大厚度f(wàn)690級(jí)海洋工程用高強(qiáng)鋼板及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)鋼板及其生產(chǎn)方法，尤其是一種大厚度F690級(jí)海洋工程用高強(qiáng)鋼板及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著極地冰雪融化，海底油氣資源逐步被開(kāi)發(fā)，要求具有低溫沖擊韌性的海洋工程裝備用鋼得到快速發(fā)展應(yīng)用，由于地處寒冷地帶，再加上海洋平臺(tái)特殊的使用要求，需要承受海浪侵蝕吹打等，要求制造海洋平臺(tái)用鋼板具有高強(qiáng)度、高韌性、大厚度、耐腐蝕性，技術(shù)含量高，生產(chǎn)難度極大。F級(jí)高強(qiáng)韌大厚度船板鋼是未來(lái)船體結(jié)構(gòu)和海洋平臺(tái)用鋼的重要發(fā)展方向，也是目前國(guó)內(nèi)高端板材市場(chǎng)的緊缺品種。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高性能的大厚度F690級(jí)海洋工程用高強(qiáng)鋼板；本發(fā)明還提供了一種大厚度F690級(jí)海洋工程用高強(qiáng)鋼板的生產(chǎn)方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C 0.08%?0.13%、Si
0.10% ?0.30%,Mn 1.0% ?L 20%,P 彡 0.010%,S 彡 0.003%,Ni 0.5% ?2.5%,Cr 0.50% ?
1.0%、Mo 0.30% ?0.50%、Nb 0.020% ?0.050%、V 0.04% ?0.06%、B 0.0005 ?0.0015%、TAl 0.040%?0.070%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0005]本發(fā)明所述鋼板最大厚度為180mm。
[0006]本發(fā)明各成分及含量的作用是:C:對(duì)鋼的屈服、抗拉強(qiáng)度、焊接性能產(chǎn)生顯著影響，碳通過(guò)間隙固溶可顯著提高鋼板強(qiáng)度，但碳含量過(guò)高時(shí)會(huì)影響鋼的焊接性能及韌性。S1:在煉鋼過(guò)程中作為還原劑和脫氧劑，同時(shí)Si能起到固溶強(qiáng)化作用，但含量超過(guò)0.5%時(shí)，會(huì)造成鋼的韌性下降，降低鋼的焊接性能。Mn:能增加鋼的韌性、強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能，且價(jià)格低廉，可降低鋼板的生產(chǎn)成本，但錳含量過(guò)高時(shí)會(huì)減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。P和S:在一般情況下都是鋼中的有害元素，會(huì)增加鋼的脆性，P使鋼的焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞，S降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)會(huì)造成裂紋，因此應(yīng)盡量減少P和S在鋼中的含量。Cr:其含量對(duì)鋼板的強(qiáng)度、塑性和低溫沖擊韌性均有較大影響，這是由于Cr既能固溶于鐵素體和奧氏體中，又能與鋼中的C形成多種碳化物；Cr固溶于奧氏體時(shí)，可提高鋼的淬透性，當(dāng)Cr與C形成復(fù)雜碳化物，并在鋼中彌散析出時(shí)，可起到彌散強(qiáng)化作用，由于Cr提高淬透性和固溶強(qiáng)化的作用，能提高鋼在熱處理狀態(tài)下的強(qiáng)度和硬度，因而廣泛應(yīng)用于低合金結(jié)構(gòu)鋼中；但是Cr在鋼中起到強(qiáng)化作用的同時(shí)亦使塑性有所降低，并增加回火脆性，因此可根據(jù)對(duì)強(qiáng)塑性的要求，確定合適的Cr含量。N1:對(duì)鋼板的強(qiáng)度和塑性均略有提高，對(duì)低溫沖擊韌性提高幅度較大，這是由于Ni在鋼中只形成固溶體，而且固溶強(qiáng)化作用不明顯，而主要是通過(guò)在塑性變形時(shí)增加晶格滑移面來(lái)提高材料塑性；Ni還可提高合金鋼的淬透性，并能改善鋼在低溫下的韌性，使韌脆轉(zhuǎn)變溫度下降。Mo:對(duì)鋼板強(qiáng)度、塑性和低溫沖擊韌性均有較大提高，這是由于Mo固溶于鐵素體和奧氏體時(shí)，可使鋼的C曲線(xiàn)右移，從而顯著提高鋼的淬透性；而且Mo能顯著提高鋼的再結(jié)晶溫度，提高回火穩(wěn)定性，調(diào)質(zhì)后可獲得細(xì)晶粒的索氏體，使強(qiáng)韌性得到改善；當(dāng)形成Mo的碳化物時(shí)，可起到彌散強(qiáng)化作用，因此隨Mo含量增加，強(qiáng)韌性得到提高。Nb:可促進(jìn)鋼軋制態(tài)顯微組織的晶粒細(xì)化，同時(shí)可提高強(qiáng)度和韌性，鈮可在控軋過(guò)程中通過(guò)抑制奧氏體再結(jié)晶有效地細(xì)化顯微組織，并析出強(qiáng)化基體，Nb可降低鋼的過(guò)熱敏感性及回火脆性；焊接過(guò)程中，鈮原子的偏聚及析出可以阻礙加熱時(shí)奧氏體晶粒的粗化，并保證焊接后得到比較細(xì)小的熱影響區(qū)組織，改善焊接性能。V:釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑；鋼中加釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性；釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。Al:鋼中常用的脫氧劑，鋼中加入少量的Al，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，Al還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，通過(guò)鋁固氮提高硼元素收得率，鋁含量過(guò)高則影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
[0007]本發(fā)明方法包括冶煉、澆鑄、加熱、乳制和熱處理工序，所述鋼板采用上述成分范圍的化學(xué)成分；所述軋制工序采用晾鋼軋制；所述熱處理工序采用淬火+回火工藝。
[0008]本發(fā)明方法所述軋制工序:采用控制軋制工藝，I階段軋制溫度為930?1100°C，單道次壓下量為10%?25%，累計(jì)壓下率為60%?70%，晾鋼厚度100?250mm ； II階段開(kāi)軋制溫度為890?920°C，單道次壓下量為10%?27%，累計(jì)壓下率為30%?40%，軋后水冷，出水溫度790?810 °C。
[0009]本發(fā)明方法所述熱處理工序的淬火工藝為:對(duì)于< 10mm厚鋼板:加熱溫度910±5°C，總加熱時(shí)間2.0?2.5min/mm，輥速2m/min ;低壓段搖擺時(shí)間15?20min，出爐返紅溫度小于100°C ；
對(duì)于10mm <鋼板厚度< 180mm，采用兩次循環(huán)淬火，第一次淬火溫度為930±5°C，第二次淬火溫度為910±5°C，每次淬火加熱時(shí)間及冷卻參數(shù)均為:總加熱時(shí)間2.0?2.5min/mm，$B速2m/min ;低壓段搖擺時(shí)間30min，出爐返紅溫度小于100°C ；
回火工藝為:加熱溫度640±5°C，總加熱時(shí)間4.0min/mm,出爐后空冷。
[0010]本發(fā)明方法所述加熱工序:裝爐后預(yù)熱保溫2小時(shí)，升溫速度為100?120°C /h,最高加熱溫度1220°C，均熱溫度1200 ± 10°C，總加熱時(shí)間彡12min/cm，其中均熱保溫時(shí)間彡60min。所述裝爐的溫度為700 °C。
[0011]本發(fā)明方法所述澆鑄工序:采用連鑄澆鑄或模鑄澆鑄，連鑄澆鑄溫度為1530?1540°C，模鑄澆鑄溫度為1540?1550°C。
[0012]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明制定了合理的化學(xué)成分范圍，通過(guò)碳、錳固溶強(qiáng)化；加入少量的Nb、V細(xì)化晶粒，其碳氮化物起到彌散強(qiáng)化作用；加入適量的Cr、N1、Mo等合金元素，提高鋼板淬透性及低溫沖擊韌性，具有良好的力學(xué)性能。
[0013]本發(fā)明方法通過(guò)調(diào)整優(yōu)化鋼板中合金元素的配比，能在低碳當(dāng)量條件下確保鋼板力學(xué)性能良好，使鋼板具有良好的組織、綜合性能和焊接性能。本發(fā)明方法采用晾鋼軋制工藝，解決了軋機(jī)軋制壓力不足而造成的晶粒粗大不均、有優(yōu)良的綜合性能；低溫韌性有相當(dāng)大的富裕量，可廣泛用于海洋鉆井平臺(tái)工程、海洋風(fēng)力發(fā)電工程等，應(yīng)用前景廣闊。本發(fā)明方法采用淬火+回火的熱處理工藝，得到鋼板組織以馬氏體為主，并含有少量貝氏體的復(fù)合組織，鋼板組織均勻、細(xì)小。
[0014]本發(fā)明的鋼質(zhì)更純凈，P彡0.010%，S彡0.003% ;低溫沖擊功高，板厚1/4處-60°C橫向沖擊功120J以上；鋼板強(qiáng)度高，板厚四分之一橫向拉伸830MPa以上；鋼板焊接評(píng)定實(shí)驗(yàn)表明焊接性能良好；試驗(yàn)結(jié)果表明:采用本發(fā)明的方法所生產(chǎn)的鋼板具有純凈度較高、_60°C沖擊功及強(qiáng)度及焊接性能好的特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0016]實(shí)施例1:本大厚度F690級(jí)海洋工程用高強(qiáng)鋼板采用下述成分配比以及生產(chǎn)工
-H-
O
[0017]本高強(qiáng)鋼板厚度為50_，成分重量配比為:C 0.08%、Si 0.25%、Mn 1.18%、P0.008%、S 0.002%、Ni 0.50%、Cr 0.52%、Mo 0.30%、Nb 0.025%、V 0.045%、B 0.0010、TAl(全鋁)0.055%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0018]本高強(qiáng)鋼板的生產(chǎn)步驟如下:(I)冶煉工序:鋼水先經(jīng)電爐冶煉，再送入LF精煉爐精煉，鋼水溫度達(dá)到1580°C轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理；真空度為66.6Pa，真空保持時(shí)間20分鐘，真空前加入CaSi塊排出鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純凈。
[0019](2)澆鑄工序:將冶煉后的鋼水連鑄澆鑄，澆鑄溫度為1532°C，得到連鑄坯。
[0020](3)加熱工序:連鑄坯進(jìn)行加熱處理，700°C裝爐后預(yù)熱保溫2小時(shí)，升溫速度為100C /h，最高加熱溫度1220°C，均熱溫度1200°C，總加熱時(shí)間12min/cm (連鑄坯厚度)，其中均熱保溫時(shí)間60min。
[0021](4)乳制工序:米用 TMCP 型乳制工藝(ThermoMechanicalControlProcess:熱機(jī)械控制工藝)，I階段軋制溫度為1100°c，單道次壓下量為10%?25%，累計(jì)壓下率為60%?70%，晾鋼厚度100mm; II階段軋制溫度為910°C，單道次壓下量為10%?27%，累計(jì)壓下率為30%?40%，終軋溫度830°C，軋后澆小水量冷卻，出水溫度800°C。
[0022](5)熱處理工序:對(duì)所得鋼板在輥底式爐進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，淬火工藝:加熱溫度910±5°C，加熱時(shí)間2.5min/mm(鋼板厚度)，高壓段最大水量4480m3/h，輥速2m/min ;低壓段搖擺時(shí)間15min，出爐返紅溫度30°C。采用輥底式回火爐回火，回火工藝:加熱溫度640°C，加熱時(shí)間4.0min/mm,出爐后空冷；即可得到所述的高強(qiáng)鋼板。
[0023]本高強(qiáng)鋼板的力學(xué)性能:屈服強(qiáng)度765MPa，抗拉強(qiáng)度855MPa，延伸率為20%，厚度1/4位置-60°C沖擊145J，該鋼板的強(qiáng)韌性匹配良好。
[0024]實(shí)施例2:本高強(qiáng)鋼板采用下述成分配比以及生產(chǎn)工藝。
[0025]本高強(qiáng)鋼板厚度為100mm，成分重量配比為:C 0.11%、Si 0.25%、Mn 1.11%、P0.007%、S 0.001%、Ni 1.48%、Cr 0.95%、Mo 0.43%、Nb 0.027%、V 0.051%、B 0.0005%、TAl0.047%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0026]本高強(qiáng)鋼板的生產(chǎn)步驟如下:(I)冶煉工序:鋼水先經(jīng)電爐冶煉，再送入LF精煉爐精煉，鋼水溫度達(dá)到1585°C轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理；真空度為66.6Pa，真空保持時(shí)間25分鐘，真空前加入CaSi塊排出鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純凈。
[0027](2)澆鑄工序:將冶煉后的鋼水連鑄澆鑄，澆鑄溫度為1540°C，得到連鑄坯。
[0028](3)加熱工序:連鑄坯進(jìn)行加熱處理，700°C裝爐后預(yù)熱保溫2小時(shí)，升溫速度IlO0C /h，最高加熱溫度1220°C，均熱溫度1210°C，總加熱時(shí)間13min/cm，其中均熱保溫時(shí)間 80min。
[0029](4)軋制工序:采用TMCP型軋制工藝，I階段軋制溫度為1050°C，單道次壓下量為10%?25%，累計(jì)壓下率為60%?70%，晾鋼厚度180mm ； II階段軋制溫度為890°C，單道次壓下量為10%?15%，累計(jì)壓下率為30%?40%，終軋溫度818°C，軋后澆小水量冷卻，出水溫度790。。。
[0030](5)熱處理工序:對(duì)所得鋼板在輥底式爐進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，淬火工藝，加熱溫度910 ± 5 °C，加熱時(shí)間2.2min/mm,高壓段最大水量(4430m3/h )，輥速2m/min，低壓段搖擺20min，出爐返紅溫度38°C?；鼗鸸に嚕訜釡囟?45°C，加熱時(shí)間4.0min/mm,出爐后空冷；即可得到所述的高強(qiáng)鋼板。
[0031]本高強(qiáng)鋼板的力學(xué)性能:屈服強(qiáng)度725MPa，抗拉強(qiáng)度830MPa，1/4位置