有量不低于50%，其余體積百分比占有量為鐵素體。
2.生產(chǎn)權(quán)利要求I所述的一種_80°C沖擊吸收功>100J的海洋工程用鋼的方法，其步驟 .1)對鐵水進(jìn)行深脫硫，控制鐵水中的S彡0.0008% ； .2)在LF爐中進(jìn)行精煉，并控制鐵水中的S彡0.0009% ； .3)在RH爐中進(jìn)行真空處理，并控制鐵水中的O彡0.001%, N彡0. 0015%,H ≤ 0.00005% ； .4)連鑄并對鑄坯加熱，控制鑄坯加熱溫度在1220 1350°C； .5)分段進(jìn)行軋制，控制粗軋開軋溫度在1100 1200°C，精軋段終軋溫度在720 .880 0C ； .6)冷卻首先進(jìn)行層流冷卻，在冷卻速度為5.0 25V /秒下，冷卻到200 600°C，然后自然冷卻至室溫； .7)進(jìn)行回火處理，控制回火溫度在200 660°C； .8)待用。
全文摘要
一種-80℃沖擊吸收功≥100J的海洋工程用鋼及生產(chǎn)方法，其化學(xué)成分及重量百分比含量為C0.02～0.06%,Si:0.01～0.15%,Ni:0.10～2.50%,P≤0.005%,S≤0.001%,Als≤0.01%，Ce:0.005～0.080%，O≤0.001%,N≤0.0015%,H≤0.00005%,余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；工藝對鐵水深脫硫；LF爐中精煉；RH爐中真空處理；連鑄并加熱；分段軋制；冷卻；回火處理；待用。本發(fā)明鋼在-30～-60℃環(huán)境中，由于其鋼中的金相組織為貝氏體及鐵素體，且貝氏體體積百分比占有量不低于50%，所以能使-80℃沖擊吸收功KV2≥100J，從而使鋼板的使用安全系數(shù)得到提高，并且成分及工藝簡單，相對制造成本較低。
文檔編號C22C38/08GK102703807SQ20121020943
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者張開廣, 鄒德輝, 郭斌, 陳顏堂 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司