專利名稱：一種-40℃ctod≥2毫米的海洋平臺用鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低碳低合金高強度工程用鋼及其生產(chǎn)方法，具體屬于一種-40°c CTOD ^ 2毫米的海洋平臺用鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)處于海浪、海風(fēng)動載荷狀態(tài)。鋼中微裂紋在動載荷的作用下發(fā)生擴展，鋼板抵抗裂紋的擴展能力稱為材料的斷裂韌性，以裂紋尖端張開位移CTOD衡量，CTOD值越高，材料的斷裂韌性越好，海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量越高，使用壽命越長。目前，常用的海洋平臺用鋼對鋼板的斷裂韌性沒有要求，只是要求海洋平臺設(shè)計使用壽命> 20年。經(jīng)計算，一般_40°C CTOD不超過I. 5毫米。隨著海洋工程的發(fā)展，海洋平臺設(shè)計使用壽命則要求提高。然而，建造海洋平臺的鋼板質(zhì)量及性能直接影響海洋平臺的可靠性和服役壽命。 目前使用的海洋平臺鋼，由于對鋼板的斷裂韌性沒有要求，海洋平臺在使用中，會在颶風(fēng)的沖擊或冰塊積壓下產(chǎn)生斷裂或傾覆等事故。經(jīng)檢索，中國專利申請?zhí)枮?00810033765. X的專利文獻(xiàn)，公開了 “一種TMCP型海洋結(jié)構(gòu)用厚板及其制造方法”，其化學(xué)元素組成包括C :0. 015 0. 18wt%, Mn :0. 5 2. Owt Si ^ 0. 6wt%, S ^ 0. 003wt P ^ 0. 015wt %、Nb :0. 015 0. 120wt Ti 0. 005 0. 030wt Alt ^ 0. 060wt %、Ca 彡 0. OlOwt N 0. 003 0. OlOwt 0 0. 001 0. 006wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其存在的不足是鋼中有害氣體元素N、0含量較高，降低鋼的斷裂韌性和加工性能，且Alt含量較高，Al在鋼中形成的不規(guī)則形狀的Al2O3劇烈破壞鋼的斷裂韌性。中國專利申請?zhí)枮?00810119506. 9的專利文獻(xiàn)，其公開了“控軋控冷海洋平臺用鋼及其生產(chǎn)方法”，板坯的化學(xué)成分及其含量是C 0.05 0.09%，Mn I. 20 I. 60%，Si0. 20 0. 50%，Nb 0.03 0.05%，Ti 0. 010 0. 020%，V 0. 03 0. 06%，S 彡 0. 005%，Als 0.020 0.040%，PS0. 015%，余量為Fe及雜質(zhì)。經(jīng)煉鋼、精煉后采用板坯連鑄、TMCP工藝生產(chǎn)。將按成分冶煉好的鋼水澆鑄成220 250mm厚板坯；將坯料裝入板坯加熱爐加熱，出爐進(jìn)行軋制。粗軋開軋溫度在1060 1160°C;精軋開軋溫度在840 940°C;終軋溫度在780 820°C ;軋制鋼板厚度10 60mm。開始冷卻溫度在760 810°C ;終止冷卻溫度在550 650°C ;冷卻速率在10 17°C /s。上述兩項專利技術(shù)不足鋼中添加了含量較高的Mn，易與鋼中不能除凈的S反應(yīng)生成易變形夾雜MnS，這樣的夾雜等同于裂紋，顯著降低鋼的斷裂韌性，不足之處之二在于鋼中還添加了合金元素Nb，根據(jù)大量實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，添加Nb的低合金結(jié)構(gòu)鋼中存在沒有熔化的單質(zhì)Nb塊，不僅導(dǎo)致鋼板質(zhì)量低劣，還惡化鋼的斷裂韌性。中國專利申請?zhí)枮?01010281752. I的專利文獻(xiàn)，公開了一種“屈服強度550Mpa的超高強船體及海洋平臺用鋼及其生產(chǎn)方法”，其化學(xué)成分按重量百分比計為C0. 04 0. 07%, SiO. 3 0. 5%, Mnl. 45 I. 60%, P 彡 0. 02%, S 彡 0. 005%, CrO. 25 0. 4%、NiO. 6 0. 8%, MoO. 2 0. 3%, V0. 04 0. 06%, CuO. 6 0. 8%, AlsO. 015 0. 045%,其余為Fe及雜質(zhì)。生產(chǎn)方法是軋制采用兩階段控制軋制和控制冷卻，得到板條狀貝氏體和鐵素體組織。不足之處在于鋼中含有Cu、Cr、Mo、Ni、V等合金元素，添加的合金元素多且復(fù)雜，加大了生產(chǎn)難度，降低了生產(chǎn)效率，提高了生產(chǎn)成本。中國專利申請?zhí)枮?01110319500. 8的專利文獻(xiàn)，其公開了 “一種低裂紋敏感海洋平臺用結(jié)構(gòu)鋼板及其生產(chǎn)方法”，該鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為c:0. 10-0. 15%，Si 0. 10-0. 50%, Mn: I. 0-1. 6%, Ρ〈0· 015%, S〈0. 005%, Nb:0. 020-0. 050%, V:0. 050-0. 100%,Ti:0. 005-0. 020%, Als :0. 015-0. 050%, Pcm ( 0. 23%，余量為 Fe 和不可避免雜質(zhì)。制造工藝為在中厚板爐卷軋機條件下，通過低Pcm、低磷和低硫及正火熱處理工藝，生產(chǎn)低裂紋敏感海洋平臺用結(jié)構(gòu)鋼板。該專利文獻(xiàn)的不足之處在于鋼中添加了 I. 0-1. 6%的Mn，與鋼中殘余S易生成MnS夾雜，降低鋼的斷裂韌性，添加Nb:O. 020-0. 050%, V:O. 050-0. 100%,Ti :0. 005-0. 020%，在生產(chǎn)過程中易形成Nb (NC)、VC、Ti (NC)等大顆粒夾雜，嚴(yán)重降低鋼的斷裂韌性。生產(chǎn)過程要求正火熱處理，降低了生產(chǎn)效率，增加了生產(chǎn)成本。上述的現(xiàn)有專利文獻(xiàn)，其共同的不足在于鋼中元素較多，且Mn含量高于1.0%，因·Mn在結(jié)構(gòu)鋼中易與S形成MnS夾雜，降低鋼的力學(xué)性能，尤其惡化鋼的低溫沖擊韌性，故對于要求_80°C低溫沖擊韌性的鋼來講，MnS的存在是很不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服目前服役的海洋工程用鋼的不足，提供一種在保證鋼板力學(xué)性能及防止海水的腐蝕性能的前提下，鋼板在-40°C環(huán)境下CTOD ^ 2毫米，保證鋼板的服役可靠性，并能使使用周期提高至不低于30年的海洋平臺用鋼及其生產(chǎn)方法。 實現(xiàn)上述目的的措施
一種-40°c CTOD > 2毫米的海洋平臺用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比含量為C :0.065 0.15%, Si: O. 16 O. 55%, Ni: O. 05 O. 50%，B :0· 0002 0.002%，Ti ( O. 005%, La 0. 0008 O. 008%,并控制P 彡 O. 010%, S 彡 O. 005%, Mn ( O. 08%,Als ( O. 008%, O ^ O. 0015%, N彡O. 001%, H彡O. 0001%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；金相組織為貝氏體及鐵素體，其中貝氏體體積百分比占有量不低于60%。生產(chǎn)一種_40°C CTOD彡2毫米的海洋平臺用鋼的方法，其步驟
1)對鐵水進(jìn)行深脫硫，控制鐵水中的S彡O.0008% ；
2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉；
3)在RH爐中進(jìn)行真空處理，并控制鐵水中的O彡O.0015%, N彡O. 001%, H彡O. 0001% ；
4)連鑄并對鑄坯加熱，控制鑄坯均熱溫度在1180 1250°C；
5)分段進(jìn)行軋制，控制粗軋開軋溫度在1050 1150°C，精軋段終軋溫度在760 880 0C ；
6)冷卻首先控制鋼板開始層流冷卻時的溫度在750 860°C，進(jìn)行層流冷卻，在冷卻速度為2. 8 16°C /秒下，冷卻到610 700°C，此時，控制金相組織為貝氏體及鐵素體，其中貝氏體體積百分比占有量不低于60%，余下為鐵素體；
7)待用。本發(fā)明主要合金元素含量及工藝參數(shù)設(shè)定的依據(jù)
為保障海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)安全可靠地服役預(yù)期時間，高品質(zhì)鋼材必不可少。在鋼種設(shè)計及生產(chǎn)過程中應(yīng)盡可能降低鋼中有害夾雜物的含量，對鋼的品質(zhì)和性能具有破壞作用的夾雜包括硫化物MnS、不規(guī)則形狀大塊的A1A、呈四方體形態(tài)的TiN等，為降低鋼中夾雜物數(shù)量，改善夾雜物的形態(tài)及分布，本發(fā)明申請將Mn的含量限制在Mn ( 0. 08%，將Ti的含量控制在Ti ( 0. 005%，沒有添加合金元素Al，并用微合金元素La改善鋼中夾雜物的形態(tài)和分布，經(jīng)試驗，得到預(yù)期效果，鋼中夾雜物呈小顆粒、圓形、彌散分布狀態(tài)，鋼的-40°C斷裂韌性優(yōu)良。制造方法鐵水經(jīng)預(yù)處理深脫S，煉鋼 過程精煉鋼水以減少鋼中夾雜及N、0氣體等有害成分，因鋼中殘余N、0氣體劇烈降低鋼的力學(xué)性能，尤其降低鋼的斷裂韌性，然后將鋼水連續(xù)澆注成板坯。鋼坯加熱、均熱溫度設(shè)定為1180 1250°C,目的在于在該溫度范圍可將鑄坯燒透，便于軋制；開軋溫度> 1050°C，目的在于采用高溫大壓下破碎粗大的鑄態(tài)組織。終軋后采用層流冷卻裝置對鋼板噴水加速冷卻鋼板，開始進(jìn)入層流冷卻裝置溫度750 860°C，鋼板離開層流冷卻裝置時的溫度控制在610 700°C，目的在于固化終軋后微觀組織和晶粒，抑制晶粒長大，得到斷裂韌性優(yōu)良的高品質(zhì)鋼板。以下簡述本發(fā)明鋼中選定各合金元素及成分范圍的理由。C是鋼中間隙固溶強化合金元素，強化效果顯著，但在提高強度的同時，會大幅度降低鋼的斷裂韌性，綜合平衡鋼的強度和斷裂韌性，將C含量的取值范圍確定為0.065
0.15%。Si屬我國資源豐富合金元素，結(jié)構(gòu)鋼中通常添加一定含量的Si可提高鋼的強度，但降低鋼的斷裂韌性，綜合考慮將Si的成分范圍設(shè)定為0. 16 0. 55%。Mn 一般設(shè)計結(jié)構(gòu)鋼的合金成分時，采用“高M(jìn)n低C”的設(shè)計思路，但在要求高品質(zhì)海洋平臺用鋼時，重點考慮的是鋼的純凈度，盡可能降低鋼中硫化物等夾雜物的數(shù)量，MnS劇烈降低鋼的斷裂韌性，故將鋼的Mn含量設(shè)定為Mn ( 0. 08%。Ni結(jié)構(gòu)鋼中添加Ni，可顯著改善鋼的低溫斷裂韌性。因Ni是昂貴合金元素，過量添加不僅造成浪費，還增加成本，故將Ni含量的范圍設(shè)定為0. 05 0. 50%。S是海洋平臺鋼中有害的雜質(zhì)元素，硫化物夾雜會降低鋼的斷裂韌性，因此S含量越低越好，但若將其含量限定得過低，會增加生產(chǎn)難度，提高生產(chǎn)成本，故將鋼的S含量限定在S彡0. 005%。P是海洋平臺鋼中有害元素，降低鋼的斷裂韌性，煉鋼脫P成本較高，在本申請中將P含量設(shè)定為PS0. 010%。B結(jié)構(gòu)鋼中添加微量的合金元素B，在控制軋制過程中可顯著改善鋼的微觀組織結(jié)構(gòu)，形成具有優(yōu)良斷裂韌性的微觀組織和細(xì)小晶粒，保證鋼中貝氏體組織含量不低于60%。但若含量過高會導(dǎo)致“B脆”，惡化鋼的斷裂韌性，故將鋼的B含量設(shè)定在0. 0002 0.0020%。Ti鋼中添加Ti可細(xì)化晶粒，提高鋼的強度和韌性，但形成的TiN方塊形夾雜會嚴(yán)重降低鋼的斷裂韌性，故將Ti的含量限定在Ti ( 0. 005%
La在本發(fā)明申請中添加0. 0008 0. 0080%的La，目的在于改善鋼中不能完全消除的夾雜物特性，使鋼中夾雜物呈細(xì)小、圓形、彌散分布，提高鋼的斷裂韌性，另外，微量的La還有細(xì)化鋼的晶粒的作用，對提高鋼的力學(xué)性能有利。Als是有效的脫氧元素，本發(fā)明申請不采用添加Al的冶煉工藝脫氧，因若鋼中含有較多的Al，易與O形成顆粒較大的尖角不規(guī)則形狀的A1203，降低鋼的斷裂韌性。Ν、0、Η被視為鋼中有害氣體元素，含量過高會惡化鋼的斷裂韌性，還會降低鋼的加工性能,應(yīng)盡可能降低鋼中N、O、H的含量，但若要求過高，會增加生產(chǎn)成本，故將本發(fā)明申請 N、O、H 含量分別控制在 N 彡 O. 001%, 0^0. 0015%, H 彡 O. 0001%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其在保證鋼板使用的力學(xué)性能及防止海水的腐蝕性能的前提下，在_40°C環(huán)境下鋼板的CTOD ^ 2毫米，保證鋼的服役可靠性，并能使使用周期提高至不低于30年，并且成分及工藝簡單，相對制造成本就會較低。


附圖為本發(fā)明的金相組織圖。
具體實施方式

下面對本發(fā)明予以詳細(xì)描述
表I為本發(fā)明各實施例及對比例的組分取值列表；
表2為本發(fā)明各實施例及對比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為為本發(fā)明各實施例及對比例力學(xué)性能檢驗結(jié)果列表。本發(fā)明各實施例按照以下步驟生產(chǎn)
其步驟
1)對鐵水進(jìn)行深脫硫，控制鐵水中的S彡O.0008% ；
2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉；
3)在RH爐中進(jìn)行真空處理，并控制鐵水中的O彡O.0015%, N彡O. 001%, H彡O. 0001% ；
4)連鑄并對鑄坯加熱，控制鑄坯均熱溫度在1180 1250°C；
5)分段進(jìn)行軋制，控制粗軋開軋溫度在1050 1150°C，精軋段終軋溫度在760 880 0C ；
6)冷卻首先控制鋼板開始層流冷卻時的溫度在750 860°C，進(jìn)行層流冷卻，在冷卻速度為2. 8 16°C /秒下，冷卻到610 700°C，此時，控制金相組織為貝氏體及鐵素體，其中貝氏體體積百分比占有量不低于60%，余為鐵素體；
7)待用。表I本發(fā)明各實施例及對比例的取值列表(wt%)
權(quán)利要求
1.一種-40°c CTOD > 2毫米的海洋平臺用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比含量為C :0.065 0.15%, Si: O. 16 O. 55%, Ni: O. 05 O. 50%，B :0· 0002 0.002%，Ti ( O. 005%, La 0. 0008 O. 008%,并控制P 彡 O. 010%, S 彡 O. 005%, Mn ( O. 08%,Als ( O. 008%, O ^ O. 0015%, N彡O. 001%, H彡O. 0001%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；金相組織為貝氏體及鐵素體，其中貝氏體體積百分比占有量不低于60%。
2.生產(chǎn)權(quán)利要求I所述的一種_40°CCTOD ^ 2毫米的海洋平臺用鋼的方法，其步驟 1)對鐵水進(jìn)行深脫硫，控制鐵水中的SS0. 0008% ； 2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉； 3)在RH爐中進(jìn)行真空處理，并控制鐵水中的O彡O.0015%, N彡O. 001%, H彡O. 0001% ； 4)連鑄并對鑄坯加熱，控制鑄坯均熱溫度在1180 1250°C； 5)分段進(jìn)行軋制，控制粗軋開軋溫度在1050 1150°C，精軋段終軋溫度在760 ·880 0C ； 6)冷卻首先控制鋼板開始層流冷卻時的溫度在750 860°C，進(jìn)行層流冷卻，在冷卻速度為2. 8 16°C /秒下，冷卻到610 700°C，此時，控制金相組織為貝氏體及鐵素體，其中貝氏體體積百分比占有量不低于60%，余下為鐵素體； 7)待用。
全文摘要
一種-40℃CTOD≥2毫米的海洋平臺用鋼，其化學(xué)成分及wt%為C0.065～0.15%，Si0.16～0.55%，Ni0.05～0.50%，B0.0002～0.002%，Ti≤0.005%，La0.0008～0.008%，P≤0.010%，S≤0.005%，Mn≤0.08%，Als≤0.008%，O≤0.0015%，N≤0.001%，H≤0.0001%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；其工藝鐵水深脫硫；轉(zhuǎn)爐冶煉；在RH爐中真空處理；連鑄并對鑄坯加熱；分段軋制；冷卻；待用。本發(fā)明在保證鋼板使用的力學(xué)性能及防止海水的腐蝕性能的前提下，在-40℃環(huán)境下鋼板的CTOD≥2毫米，保證鋼的服役可靠性，并能使使用周期提高至不低于30年，并且成分及工藝簡單，相對制造成本就會較低。
文檔編號C22C38/08GK102732781SQ20121020942
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者張開廣, 陳顏堂 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司