专利名称：一种超高强度海洋工程结构用钢板及其生产方法
技术领域：
本发明属于超高强度钢技术领域，特别是提供了一种超高强度海洋工程结构用钢板及其生产方法，具有优良低温韧性、焊接性能及抗层状撕裂性能的超高强度海洋工程结构用钢。
背景技术：
海洋工程结构是人类开发海洋资源的重要的超大型焊接钢结构，应用在波浪、海潮、风暴及寒冷流冰等严峻的海洋工作环境中，支撑总重量超过数百吨的平台及钻井设备。 这些使用特征决定了海洋海洋工程结构用钢必须具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的可焊性、以及好的冷加工性等性能指标。这对于保证远离陆地的操作人员的生存条件和安全、提高海洋工程结构用钢的使用寿命及独立开发海洋资源具有重要意义。随着海洋油气勘探和开发技术的提高，海洋油气资源开采逐渐向深水域拓展，采油装备大型化、轻量化、长寿命、可移动是今后发展的必然趋势。因此，海洋工程结构用钢未来需求方向将向高强度、厚规格、良好的可焊性和低温韧性等方向发展。目标IOOmm以上的钢板已广泛用于自升式平台的桩腿齿条部位；而且，普通360MI^和400MI^级海洋工程结构用钢也已经不能满足需要，屈服强度420 700MI^钢板将成为未来发展的方向；海洋开发区域的日益扩大使海洋用钢的低温韧性更显重要，为保证平台人员安全，《海洋平台入级规范》对不同钢板厚板心部或1/3处低温冲击功提出明确要求，E级钢板需求量将显著增加， 但钢板强度及低温冲击功值的提高增加了研发难度。另外，海洋工程用钢不同于船板的一个重要的特点就是不仅要求沿宽度方向和长度方向有一定的力学性能，而且要求厚度方向有良好的抗层状撕裂性能，一般要求Z向断面收缩率达到35% ；由于海洋工程结构为大型焊接结构设备，焊接部位多，焊接性能优劣直接影响到焊接效率，良好的焊接性能对海洋工程结构用钢的应用至关重要。因此，开发出高强度、高韧性、良好的焊接性能和抗层状撕裂性能的厚规格海洋工程结构用钢对于缓解国内能源紧张的局面意义重大。虽然业界开发了大量超高强度船板钢，但是强度、韧性、焊接及抗层状撕裂等性能均满足超高强海工用钢要求的钢板较少公开号为CN101353759A发明专利提出一种屈服强度为550MPa的钢板，其低温韧性仅为_20°C的测量值。公开号为CN101984119A发明专利提出屈服强度高于690MPa，抗拉强度为 770-940MPa, _60°C的冲击不低于46J，其采用TMCP+T、TMCP+L+T、Q+T以及Q+L+T工艺生产超高强船板，但其规格较薄仅为20-50mm，未涉及抗层状撕裂性能和焊接性能，其Ni、Cu含量较高，成本偏高，主要为实验室研究结果。公开号为CN101418417A发明专利采用TMCP工艺生产高强度钢，屈服强度为 390MPa，抗拉为510MPa，其强度偏低。公开号为CN101705434A发明专利提出一种屈服强度不低于620MPa，抗拉强度 720-890MPa，基体和焊接热影响区-60°C夏比冲击大于41J的超高强度船板钢，但其Ni含量高达1. 6-1. 8%，Cu为1. 1-1. 3%，Mo为0. 4-0. 6%，其合金添加量较多，成本较高，对抗层状撕裂及厚板心部力学性能研究较少，厚度规格仅为32mm。公开号为CN101906591A发明专利采用控轧控冷+回火工艺生产了 550ΜΙ^级海洋工程结构用钢，但其厚度较薄，最大为60mm，其Ni和Cu含量均为0. 7 %，成本较高，对心部低温韧性和焊接性能阐述不多。公开号为CN101781742A发明专利提出了一种18_40mm厚E550的生产方法，其生产工艺为TMCP，而其厚度最大为40mm，厚度较薄，其终冷温度为380-500°C，不利于保证钢板板形，增加了制造难度，专利没有涉及焊接和抗层状撕裂性能。公开号为CN101812642A发明专利提出了一种采用TMCP工艺生产屈服强度 690MPa，抗拉强度为780MPa，-20°C夏比冲击功大于120J的钢板，其夏比冲击功仅为_20°C， 最大厚度为60mm。公开号为CN101538681A发明专利提出了生产屈服强度700MPa高强钢的方法，韧脆转变温度在-60°C以下，但其厚度为9mm。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高强度海洋工程结构用钢板及其生产方法，针对目前国内市场对高等级海洋工程结构用钢的需求，本发明在宽厚板生产线上采用调质工艺 (Q+T)技术生产高强度、高韧性、易焊接并具有良好抗层状撕裂性能的海洋工程结构用钢。本发明制备的超高强度海洋工程结构用钢，其化学成分按质量百分数为C: 0. 05-0. 13 %, Si :0. 1-0. 4 %, Mn :0. 7-1. 7 %, Alt :0. 01-0. 04 %, Nb :0. 02-0. 05 %, V 0-0. 05%, Ti :0. 008-0. 02%, Cr :0-0. 6%, Mo :0. 2-0. 4%, Ni :0. 15-0. 8%, Cu :0-0. 5%, B :0-0. 0011%, P < 0. 01%, S < 0. 005%, 0 < 0. 0010%, N < 0. 005%, H < 0. 00015%, Nb+V+Ti彡0. 12%，余量为!^e和不可避免杂质。转炉冶炼后连铸为250-350mm厚板坯，保证压缩比4 25，采用宽铸坯降低展宽比 (展宽比彡1.6)，控制铸坯低倍检验中心偏析低于C类1.0 ；彡50mm钢板不添加B ;> 50mm 钢板添加B元素；生产钢板厚度规格为10 80mm，钢板微观组织为回火索氏体组织。本发明采用上述化学成分钢坯，通过控轧控冷和热处理工艺生产了屈服强度彡550MPa，抗拉强度彡670MPa，延伸率彡18%, _60°C的夏比冲击功均值彡100J的钢板，Z 向断面收缩率超过35% ；当焊接线能量为50kJ/cm时，焊接接头焊缝、熔合线、以及熔合线 +2mm、熔合线+5mm以及熔合线+20mm位置低温韧性良好，其生产工艺具体如下1、加热制度将钢坯加热到1150 1200°C，加热时间250 400min ；2、轧制及冷却工艺对于< 19mm钢板，采用一般热轧和轧后空冷；对于> 19mm厚钢板，轧制分为两阶段，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制，再结晶区开轧温度为980 1050°C，轧制道次压下率保证至少两道次20 32%，控制未再结晶区开轧温度850 910°C，终轧温度为800 840°C，中间待温厚度控制在成品厚度的1. 0 4. 0倍，采用轧后水冷，终冷温度为510 680°C，冷却速度控制在6 10°C /s。3、热处理工艺采用调质处理工艺，淬火温度为900 940°C，保温时间为15 30min，淬火阶段辊速为2m/min，提高钢板淬透效果；回火处理时，针对不同厚度钢板采用不同回火温度和在炉时间，回火温度为500 660°C，在炉时间为35 MOmin，保证钢板具有高强度和良好的冲击韧性。本发明的优点在于，采用低碳(C 0. 05 0. 13% )及低的碳当量，改善钢板焊接性及低温韧性；针对不同厚度规格选用不同成分设计及控轧控冷工艺，提高生产效率，降低生产成本；为保证钢板板形，采用合理的控轧控冷工艺；严格控制坯料内部质量，降低S、P 含量，控制铸坯低倍检验中心偏析低于C类1. 0，保证钢板抗层状撕裂性能和低温韧性；采用宽铸坯提高纵向轧制阶段压缩比，至少保证两道次压下量大于20%，通过增加心部变形量提高低温韧性，不同厚度钢板合理添加M元素进一步改善钢板心部韧性；利用Nb、V、Ti 微合金元素细化钢板晶粒，厚规格钢板增加Mo含量并添加B元素提高钢板淬透性进而保证钢板强度。本发明生产的钢板成本较低，综合力学性能满足海洋工程用钢对各项力学性能的要求厚度范围10 80mm，屈服强度可稳定达到彡550MPa，抗拉强度彡670MPa，_60°C低温冲击功均值稳定达到> 100J, Z向断面收缩率大于35%，能够满足海洋工程结构用钢对强度、低温冲击、焊接性能以及抗层状撕裂性能要求。
图1为12mm钢板的压下规程图。
图2为12mm厚钢板横断面的表面显微组织图。
图3为12mm厚钢板横断面的心部显微组织图。
图4为50mm厚钢板的压下规程图。
图5为50mm厚钢板横断面的表面显微组织图。
图6为50mm厚钢板横断面的心部显微组织图。
图7为80mm钢板的压下规程图。
图8为80mm厚钢板横断面的表面显微组织图。
图9为80mm厚钢板横断面的心部显微组织图。
具体实施例方式实施例1本实施例涉及的超高强度海洋工程结构用钢厚度为12mm，其包含的组分及重量百分比为C 0. 054%, Si 0. 18%, Mn 1. 58%, P 0. 008%, SO. 0014%, Nb 0. 048%, Ti 0.014%, Ni 0. 19%, Mo 0. 14 %以及余量为！^及不可避免的杂质元素。根据本发明的化学成分范围，在宽厚板生产线上生产出了厚度为12mm的钢板，坯料尺寸为 250mm* 1700mm*2700mm，成品尺寸为12mmM600mm*;35000mm，采用一般热轧，轧后空冷。热处理工艺淬火温度为930°C，保温时间15min，回火温度为500°C，回火阶段在炉时间为 35min，钢板性能优异，附图1为钢板轧制过程中的压下规程，附图2和附图3为钢板的显微组织，钢板的力学性能如表3所示。表1实施例1产品力学性能
权利要求
1.一种超高强度海洋工程结构用钢板，其特征在于该钢板的化学成分质量百分比为:C :0. 05-0. 13%, Si :0. 1-0. 4%, Mn :0. 7-1. 7%, Alt :0. 01-0. 04%, Nb :0. 02-0. 05%, V :0-0. 05 %, Ti :0. 008-0. 02 %, Cr :0-0. 6 %, Mo 0. 2-0. 4 %, Ni 0. 15-0. 8 %, Cu 0-0. 5 %, B 0-0. 0011 %, P < 0. 01 %, S < 0. 005 %,0 < 0. 0010 %, N < 0. 005 %, H < 0. 00015%, Nb+V+Ti ^ 0. 12%，余量为!^e和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的超高强度海洋工程结构用钢板，其特征在于控制铸坯低倍检验中心偏析低于C类1. 0 ；彡50mm钢板不添加B ；> 50mm钢板添加B元素；生产钢板厚度规格为10 80mm，钢板微观组织为回火索氏体组织。
3.—种权利要求1所述的超高强度海洋工程结构用钢板生产方法，生产工艺包括铁水脱硫、转炉顶底复吹、真空处理、连铸、控轧控冷、淬火、回火，其特征在于，在工艺步骤中控制的技术参数为(1)转炉冶炼后连铸为250 350mm厚板坯，保证压缩比4 25，采用宽铸坯降低展宽比，使展宽比彡1.6，轧前钢坯进行加热，加热温度为1150-1200°C，加热时间250 400min ；(2)对于<19mm钢板，采用一般热轧和轧后空冷；对于> 19mm厚钢板，轧制分为两阶段，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制，再结晶区开轧温度为980 1050°C，轧制道次压下率保证至少两道次20 32%，控制未再结晶区开轧温度850 910°C，终轧温度为800 840°C，中间待温厚度控制在成品厚度的1. 0 4. 0 倍，采用轧后水冷，终冷温度为510-680°C，冷却速度控制在6 10°C /s ；(3)采用调质处理工艺，淬火温度为900 940°C，保温时间为15 30min，淬火阶段辊速为2m/min ；回火温度为500 660°C，在炉时间为35 MOmin ；其中保温时间为钢板中心温度达到目标温度时开始计时的保温时间；在炉时间为钢板进入加热炉即开始计时的时间。
全文摘要
一种超高强度海洋工程结构用钢板及其生产方法，属于超高强度钢技术领域。板坯成分为C 0.05-0.13％，Si0.1-0.4％，Mn0.7-1.7％，Alt0.01-0.04％，Nb0.02-0.05％，V0-0.05％，Ti0.008-0.02％，Cr0-0.6％，Mo0.2-0.4％，Ni0.15-0.8％，Cu0-0.5％，B0-0.0011％，P＜0.01％，S＜0.005％，O＜0.0010％，N＜0.005％，H＜0.00015％，Nb+V+Ti≤0.12％，其余为Fe和不可避免杂质。针对不同厚度规格采用不同的化学成分、轧制及热处理工艺参数。生产工艺包括铁水脱硫、转炉顶底复吹、真空处理、连铸、控轧控冷、淬火、回火。优点在于，生产成本较低，综合力学性能满足海洋工程用钢对各项力学性能的要求。
文档编号C22C33/04GK102337460SQ20111035947
公开日2012年2月1日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者何元春, 吴斌, 姜中行, 张苏渊, 杨春卫, 杨永达, 沈钦义, 狄国标, 王彦锋, 王文军, 王龙和, 白学军, 麻庆申 申请人:秦皇岛首秦金属材料有限公司, 首钢总公司