一种海洋工程用EH460特厚钢板及其制造方法与流程

本发明属于钢铁材料制备领域，特别涉及一种海洋工程用EH460特厚钢板及其制造方法。

背景技术：

随着海洋石油天然气资源开采日益增长，海洋工程用装备制造业也日益成为世界各国着力发展的重点领域。海洋工程用钢板必须具有高强度、高韧性、良好焊接性及特厚规格的严格要求。

各国船级社对船板钢的要求基本一致，制造工艺一般采用热处理工艺生产特厚规格的高强钢板，而如何生产出特厚规格、高强度、优异低温韧性的海洋工程用钢板是目前研究的重要方向。

申请号为CN201610460071.9的发明专利提出一种250mm厚的S355NL低碳高韧性低合金钢板及其制造方法，在该发明成分设计如下：C：0.07～0.14％；Si：0.15～0.25％；Mn： 1.40～1.60％；P：≤0.006％；S：≤0.001％；Al：0.02～0.06％；Nb：0.02～0.05％；V： 0.02～0.05％；Ni：0.30～0.50％；余量为Fe。此发明钢板强度较低。

申请号为CN201210545542.8的发明专利提出一种具有抗低温脆性断裂性能优良的特厚海洋工程用钢板制造方法，在该发明成分设计如下：C：0.09～0.15％；Si：0.15～0.40％； Mn：1.00～1.60％；P：≤0.015％；S：≤0.005％；Nb：0.025～0.045％；V：0.040～0.065 ％；Ti：0.005～0.020％；Cr：≤0.15％；Ni：0.10～0.40％；Cu：≤0.15％；Al：0.025～0.04 ％；余量为Fe。此发明钢板厚度无法满足海洋工程用特厚钢板要求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种具有优良低温韧性、高强度和大厚度尺寸的海洋工程用EH460钢板及其制造方法，该钢板具有优良的低温韧性(-40℃冲击功≥150J)，高屈服强度(≥400MPa)和大厚度尺寸(成品厚度100～250mm)的特点。

本发明目的是通过下面的技术方案实现的：

一种海洋工程用EH460特厚钢板，其特征在于按重量百分比计,包括以下组分C： 0.12～0.18％，Si：0.3～0.6％，Mn：1.0～1.7％，Cu：0.30～0.55％，Cr：0.20～0.45％，Ni：0.3～0.8％， P：≤0.01％，S：≤0.01％，Als：0.02％～0.05％，Nb：0.02％～0.05％，Ti：0.01～0.02％，V： 0.03～0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述的钢板厚度为100～250mm。

所述的钢板显微组织为铁素体和珠光体，其中铁素体体积分数范围为50％～60％，铁素体晶粒尺寸10～20μm。

所述的钢板在厚度方向上1/4和1/2处的屈服强度≥400MPa，抗拉强度500～710MPa， -40℃夏比冲击功≥150J，零塑性转变温度(NDT)小于-40℃。

以下阐述本发明的止裂钢中各合金成分作用机理，其中百分符号％代表重量百分比：

C：是保证强度的必要元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显作用，但是过高的C含量对钢的延性、韧性和焊接性有负面影响。从经济性和产品性能角度考虑，C 含量控制在0.12～0.18％。

Si：是炼钢过程中主要的脱氧成分，为了得到充分的脱氧效果必须含0.10％以上，但若超过上限则会降低母材及焊接部位的韧性，以固溶形式存在的Si在提高强度的同时也能提高韧脆转变温度，因此Si含量为0.3～0.6％。

Mn：是保证钢的强度和韧性的必要元素，Mn与S结合形成MnS，避免晶界处形成FeS 而导致的热裂纹，同时Mn也是良好的脱氧剂。为了提高本发明材料的强韧性，因此Mn含量范围为1.0～1.7％。

Cu：在钢中加入Cu，可以提高钢的耐蚀性、强度，改善焊接性、成型性与机加工性等。与Ni同时使用，还可以避免热脆性。Cu最优含量范围为0.30～0.55％。

Ni：具有固溶强化作用，能促使合金钢形成稳定奥氏体组织，具备使Ar3点降低和碳当量或冷裂纹敏感系数Pcm的最小的特性，能提高钢的强度和韧性，并改善Cu在钢中引起的热脆性，因此本发明Ni含量控制在0.3～0.8％。

Cr：提高钢的淬透性的重要元素，对于厚规格船板及海洋平台用钢而言添加较高Cr含量可以有效提高淬透性以弥补厚度带来的强度损失，改善厚度方向上性能的均匀性；但太高的铬和锰同时加入钢中，会导致低熔点Cr-Mn复合氧化物形成，在热加工过程中形成表面裂纹，同时会严重恶化焊接性能。因此本发明Cr含量控制在0.2～0.45％。

P：是对冲击值带来不利影响的元素，可以在板坯中心部位偏析以及在晶界聚集等损害低温韧性，本发明材料控制在不高于0.01％。

S：是对冲击值带来不利影响的元素，可以形成硫化物夹杂，成为裂纹源，本发明材料控制在不高于0.01％。

Al：作为本发明必须添加的脱氧和细化晶粒元素，添加含量在0.01％以上，但超过0.08％时容易产生铸坯热裂纹，同时钢的韧性降低，含量范围为0.02～0.05％。

Nb：有效细化钢的晶粒尺寸，作为提高钢的强度和韧性而添加的元素。当Nb含量小于0.01％时对钢的性能作用效果小，而超过0.05％时，钢的焊接性能和韧性均降低，因此 Nb含量为0.02～0.05％。

Ti：作为提高钢的韧性和焊接部位韧性而添加的成分，以TiN形式存在而发挥作用，但超过0.04％时易形成大颗粒TiN而失去效果，因此添加Ti含量0.01～0.02％。

V：在钢中可起到固溶强化的作用，在较低温度轧制时的析出可阻碍位错的运动，使奥氏体中有大量的位错，促进贝氏体形核，细化贝氏体最终组织，但过量V会对钢板的韧性和焊接产生不利影响，因此添加V最优含量范围0.03～0.10％。

本发明海洋工程用EH460特厚钢板的制造方法，采用控制轧制、控制冷却和正火热处理，具体包括如下步骤：

(1)冶炼工艺：按照本发明的成分范围进行冶炼，原料应以铁水或优质钢为主，采用碱性电炉冶炼，Al脱氧和真空脱气，并严格控制残余元素含量。钢中A、B、C、D类夹杂物满足：A≤1.0、B≤1.5、C≤1.0、D≤1.5，A+B+C+D≤4.0要求。

(2)加热工艺：为防止加热过程中钢坯过热、原始奥氏体晶粒粗大，加热温度控制在 1150～1200℃，均热温度控制在1140～1180℃，铸坯装炉前采用0.8～1.2mm冷轧板覆盖，防止钢锭严重氧化，保证钢板表面质量。

(3)轧制工艺：对800～900mm厚度的钢锭坯进行两个阶段控制轧制，第一阶段为再结晶区轧制，轧制温度控制范围为950～1050℃，轧制过程采用慢速、大压下量轧制，辊速≤1.5m/s，单道次压下量在40mm以上，其目的是通过单道大压下量变形使钢板1/4和1/2 厚度位置的奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，同时保证钢板板形平直；第二阶段为未再结晶区轧制，轧制温度在Ar3以上范围为840～900℃，采用单道次压下率大于12％，目的是使奥氏体晶粒充分变形拉长，为相变形核提供储能和位置，提高相变形核率。

(4)冷却工艺：采用平均冷速大于3℃/s的快速层流冷却系统，返红温度控制在450～550 ℃，其目的是析出细小铁素体相，钢板要进行缓冷，缓冷时间≥48h。

(5)热处理工艺：采用正火工艺，正火温度为910～930℃，保温时间系数：1.8～ 2.5min/mm，冷却方式采用风冷。

本发明的有益效果为：(1)本发明通过添加适当Cu、Cr、Ni和微合金元素，控制硫磷含量，采用控制轧制和控制冷却方法，以及正火热处理工艺，提高钢板厚度方向不同位置 1/4和1/2厚度的低温韧性和屈服强度，可满足EH460特厚规格海洋工程用钢的力学性能要求；(2)本发明钢板的显微组织为铁素体和珠光体，其中铁素体体积分数范围为50％～60％，铁素体晶粒尺寸范围为10～20μm；在厚度方向上1/4和1/2处的屈服强度≥400MPa，抗拉强度500～710MPa，-40℃夏比冲击功≥150J，零塑性转变温度(NDT)小于-40℃；(3) 本发明产品的制造工艺易于实现，产品性能稳定，成材率高。

附图说明

图1为本发明钢板1/4厚度方向微观组织图；

图2为本发明钢板1/2厚度方向微观组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进行说明：

本发明钢的化学成分见表1，生产方法见表2，拉伸及冲击性能见表3。

表1本发明实施例钢化学成分

备注：P：≤0.01％，S：≤0.01％，N：≤0.005％，余量为铁

表2本发明实施例钢制备方法

表3本发明实施例钢常规力学性能及NDT温度