专利名称：一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于船舶及海洋工程用结构钢技术领域，特别涉及一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板及其生产工艺。
背景技术：
伴随着中国经济三十多年的高速增长，国内造船及海洋工程装备制造业发展迅速。造船完工量、新接订单量、手持订单量多年来均位居世界前列，海洋工程装备制造业也得到了长足的发展。随着海洋开发的不断发展，海上石油开发逐渐走向深海，对海洋平台用钢的需求量进一步加大。未来几年，海洋平台用钢板需求前景看好。海洋平台用钢板的各项技术指标要求极高，须具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性、 耐海水腐蚀以及好的冷加工性等性能。目前国际海洋平台用钢板主要级别为 355，420，460MPa。355 MPa 级主要牌号:Enl0225 的 S355、API 的 API2H_50、BS7191的 350EM、船标的 E36 ；420 MPa 级主要牌号:Enl0225 的 S420、API 的 API2Y-60、船标的 E40、E420 ；460 MPa级主要牌号:Enl0225的S460、船标的E460。国产海洋平台用钢板己经广泛采用，EH36以下级别基本实现国产化，占平台用钢量的90%，但关键部位所用大厚度、高强度钢材仍依赖进口。随着海洋平台结构向大型化发展，所需钢板厚度随之增大，对海洋平台用钢板的性能提出了更高的要求。在此背景下，急需进行高性能海洋平台用钢板的研发与推广，尤其是大力开发高强度、高韧性、抗层状撕裂、易焊接的海洋平台用钢板。因此申请号为201210564686.8的专利申请公开了一种355MPa级低焊接裂纹敏感性钢板，其化学成分质量百分比为:C 0.09 0.13%，Si 0.25 0.35%，Mn 1.20
1.50%, P 彡 0.015%, S 彡 0.005%, Al 0.025 0.04%, Nb 0.02 0.05%, Ti 0.01 0.03%，Cu 0.10 0.3%，Ni 0.10 0.3%，其余为Fe和不可避免杂质；采用顶底复吹转炉冶炼，并采用低镍生铁配镍；连铸坯型厚度规格为400mm，宽度在1800 2400mm ;钢板采用两阶段控制轧制+控制冷却+正火处理，上述专利添加了 Cu和Ni，在钢中加入Cu，易使铸坯和钢板表面产生星状裂纹，而Ni合金的价格较贵，成本较高，没有成本优势。而申请号为201110358089.5的专利申请公开了一种焊接裂纹敏感性指数小于
0.23的355MPa级低合金钢板的制造方法，该钢板的化学成分重量百分比控制范围:C:0.10 0.13、Mn:1.45 1.53、S1:0.20 0.30、Nb:0.030 0.040、V:0.060 0.070、T1:0.005 0.015、Al:0.020 0.050、P:彡 0.013、S:彡 0.003%，其余为 Fe和不可避免的杂质；且该钢板的化学成分按重量百分比计符合焊接裂纹敏感性指数Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B ( 0.23，但是上述专利申请添加了较多的V，根据矾宇咨询网上调查，V的价格在85000元/吨浮动，成本较高，而且上述专利的制作方法中热处理工艺实际为调质，步骤较多，从而进一步提高了成本，不利于大规模生产。
发明内容
针对以上不足，本发明提供了一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板及其生产工艺，该钢板采用Nb、V、Ti微合金成分，通过低碳当量Ceq、低焊接裂纹敏感性指数Pcm及正火热处理工艺，生产易焊接海洋平台用钢板，生产成本较低，力学性能均匀，焊接性能良好。本发明是通过以下技术方案实现的:一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板，其包括厚度规格为[6 40] mm与(40 60] mm两种，
所述厚度规格[6 40] mm的钢板化学成分质量百分比为:C:0.1(Γθ.15%，Si:
0.20^0.50%, Mn:1.20^1.50%, P: ^ 0.015%, S: ^ 0.005%, Nb:0.020^0.050%, V:
0.010 0.050%, Ti:0.008 0.020%, Als:0.015 0.055%, Ceq ( 0.43，Pcm ( 0.23%，余量为Fe及不可避免的杂质；
所述厚度规格为(4(T60]mm的钢板化学成分质量百分比为:C:0.1(Γθ.15%，Si:0.2(Γθ.50%, Mn:1.3(Tl.60%, P:≤ 0.015%, S:≤ 0.005%, Nb:0.03(Γ0.060%, V:0.02(Γ0.060%, Ti:0.008 0.020%, Als:0.015 0.055%, Nb+V+Ti ( 0.12%, Ceq ( 0.43，Pcm ( 0.23%，余量为Fe和不可避免杂质。当所述钢板厚度规格为36mm时钢板化学成分质量百分比为:C:0.12%，S1:0.23%，Mn:1.44%, P:0.014%, S:0.003%, Nb:0.034%, V:0.020%, T1:0.015%, Als:0.032%, Ceq:0.37，Pcm:0.21%，余量为Fe及不可避免的杂质。当所述钢板厚度规格为60mm时钢板化学成分质量百分比为:C:0.12%，S1:0.26%，Mn:1.47%, P:0.015%, S:0.004%, Nb:0.042%, V:0.030%, T1:0.019%, Als:0.029%, Ceq:
0.38，Pcm:0.21%，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明的钢板，其制作工艺步骤为:
高炉铁水一铁水预脱硫一转炉冶炼一脱氧合金化一LF精炼一RH精炼一板坯连铸一板坯下线堆垛缓冷一板坯清理一板坯再加热一4300轧机轧制一Mulpic冷却一钢板堆垛缓冷一探伤一正火一成品取样检验一入库。当钢板的厚度规格为[6 40]mm时，其工艺条件为:
(1)铁水预脱硫，入炉铁水S 彡 0.003%,按 C:0.10 0.15%, S1:0.20 0.50%, Mn:
1.20 1.50%, P:彡 0.015%, S:彡 0.005%, Nb:0.020 0.050%, V:0.010 0.050%, Ti:
0.008 0.020%, Als:0.015 0.055%, Ceq ( 0.43，Pcm ( 0.23%，余量为 Fe 及不可避免的杂质冶炼钢水，钢水经LF、RH精炼，[N] ^ 30ppm, [O]彡25ppm，[H]彡1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷；
(2)板坯检查清理后装炉加热，加热时间0.9 1.0min/mm,出炉温度110(Tll80°C ；
(3)板坯经高压水除鳞，高压水压力为19 20Mpa，进入4300mm轧机轧制；
(4)粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个以上道次压下量>25mm ;中间坯厚度> 2.5倍成品钢板的厚度；
(5)精轧保证终轧温度:钢板终轧温度控制在840±10°C；
(6)正火处理温度:900±10°C;保温时间:1.5min/mm+10mino更具体的，当钢板的厚度规格为36mm时，其工艺条件为:
(I)铁水预脱硫，入炉铁水 S 彡 0.003%,按 C:0.12%, Si:0.23%,Mn:1.44%, P:0.014%,S:0.003%, Nb:0.034%, V:0.020%, Ti:0.015%, Als:0.032%, Ceq:0.37，Pcm:0.21%,余量为Fe及不可避免的杂质冶炼钢水，钢水经LF、RH精炼，[N]彡30ppm，[O]彡25ppm，[H](1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷；
(2)板坯检查清理后装炉加热，加热时间235min，出炉温度1160°C；
(3)板坯经高压水除鳞，高压水压力为19Mpa，进入4300mm轧机轧制；
(4)粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个以上道次压下量>25mm ;中间坯厚度> 2.5倍成品钢板的厚度；
(5)精轧保证终轧温度:钢板终轧温度843°C；
(6)正火处理温度:902°C;保温时间:64min。当钢板的厚度规格为(4(T60]mm时，其工艺条件为:
(1)铁水预脱硫，入炉铁水S ≤ 0.003%,按 C:0.10 0.15%, S1:0.20 0.50%, Mn:
1.30 L 60%, P: ≤ 0.015%, S: ≤0.005%, Nb:0.030≤0.060%, V:0.020≤0.060%, Ti:
0.008 0.020%，Als:0.015 0.055%，Nb+V+Ti ≤ 0.12%，Ceq ≤ 0.43，Pcm ≤0.23%，余量为 Fe和不可避免杂质冶炼钢水，钢水经LF、RH精炼，[N] ≤ 30ppm, [O] ≤25ppm, [H] ≤ 1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷；
(2)板坯检查清理后装炉加热，加热时间0.9 1.0min/mm,出炉温度110(Tll80°C ；
(3)板坯经高压水除鳞，高压水压力为19 20Mpa，进入4300mm轧机轧制；
(4)粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个以上道次压下量>25mm ;中间坯厚度> 2.5倍成品钢板的厚度；
(5)精轧保证终轧温度:钢板终轧温度控制在820±10°C；
(6)正火处理温度:900±10°C ;保温时间:1.5min/mm+10mino更具体的，当钢板的厚度规格为60mm时，其工艺条件为:
(1)铁水预脱硫，入炉铁水S ≤ 0.003%,按 C:0.12%, Si:0.26%,Mn:1.47%, P:0.015%,S:0.004%, Nb:0.042%, V:0.030%, Ti:0.019%, Als:0.029%, Ceq:0.38，Pcm:0.21%,余量为Fe及不可避免的杂质冶炼钢水，钢水经LF、RH精炼，[N]≤30ppm，[O]≤25ppm，[H](1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷；
(2)板坯检查清理后装炉加热，加热时间238min，出炉温度1165°C；
(3)板坯经高压水除鳞，高压水压力为20Mpa，进入4300mm轧机轧制；
(4)粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个以上道次压下量>25mm ;中间坯厚度> 2.5倍成品钢板的厚度；
(5)精轧保证终轧温度:钢板终轧温度控制在818°C；
(6)正火处理温度:900°C;保温时间:100min。本发明生产的355MPa级海洋平台用钢板，可生产的最大厚度为60mm ;本钢板没有采用传统的Cu和Ni，而是采用Nb、V、Ti微合金成分，且V的使用量大大降低，通过低碳当量Ceq、低焊接裂纹敏感性指数Pcm及正火热处理工艺,大大降低了生产成本,而且可以保证均匀力学性能:下屈服强度37(T430MPa，抗拉强度515^575MPa，断后伸长率25 35%，_20°C夏比冲击吸收功纵向平均在160J以上，Z向拉伸断面收缩率平均在45%以上，而且焊接性能良好，在保证力学性能和焊接性能的条件下，本发明大大降低了生产成本，有利于本行业的发展。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以便本领域技术人员可以更好的了解本发明，但并不因此限制本发明。本发明的工艺流程为:高炉铁水一铁水预脱硫一转炉冶炼一脱氧合金化一LF精炼一RH精炼一板还连铸一板还下线堆垛缓冷一板还清理一板还再加热一4300轧机轧制—Mulpic冷却一钢板堆垛缓冷一探伤一正火一成品取样检验一入库。根据本发明提供的化学成分范围，按照上述工艺流程以及规定的工艺条件，在210吨转炉上冶炼钢水，将钢水浇铸成250mm厚板坯，在4300mm宽厚板轧机上分别轧制36、60mm钢板。钢板的化学成分见表I ;加热、正火工艺参数见表2 ;轧制工艺参数见表3 ;钢板的性能情况见表4 ;焊接试板试验结果见表5。根据表4与表5可知，在生产成本降低的情况下，本发明的下屈服强度370 430MPa，抗拉强度515 575MPa，断后伸长率25 35%，_20°C夏比冲击吸收功纵向平均在160J以上，Z向拉伸断面收缩率平均在45%以上，而且焊接性能良好。
权利要求
1.一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板，所述钢板包括厚度规格为[6 40]mm与(40 60] mm两种， 所述厚度规格[6 40] mm的钢板化学成分质量百分比为:C:0.1(Γθ.15%，Si:0.2(Γθ.50%, Mn:1.20 1.50%, P:彡 0.015%, S:彡 0.005%, Nb:0.020 0.050%, V:0.010 0.050%, Ti:0.008 0.020%, Als:0.015 0.055%, Ceq ( 0.43，Pcm ( 0.23%，余量为Fe及不可避免的杂质； 所述厚度规格为(4(T60]mm的钢板化学成分质量百分比为:C:0.1(Γθ.15%，Si:0.2(Γθ.50%, Mn:1.3(Tl.60%, P:彡 0.015%, S:彡 0.005%, Nb:0.03(Γ0.060%, V:0.02(Γ0.060%, Ti:0.008 0.020%, Als:0.015 0.055%, Nb+V+Ti ( 0.12%, Ceq ( 0.43，Pcm ( 0.23%，余量为Fe和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板，其特征在于:当所述钢板厚度规格为36mm时钢板化学成分质量百分比为:C:0.12%，S1:0.23%，Mn:1.44%，P:0.014%, S:0.003%, Nb:0.034%, V:0.020%, T1:0.015%, Als:0.032%, Ceq:0.37，Pcm:0.21%,余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板，其特征在于:当所述钢板厚度规格为60mm时钢板化学成分质量百分比为:C:0.12%，S1:0.26%，Mn:1.47%，P:0.015%, S:0.004%, Nb:0.042%, V:0.030%, T1:0.019%, Als:0.029%, Ceq:0.38，Pcm:0.21%,余量为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板的生产工艺，其工艺步骤为:高炉铁水、铁水预脱硫、转炉冶炼、脱氧合金化、LF精炼、RH精炼、板坯连铸、板坯下线堆垛缓冷、板坯清理、板坯再加热、4300轧机轧制、Mulpic冷却、钢板堆垛缓冷、探伤、正火、成品取样检验、入库。
5.根据权利要求4所述的一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板的生产工艺，其特征在于，当钢板的厚度规格为[6 40]mm时，其工艺条件为: (1)铁水预脱硫，入炉铁水S 彡 0.003%,按 C:0.10 0.15%, S1:0.20 0.50%, Mn:·1.20 1.50%, P:彡 0.015%, S:彡 0.005%, Nb:0.020 0.050%, V:0.010 0.050%, Ti:·0.008 0.020%, Als:0.015 0.055%, Ceq ( 0.43，Pcm ( 0.23%，余量为 Fe 及不可避免的杂质冶炼钢水，钢水经LF、RH精炼，[N] ^ 30ppm, [O]彡25ppm，[H]彡1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷； (2)板坯检查清理后装炉加热，加热时间0.9 1.0min/mm,出炉温度110(Tll80°C ； (3)板坯经高压水除鳞，高压水压力为19 20Mpa，进入4300mm轧机轧制； (4)粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个以上道次压下量>25mm ;中间坯厚度> 2.5倍成品钢板的厚度； (5)精轧保证终轧温度:钢板终轧温度控制在840±10°C； (6)正火处理温度:900±10°C;保温时间:1.5min/mm+10mino
6.根据权利要求5所述的一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板的生产工艺，其特征在于，当钢板的厚度规格为36mm时,其工艺条件为:(I)铁水预脱硫，入炉铁水 S 彡 0.003%,按 C:0.12%, Si:0.23%,Mn:1.44%, P:0.014%,·S:0.003%, Nb:0.034%, V:0.020%, Ti:0.015%, Als:0.032%, Ceq:0.37，Pcm:0.21%,余量为Fe及不可避免的杂质冶炼钢水，钢水经LF、RH精炼，[N]≤30ppm，[O]≤25ppm，[H]≤1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷； (2)板坯检查清理后装炉加热，加热时间235min，出炉温度1160°C； (3)板坯经高压水除鳞，高压水压力为19Mpa，进入4300mm轧机轧制； (4)粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个以上道次压下量>25mm ;中间坯厚度> 2.5倍成品钢板的厚度； (5)精轧保证终轧温度:钢板终轧温度843°C； (6)正火处理温度:902°C;保温时间:64min。
7.根据权利要求4所述的一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板的生产工艺，其特征在于，当钢板的厚度规格为(4(T60]mm时,其工艺条件为: (1)铁水预脱硫，入炉铁水S ≤ 0.003%,按 C:0.10 0.15%, S1:0.20 0.50%, Mn:1.30 1.60%, P: ≤ 0.015%, S: ≤0.005%, Nb:0.030 0.060%, V:0.020 0.060%, Ti:0.008 0.020%, Als:0.015 0.055%, Nb+V+Ti ≤ 0.12%, Ceq ≤ 0.43，Pcm ≤ 0.23%，余量为 Fe和不可避免杂质冶炼钢水，钢水经LF、RH精炼，[N] ( 30ppm, [O] ( 25ppm, [H] ( 1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷； (2)板坯检查清理后装炉加热，加热时间0.9 1.0min/mm,出炉温度110(Tll80°C ； (3)板坯经高压水除鳞，高压水压力为19 20Mpa，进入4300mm轧机轧制； (4)粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个以上道次压下量>25mm ;中间坯厚度> 2.5倍成品钢板的厚度； (5)精轧保证终轧温度:钢板终轧温度控制在820±10°C； 正火处理温度:900±10°C ;保温时间:1.5min/mm+10mino
8.根据权利要求7所述的一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板的生产工艺，其特征在于，当钢板的厚度规格为60mm时,其工艺条件为:(1)铁水预脱硫，入炉铁水S ≤ 0.003%,按 C:0.12%, Si:0.26%,Mn:1.47%, P:0.015%,S:0.004%, Nb:0.042%, V:0.030%, Ti:0.019%, Als:0.029%, Ceq:0.38，Pcm:0.21%,余量为Fe及不可避免的杂质冶炼钢水，钢水经LF、RH精炼，[N]≤30ppm，[O]≤25ppm，[H]≤1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷； (2)板坯检查清理后装炉加热，加热时间238min，出炉温度1165°C； (3)板坯经高压水除鳞，高压水压力为20Mpa，进入4300mm轧机轧制； (4)粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个以上道次压下量>25mm ;中间坯厚度> 2.5倍成品钢板的厚度； (5)精轧保证终轧温度:钢板终轧温度控制在818°C； (6)正火处理温度:900°C;保温时间:100min。
全文摘要
本发明属于船舶及海洋工程用结构钢技术领域，特别涉及一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板及其生产工艺，其包括厚度规格为[6~40]mm与(40~60]mm两种，厚度规格[6~40]mm的钢板化学成分质量百分比为C0.10~0.15%，Si0.20~0.50%，Mn1.20~1.50%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb0.020~0.050%，V0.010~0.050%，Ti0.008~0.020%，Als0.015~0.055%，Ceq≤0.43，Pcm≤0.23%，余量为Fe及不可避免的杂质；厚度规格为(40~60]mm的钢板化学成分质量百分比为C0.10~0.15%，Si0.20~0.50%，Mn1.30~1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb0.030~0.060%，V0.020~0.060%，Ti0.008~0.020%，Als0.015~0.055%，Nb+V+Ti≤0.12%，Ceq≤0.43，Pcm≤0.23%，余量为Fe和不可避免杂质，本发明通过低Ceq、低Pcm、采用Nb、V、Ti微合金成分及正火热处理工艺，生产易焊接海洋平台用钢板，生产成本较低，力学性能均匀，焊接性能良好。
文档编号C22C38/14GK103194677SQ20131015463
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月28日 优先权日2013年4月28日
发明者徐洪庆, 王焕洋, 孙风晓, 李旺生, 李敏, 刘志刚, 王振华, 朱延山, 王勇 申请人:济钢集团有限公司