专利名称：耐腐蚀高强度超厚钢板的生产方法
技术领域：
本发明属于炼钢方法，特别是涉及一种耐腐蚀高强度海洋石油钻井平台用超厚钢 板的生产方法。
背景技术：
海上石油开发技术日趋成熟，对钢材的要求也越来越高。海上石油平台结构庞大、 复杂，结构刚性大，在海洋中除了受到海水、海洋气候的侵蚀外，还要受到风、浪及潮涌等复 杂的交变外力作用和海底地震的影响，它的环境条件既是千差万别，极其恶劣的。因此，海 洋平台用钢要求具有足够的强度、断裂韧性、可焊性、耐腐蚀疲劳性，尤其是厚板要具有抗 层状撕裂性和力学性能的板厚均勻性。中国专利申请CN101709425A公开了“一种特厚8万吨大型模锻压机支架用高强度 钢板及其生产方法”，其特厚板厚度达到390mm，生产工艺采用电炉冶炼、LF炉精炼、VD炉精 炼、模铸制成钢锭然后经轧制、热处理获得成品。这种工艺方法能满足压缩比5. 0以上的要 求，但是流程长、能耗高，生产成本也高，而性能达不到理想要求。因此，关于海洋石油钻井 平台用钢，符合理想要求的耐腐蚀高强度超厚钢板生产技术仍在摸索中。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种耐腐蚀高强度超厚钢板的生产方法，使生产的钢板具 有高强度和耐海水腐蚀性能。本发明通过以下技术方案来实现
耐腐蚀高强度超厚钢板的生产方法，工艺流程为(1)原料准备、(2)转炉冶炼、(3) LF 精炼、(4) VD炉真空脱气、(5)连铸、(6)板坯加热、(7)粗轧、(8)精轧、(9) ACC控轧冷却、 (10)在线正火、(11)精整、(12)成品入库。钢的组成重量百分比为C 0.059Γ0. 13%， Si 0. 109Γ0. 50%, Mn 0. 6% 1. 60%, P ≤ 0. 015%, S ≤ 0. 005%, Nb≤ 0. 05%, Ti≤ 0. 02%, Al 0. 02% 0. 06%, Ni ≤ 0. 60%, Cu ≤ 0. 70%, V≤O. 1%，N^O. 008%,余量为 Fe 和不可避免的杂 质。所述(3) LF炉精炼工艺为精炼温度150(T165(TC，成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35min，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度(Ca0/Si02) ≤ 5. 0 ；
所述(4) VD炉真空脱气工艺为在0. 5tor的真空下，保持真空时间15min以上，使出站 钢水氢含量≤1. 5PPm，氮含量≤40ppm，氧含量≤20ppm ；
所述(5)连铸工艺为连铸温度152(T155(TC，采用直弧型多点弯曲多点矫直、动态轻压 下连铸技术，在钢包和中间包之间采用氩气密封，中间包加入保温、融化性能良好的中间包 覆盖剂，使铸坯中心疏松≤1. 0，C类中心偏析≤1. 5，电解夹杂物含量≤ 0. 5mg/10kg ； 所述(6)板坯加热工艺为加热温度在117(T125(TC ；
所述(7)粗轧工艺为开轧温度≥1000 °C，采用再结晶阶段大压下控轧，粗轧单道次压 下量要求≥11%；所述(8)精轧工艺为开轧温度< 840°C，最后三道次的累计压下量> 40%，精轧终轧温 度 790^840 0C ；
所述(9) ACC控轧冷却工艺为冷却速度5 15°C /S，终冷温度550 600°C ； 所述(10)在线正火工艺为采用辊底式正火炉正火，在线正火温度(890士 10) °C，在炉 时间为板厚=(mm+50)min。发明原理
C是决定钢板强度的主要元素，也是决定焊接热影响区韧性的主要元素，而海洋钻井 平台皆为焊接而成。本发明将C控制在0. 059Γ0. 13%，使钢板既具有较高的强度和良好的 焊接性能。Si作为脱氧元素添加，同时也具有影响钢板强度和焊接性能，因此将Si控制在 0. 109Π). 50%。Mn在钢中起固溶强化作用，但Mn含量过高会影响焊接性能，因此将Mn含量控 制在0. 6% 1. 60%。P、S均增加钢板的脆性，降低韧性。因此要求P彡0. 015%，S彡0. 005%, 可保证钢板性能。Nb可提高奥氏体再结晶温度，促进晶粒细化。但是Nb含量过高，在焊接 过程中容易形成侧板条铁素体，对韧性不利，本发明将Nb控制在< 0. 05%。Ti可与C、N结合形成碳氮化物，有阻止奥氏体晶粒长大和促进铁素体形核的作 用，且有效改善焊接热影响区韧性。本发明将Ti控制在<0.02%。Al是主要脱氧元素，当 Al含量低时，Ti被氧化而不能形成有益的TiN粒子；Al含量过高则容易形成大颗粒夹杂。 本发明将Al控制在0. 029Γ0. 06%。V的添加可细化晶粒，提高强度，由于Nb、Ti、V的混合添 加，原控制V < 0. 1%。Ni是本发明着力研究的元素。M能够起固溶强化作用，大大提高钢板强度，而且 Ni可提高钢板的塑性和韧性，尤其是低温韧性。含镍3. 5%的模具钢可在一 100°C时使用，含 镍9%的钢则可在一 196°C时工作。本发明将Ni含量控制在Ni ^ 0. 60%。Cu是本发明着力 研究的另一个元素。Cu可在钢中起固溶强化作用，也可通过时效析出强化提高强度，且对韧 塑性无明显损害。另外Cu的添加可有效提高抗腐蚀性能，且Cu与Ni共存，会产生Ni3Cu, 对高温蠕变性能有利。但是Cu在热变形加工过程中在1080°C容易出现热脆现象。本发明 将Cu控制在< 0. 70%,且在连铸矫直段和粗轧阶段避免1080°C。本发明的实质性特征和显著进步在于采用LF+VD炉复合炉外精炼模式，降低P、 S及气体含量，提高钢水纯净度，促进化学成分均勻；采用直弧型多点弯曲多点矫直、动态 轻压下的先进的连铸技术成功解决300mm大断面连铸坯中心偏析、疏松以及裂纹缺陷，大 幅度提高了连铸坯的表面和内部质量；采用在再结晶阶段轧制进行大压下，细化晶粒，提高 力学性能。本发明采用连铸生产工艺可生产成品最大厚度为100mm，屈服强度彡355MPa， 抗拉强度彡490MPa，低温冲击韧性一 40°C，Akv彡120J，钢板厚度处的一 40°C冲击 彡100J，抗层状撕裂性能彡35%，在80X 12h周期干湿交替腐蚀试验中HY E36的增重量 (70X10_3Kg/m2，具有良好的耐腐蚀性。本发明采用转炉——连铸短流程生产特厚钢板取 代以往的模铸生产方式，具有流程短、节能、生产成本低、效率高等优点，实现了高强度耐腐 蚀海洋石油钻井平台用超厚钢板的批量化生产。
具体实施例方式实施例一转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为(859Γ9590 / (5% 15%)；铜板，Cu95% 100%，杂质余量；然后加入铁合金硅铁，Si彡72. 0%，Mn ( 0. 5%，
4S 彡 0. 02%, P 彡 0. 04%, C 彡 0. 2%, Cr 彡 0. 5%, Fe 余量；锰铁，Si 彡 1. 5%, Mn 彡 78. 0%, S 彡 0. 03%, P 彡 0. 20%, C 彡 1. 5%, Fe 余量；钛铁，25. 0% ^ Ti ^ 35. 0%, Al 彡 8. 0%, Si 彡 4. 50%, Mn 彡 2. 50%, P 彡 0. 05%, S 彡 0. 03%, C 彡 0. 10%, Cu 彡 0. 40%, Fe 余量；铌 铁，C 彡 0. 05%, Nb60 70%，Si ( 2%, Al ( 2. 5%, Fe 余量;镍板，Ν 99. 9% 100%，杂质余 量；最后加入比例为 Si ( 2. 0%, 30. 0% ^ Mn ^ 35. 0%, S 彡 0. 05%, P 彡 0. 20%, C 彡 2. 0%, 20. 0% ^ Al ^ 26. 0%，Cu彡0. 5%, Fe余量的复合脱氧合金铝锰铁进行冶炼。经过LF炉精 炼，精炼温度，1500^1650°C ；成分微调，造渣脱氧，精炼时间> 35min，全程吹氩搅拌，精炼渣 碱度(Ca0/Si02) =3. 0 ；对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求；VD炉真空脱气处理， 在0. 5tor的真空下保持真空时间15min以上，使出站钢水氢含量1. 2ppm,氮含量36ppm，氧 含量 15ppm;在 152(Tl550°C进行连铸，铸成 300mmX 1880mm 和 300mmX 2080mm 板坯。铸坯 中心疏松1. 0，C类中心偏析1. 0，电解夹杂物含量为0. 28mg/10kg。加热炉加热温度在120(Γ1230 之间；粗轧开轧温度彡1000°C，单道次压下 量要求彡11%;精轧开轧温度彡840°C，最后三道次的累计压下量彡40%，精轧终轧温度 79(T840°C，ACC冷却速度为5 15°C /S，终冷温度55(T600°C。正火温度为890°C，在炉时间 为板厚mm+50min。采用上述工艺生产的厚度为IOOmm高强度耐腐蚀海洋石油钻井平台用超厚钢板， 力学性能均勻，力学性能达到如表1。且在80 X 12h周期干湿交替腐蚀试验中HYE36的增重 量为62X 10_3Kg/m2，明显小于Q345E的增重量145 X 10_3Kg/m2，具有良好的耐腐蚀性。表1实施例一产品力学性能检测数据
屈服强度 ReH (MPa)抗拉强度、 Rm (MPa)-40 Αtv (J)Z向性能(％)1/4厚度处1/2厚度处4 π560■->0020555%
实施例二转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为(859Γ9590/ (5% 15%)；铜板，Cu 95% 100%，杂质余量；然后加入铁合金硅铁，Si彡72. 0%，Mn ( 0. 5%， S 彡 0. 02%, P 彡 0. 04%, C 彡 0. 2%, Cr 彡 0. 5%, Fe 余量；锰铁，Si 彡 1. 5%, Mn 彡 78. 0%, S 彡 0. 03%, P 彡 0. 20%, C 彡 1. 5%, Fe 余量；钛铁，25. 0% ^ Ti ^ 35. 0%, Al 彡 8. 0%, Si 彡 4. 50%, Mn 彡 2. 50%, P 彡 0. 05%, S 彡 0. 03%, C 彡 0. 10%, Cu 彡 0. 40%, Fe 余量；铌 铁，C 彡 0. 05%, Nb60 70%，SI ( 2%, Al ( 2. 5%, Fe 余量；镍板，Ni 99. 9% 100%，杂质余 量；最后加入比例为 Si ( 2. 0%, 30. 0% ^ Mn ^ 35. 0%, S 彡 0. 05%, P 彡 0. 20%, C 彡 2. 0%, 20. 0% ^ Al ^ 26. 0%，Cu ^ 0. 5%，Fe余量的复合脱氧合金铝锰铁进行冶炼。经过LF炉精 炼，精炼温度150(Tl65(rC ；成分微调，造渣脱氧，精炼时间> 35min，全程吹氩搅拌，精炼渣 碱度(Ca0/Si02)= 4. 0 ；对化学成分进行微调使其达到钢的内控要求；VD炉真空脱气处理， 在0. 5tor的真空下保持真空时间15min以上，使出站钢水氢含量1. Oppm,氮含量30ppm，氧 含量 18ppm;在 152(Tl550°C进行连铸，铸成 300mmX2280mm 和 300mmX 2080mm 板坯。铸坯 中心疏松1. 0，C类中心偏析0. 5，电解夹杂物含量为0. 45mg/10kg。
加热炉加热温度在1170°C 1200°C ；粗轧开轧温度彡1000°C，单道次压下量要求 彡10% ；精轧开轧温度彡860°C，最后三道次的累计压下量彡35%，精轧终轧温度82(T840°C， ACC冷却速度8 10°C /S，终冷温度67(T720 °C。正火温度为890°C，在炉时间为板厚
5mm+50mino采用上述工艺生产的厚度为80mm耐腐蚀高强度海洋石油钻井平台用超厚钢板， 力学性能均勻，力学性能达到如表2。且在80X 12h周期干湿交替腐蚀试验中HY E36的增 重量为58X 10_3Kg/m2，明显小于Q345E的增重量145 X 10_3Kg/m2，具有良好的耐腐蚀性。表2实施例二产品力学性能检测数据
实施例三转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为(859Γ95%)/ (59Tl5%); 铜板，Cu 95% 100%，杂质余量；然后加入铁合金硅铁Si彡72. 0%，Μη ( 0. 5%，S彡0. 02%, P 彡 0. 04%, C 彡 0. 2%, Cr 彡 0. 5%, Fe 余量；锰铁，Si 彡 1. 5%, Mn 彡 78. 0%, S 彡 0. 03%, P 彡 0. 20%, C 彡 1. 5%, Fe 余量；钛铁，25. 0% ^ Ti ^ 35. 0%, Al 彡 8. 0%, Si 彡 4. 50%, Mn 彡 2. 50%, P 彡 0. 05%, S 彡 0. 03%, C 彡 0. 10%, Cu 彡 0. 40%, Fe 余量；铌铁，C 彡 0. 05%, Nb 60 70%，Si ( 2%，Al ( 2. 5%，Fe余量；镍板，Ni 99. 9% 100%，杂质余量；最后加入比例为 Si 彡 2. 0%, 30. 0% ^ Mn ^ 35. 0%, S 彡 0. 05%, P 彡 0. 20%, C 彡 2. 0%, 20. 0% ^ Al ^ 26. 0%， Cu ^ 0. 5%，Fe余量的复合脱氧合金铝锰铁进行冶炼。LF炉精炼，精炼温度，150(Tl650°C ；成 分微调，造渣脱氧，精炼时间> 35min，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度(Ca0/Si02) =5. 0 ；对化学 成分进行微调，使其达到钢的内控要求；VD炉真空脱气处理，在0. 5tor的真空下保持真空 时间15min以上，使出站钢水氢含量1. lppm，氮含量28ppm，氧含量19ppm ；在152(Tl550°C 进行连铸，铸成300mmX 1880mm和300mmX 2280mm板坯。铸坯中心疏松0.5，C类中心偏析 1. 0，电解夹杂物含量为0. 39mg/10kg。加热炉加热温度在1220°C 1250°C之间；粗轧开轧温度彡1000°C，单道次压下 量要求彡8%;精轧开轧温度彡860°C，最后三道次的累计压下量彡25%，精轧终轧温度 79(T820°C，冷却速度1(T15°C /S，终冷温度65(T670°C。正火温度为900°C，在炉时间为板 厚 mm + 50min。采用上述工艺生产的厚度为70mm耐腐蚀高强度海洋石油钻井平台用超厚钢板， 力学性能均勻，力学性能数据如表3。且在80X 12h周期干湿交替腐蚀试验中HY E36的增 重量为52X 10_3Kg/m2，明显小于Q345E的增重量145 X 10_3Kg/m2，具有良好的耐腐蚀性。表3实施例三产品力学性能检测数据
权利要求
耐腐蚀高强度超厚钢板的生产方法，工艺流程为(1)原料准备、(2)转炉冶炼、(3)LF精炼、(4)VD炉真空脱气、(5)连铸、(6)板坯加热、(7)粗轧、(8)精轧、(9)ACC控轧冷却、(10)在线正火、(11)精整、(12)成品入库，其特征在于钢的组成重量百分比为C 0.05%~0.13%，Si 0.10%~0.50%，Mn 0.6%~1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb≤0.05%，Ti≤0.02%，Al 0.02%~0.06%，Ni≤0.60%，Cu≤0.70%，V≤0.1%，N≤0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述(3)LF炉精炼工艺为精炼温度1500~1650℃，成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35min，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度(CaO/SiO2)≤5.0；所述(4)VD炉真空脱气工艺为在0.5tor的真空下，保持真空时间15min以上，使出站钢水氢含量≤1.5PPm，氮含量≤40ppm，氧含量≤20ppm；所述(5)连铸工艺为连铸温度1520~1550℃，采用直弧型多点弯曲多点矫直、动态轻压下连铸技术，在钢包和中间包之间采用氩气密封，中间包加入保温、融化性能良好的中间包覆盖剂，使铸坯中心疏松≤1.0，C类中心偏析≤1.5，电解夹杂物含量≤0.5mg/10kg；所述(6)板坯加热工艺为加热温度在1170~1250℃；所述(7)粗轧工艺为开轧温度≥1000℃，采用再结晶阶段大压下控轧，粗轧单道次压下量要求≥11%；所述(8)精轧工艺为开轧温度≤840℃，最后三道次的累计压下量≥40%，精轧终轧温度790~840℃；所述(9)ACC控轧冷却工艺为冷却速度5~15℃/S，终冷温度550 600℃；所述(10)在线正火工艺为采用辊底式正火炉正火，在线正火温度(890±10)℃，在炉时间为板厚=(mm+50)min。
全文摘要
耐腐蚀高强度超厚钢板的生产方法，工艺流程为(1)原料准备、(2)转炉冶炼、(3)LF精炼、(4)VD炉真空脱气、(5)连铸、(6)板坯加热、(7)粗轧、(8)精轧、(9)ACC控轧冷却、(10)在线正火、(11)精整、(12)成品入库，钢的组成重量百分比为C0.05%~0.13%，Si0.10%~0.50%，Mn0.6%~1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb≤0.05%，Ti≤0.02%，Al0.02%~0.06%，Ni≤0.60%，Cu≤0.70%，V≤0.1%，N≤0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明生产的钢板具有高强度、高韧性、耐海洋腐蚀。
文档编号C21D8/02GK101921953SQ201010275268
公开日2010年12月22日 申请日期2010年9月8日 优先权日2010年9月8日
发明者吴清明, 夏政海, 孙小平, 李曲全, 李玲玲, 罗登, 肖大恒 申请人:湖南华菱湘潭钢铁有限公司