海洋工程用高强钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强钢板及其生产方法，尤其是一种海洋工程用高强钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002]随着我国海洋开发的不断发展，近海石油的开采逐步向深海区域发展，尤其是在国家发展海洋战略的背景下，海洋平台的建造迎来了一个新的高速发展时期。海洋平台用高强钢板广泛应用于钻台、粧靴、悬臂梁、支撑轨道、等结构的制造，其特点是高强度、高韧性、大厚度、良好的焊接性，技术含量高，生产难度大。
[0003]传统的海洋工程用高强调质钢板是采用较高的碳含量、碳当量的化学成分设计，以得到淬火组织为马氏体，回火得到回火索氏体为主的工艺路线。由于碳等合金元素偏高，具有较高的焊接裂纹敏感系数，给焊接带来较大的困难。另外较高的碳含量及碳当量，为满足一定的强韧性匹配，需要高的回火温度和较长时间的保温，回火温度一般高于650°C、时间不少于4.5min/mm，以使基体得到充分软化，因此浪费大量的热处理燃料能源。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种低碳、低焊接裂纹敏感系数的海洋工程用高强钢板;本发明还提供了一种低焊接裂纹敏感系数的海洋工程用高强钢板的生产方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明化学成分的质量百分含量为:C0.05%?0.09%、Si0.10%?0.30%、Mn 1.1%?1.35%、P<0.010%、S<0.003%、Ni 0.15%?0.4%、Cr 0.15%?0.35%、Μο 0.10%?0.30%、Nb 0.020%?0.050%、V 0.03%?0.05%、TA1 (全铝)0.020% ?0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0006]本发明所述钢板的最大厚度为100mm。
[0007]本发明钢板采用的化学成分设计原理为:以适量的碳、锰固溶强化；加入少量的Nb、V细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用;加入少量的Mo、Ni与Cr提高钢板低温韧性与一定的淬透性，并通过后续合理的淬火+回火工艺，使钢板获得高密度位错，进行位错强化，钢板具有良好的力学性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是:
C对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响，碳通过间隙固溶可显著提高钢板强度;但碳含量过高时会影响钢的焊接性能及韧性。
[0008]Si在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si能起到固溶强化作用；但含量超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。
[0009]Mn能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能，且价格低廉，可降低钢板的生产成本;但锰含量过高时加热存在晶粒粗大的风险，降低焊接性能。
[0010]P和S在一般情况下都是钢中的有害元素，会增加钢的脆性，P使钢的焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏;S降低钢的延展性和韧性，在乳制时会造成裂纹；因此应尽量减少P和S在钢中的含量。
[0011]Cr含量对钢板的强度、塑性和低温冲击韧性均有较大影响；这是由于Cr既能固溶于铁素体和奥氏体中，又能与钢中的C形成多种碳化物。Cr固溶于奥氏体时，可提高钢的淬透性，当Cr与C形成复杂碳化物，并在钢中弥散析出时，可起到弥散强化作用；由于Cr提高淬透性和固溶强化的作用，能提高钢在热处理状态下的强度和硬度，因而广泛应用于低合金结构钢中；但是Cr在钢中起到强化作用的同时亦使塑性有所降低，并增加回火脆性;因此可根据对强塑性的要求，确定合适的Cr含量。
[0012]Ni对钢板的强度和塑性均略有提高，但低温冲击韧性提高幅度较大;这是由于Ni在钢中只形成固溶体，而且固溶强化作用不明显，而主要是通过在塑性变形时增加晶格滑移面来提高材料塑性;Ni还可提高合金钢的淬透性，并能改善钢在低温下的韧性，使韧脆转变温度下降；由于Ni的价格较高，故其含量不宜过高，以0.5%以下为宜。
[0013]Mo对钢板强度、塑性和低温冲击韧性均有较大提高；这是由于Mo固溶于铁素体和奥氏体时，可使钢的C曲线右移，从而显著提高钢的淬透性;而且Mo能显著提高钢的再结晶温度，提高回火稳定性，调质后可获得细晶粒的索氏体，使强韧性得到改善，当形成Mo的碳化物时，可起到弥散强化作用；因此随Mo含量增加，强韧性得到提高;但Mo元素属贵重合金元素，一般加入量不宜过高；以0.3%以下为宜。
[0014]Nb的加入是为了促进钢乳制态显微组织的晶粒细化，同时可提高强度和韧性;铌可在控乳过程中通过抑制奥氏体再结晶有效地细化显微组织，并析出强化基体;Nb可降低钢的过热敏感性及回火脆性，焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。
[0015]V是钢的优良脱氧剂;钢中加钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性;钒与碳形成的碳化物，起到析出强化作用。
[0016]Al是钢中常用的脱氧剂;钢中加入少量的Al，可细化晶粒，提高冲击韧性;Al还具有抗氧化性和抗腐蚀性能;招含量过尚则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
[0017]本发明方法包括冶炼、连铸、加热、乳制、热堆垛和热处理工序，所述冶炼工序所得钢水化学成分的质量百分含量如上所述；
所述热处理工序采用淬火+回火工艺:淬火过程中，加热温度为880?910°C，总加热时间PLC+(20?40)min;回火过程中，加热温度580?620°C，总加热时间1.5?2min/mm，出炉后空冷。
[0018]本发明方法所述连铸工序:浇注温度为1535?1545°C，下线后钢坯堆垛缓冷时间> 24小时。
[0019]本发明方法所述加热工序:钢坯加热温度最高12600C，均热温度1240?1260°C ；总加热时间2 10min/cm，其中均热时间不低于40min。优选的加热工序中，1000°C以下时升温速度为100?120°C/h，且700°C保温2小时；加热至1240?1260°C时保温，保温40?60min。
[0020]本发明方法所述乳制工序:采用两阶段乳制工艺；I阶段乳制温度为930?1150°C，此阶段单道次压下量为10%?25%，累计压下率为30%?87%; Π阶段开乳温度为860?910°C，累计压下率为30%?50%ο优选的乳制工序中，I阶段乳制的开乳温度为11OO?1150 °C，终乳温度为930?960°C;n阶段乳制的开乳温度为890?910°C，终乳温度不大于860°C，乳后水冷至650?680 °C。
[0021 ] 本发明方法所述热堆垛工序:堆垛温度2 5500C，堆垛时间2 24小时。
[0022]本发明方法所述热处理工序的淬火过程中，采用辊底式淬火炉，高压段采用最大水量，速2m?10m/min，出炉返红温度小于40°C。
[0023]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明通过合理的成分设计，以适量的碳、锰固溶强化;加入少量的Nb、V细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；加入少量的Mo、Ni与Cr提高钢板低温韧性与一定的淬透性;使本发明在低碳的同时，具有低焊接裂纹敏感系数和优良的力学性能。
[0024]本发明方法通过调整优化钢板中合金元素的配比，并通过淬火+低温短时回火，能在低碳当量条件下确保钢板力学性能良好，使钢板具有良好的组织、综合性能和焊接性能；本发明方法采用II型控制乳制工艺，细化初始组织为后续热处理做好组织准备，热处理后钢板有优良的综合性能;低温韧性有相当大的富裕量，可广泛用于海洋钻井平台工程钻台、粧靴、悬臂梁、支撑轨道、等结构的制造，应用前景广阔；本发明方法采用淬火+低温短时回火的热处理工艺，得到钢板以回火贝氏体为主，并含有少量马氏体及铁素体的复合组织，钢板组织均匀、细小。
[0025]本发明方法具有以下优点:(I)所得钢板强度高，屈服强度550MPa以上，抗拉强度670MPa以上；(2)所得钢板低温冲击功高，板厚1/4处-40°C横向冲击功150J以上，板厚1/2处-40°C冲击功10J以上；(3)所得钢板塑性指标较高，延伸率达18%以上；(4)钢板回火采用短时回火工艺，节约大量燃气能源；(5)所得钢板的碳含量、碳当量及裂纹敏感系数较低，焊接性能优良；钢板焊接评定实验及现场使焊表明焊接性能良好，实现不预热或较低的预热温度。综上所述，本发明方法所得海洋工程用高强度钢板具有低的碳含量、碳当量及冷裂纹敏感系数，强韧性匹配良好、具有较高的-40°C冲击功及延伸率，塑性指标优良，焊接性良好。力学性能优良等特点。
【具体实施方式】
[0026]本海洋工程用高强钢板采用下述工艺方法生产而成:(I)冶炼工序:钢水先经电炉冶炼;送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线，钢水温度达到或超过1570 土 10°C转入VD炉真空脱气处理，真空脱气处理前加入CaSi块2 10kg或Fe-Ca线400?450m改变夹杂物形态，排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；所述真空脱气处理的真空度不大于66.6Pa，真空保持时间不低于20分钟；出钢钢水中化学成分的质量百分含量为:C 0.05%?0.09%、Si 0.10%?0.30%、Μη I.1%?I.35%、Ρ < 0.010%、S < 0.003%、Ni 0.15%?0.4%、Cr0.15% ?0.35%、Μο 0.10% ?0.30%、Nb 0.020%?0.050%、V 0.03%?0.05%、TAl (全铝)0.020%?0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0027](2)连铸工序:采用连铸方式生产，连铸过程采用电磁搅拌及轻压下技术，改善铸还偏析;饶注温度为1535?1540°C，饶注成厚度截面300mm厚的连铸还(钢还)；下线后铸还堆垛缓冷时间之24小时。
[0028](3)加热工序:将钢锭进行加热处理，1000°C以下时升温速度为100?120°C/h，1000C以上升温速度不限，在70