專利名稱：屈服強度500MPa級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種屈服強度500MI^級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚 鋼板的制造方法。
背景技術(shù)：
造船用鋼一般是指按船級社建造規(guī)范要求生產(chǎn)的用于制造船體結(jié)構(gòu)的鋼材，目前 我國幾大鋼鐵企業(yè)均有生產(chǎn)，而且可以按照用戶需要生產(chǎn)不同國家規(guī)范的船用鋼材。船體 結(jié)構(gòu)用鋼按照其最小屈服點劃分強度級別為一般強度結(jié)構(gòu)鋼和高強度結(jié)構(gòu)鋼。中國船級 社規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的一般強度結(jié)構(gòu)鋼分為A、B、D、E四個質(zhì)量等級；中國船級社規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的高強 度結(jié)構(gòu)鋼分為三個強度級別，每一強度級別按沖擊韌性分為四個等級A32、A36、A40、D32、 D36、D40、E32、E36、E40、F32、F36、F40共12級。為保證船舶的安全性和可靠性，各國船級 社對不同規(guī)格、牌號船板的化學(xué)成分、機械性能和交貨狀態(tài)都有嚴(yán)格的規(guī)定，同時還要求各 牌號的鋼板具有良好的焊接性能和耐海水腐蝕性能。我國目前尚無專用的海洋平臺用鋼標(biāo)準(zhǔn)，所用平臺鋼大多采用美國海洋結(jié)構(gòu)用鋼 API規(guī)范，或由船用鋼、壓力容器用鋼等移植而來，并且要滿足我國海上固定(移動)平臺入 級與建造規(guī)范的要求。海洋平臺的服役環(huán)境惡劣，除承受重力載荷外，還要考慮到風(fēng)載荷、 波浪載荷、海流載荷、冰載荷、地震載荷等的影響，這就決定了海洋平臺用鋼的特殊性，特別 是平臺節(jié)點用Z向鋼要求高強度、高韌性、抗疲勞、耐腐蝕、抗層狀撕裂以及可焊性好等性 能。近年來，市場對于高強度、厚規(guī)格海洋平臺用鋼的需求越來越大，而我國在這方面的技 術(shù)能力還比較落后，迫切需要研發(fā)系列擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高強度、高韌性、厚規(guī)格的海洋 平臺用鋼，這對于充分利用我國海域資源，實現(xiàn)國家的能源戰(zhàn)略也具有深遠(yuǎn)的意義。在厚度大于60mm，屈服強度大于500MPa的F級海洋平臺鋼的生產(chǎn)中，若只采用 TMCP (Thermo-mechanical Control ftOcess 熱機械軋制工藝)技術(shù)，一方面，易受到軋機 設(shè)備能力的限制，難以保證足夠的道次下壓量，對強度和韌性都有損害；另一方面，受到冷 卻設(shè)備能力的限制，冷卻速率難以保證，從而極易造成厚度方向顯微組織不均勻，以致難以 獲得較好的抗層狀撕裂性能與低溫韌性。因此，在上述海洋平臺鋼的工業(yè)化生產(chǎn)中，合理的 熱處理工藝的應(yīng)用是十分必要的。相關(guān)專利的申請(1)、公開號為JP6240355A，發(fā)明名稱為“高韌性TMCP型厚鋼板的制造方法”的日 本專利公開文本，其合金設(shè)計成分簡單，只要求C含量為0. Iwt %以下，但是在TMCP工藝中 的變形量及溫度參數(shù)要求過于嚴(yán)格，對設(shè)備能力要求較高。(2)、公開號為CN101514424A，發(fā)明名稱為“一種TMCP型海洋結(jié)構(gòu)用厚板及其制造 方法”的中國專利公開文本，對于60mm以下D40、E40船體結(jié)構(gòu)及海洋平臺用厚板提供了低 成本TMCP生產(chǎn)方法，但是對于60mm以上高強度、厚規(guī)格鋼板的生產(chǎn)并未提及。(3)、公開號為CN101358320A，發(fā)明名稱為“控軋控冷海洋平臺用鋼及其生產(chǎn)方法” 的中國專利公開文本，軋制鋼板厚度為10 60mm，同樣未提及60mm以上海洋平臺用鋼及制造方法。0)、公開號為CN101613^8A，發(fā)明名稱為“屈服強度460MPa級低屈強比建筑用特 厚鋼板及其制造方法”，采用中碳(碳含量為0. 14 0. 18%)成分體系，調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)80mm 以上特厚鋼板，只保證了 -20°C以下的低溫沖擊韌性，對于如何保證-60°C及-60°C以下的 低溫韌性并未提及。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，為解決厚規(guī)格海洋平臺結(jié)構(gòu)用鋼板的生產(chǎn)問題，本發(fā) 明提供了一種屈服強度500MPa級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板及其制造方法。本發(fā)明在低C、高 Mn的基礎(chǔ)上，復(fù)合添加Nb、V、Ti等微合金元素，并且為改善鋼板低溫韌性添加適量的Ni元 素，結(jié)合TMCP工藝控制及亞溫淬火和回火的熱處理工藝，設(shè)計出了一種高強度、高韌性、厚 規(guī)格海洋平臺用鋼，并提供了所述鋼板的制造方法。本發(fā)明的屈服強度500MI^級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比 為C :0. 05 0. 09wt %, Si :0. 25 0. 38wt %, Mn :1. 3 1. 8wt %，P 彡 0. 006wt %, S 彡 0. 002wt%,Al :0. 02 0. 04wt%,Cr :0. 15 0. 25wt%,Ni :0. 2 1. 0wt%,Cu :0. 18 0. 25wt%,Mo :0. 15 0. 20wt%,V :0. 025 0. 040wt%,Ti :0. 01 0. 02wt%,Nb :0. 06 0. 08wt%，余量為 Fe。本發(fā)明鋼板的部分成分范圍限定理由說明C:是鋼中最經(jīng)濟、最基本的強化元素，通過固溶強化和析出強化作用可以提高鋼 的強度，但是碳對于焊接性有著不良的影響，含碳量愈高，熔點愈低；含碳愈低，熔點愈高， 因此近代鋼的發(fā)展是一個不斷降碳的過程。本發(fā)明中采用碳含量0. 05 0. 09wt%的超低 碳成分。Mn 可以溶入鐵素體，提高鋼的強度和硬度，還能與S形成MnS，以消除S的有害作 用。工業(yè)用鋼一般都含有一定數(shù)量的Mn，它能消除或者減弱鋼因S所引起的熱脆性，從而改 善鋼的熱加工性能。Mn也強烈增加鋼的淬透性。本發(fā)明中錳含量控制為1.3 1.8Wt%。S、P 是鋼中不可避免會存在的有害元素，需要在煉鋼過程中嚴(yán)格控制其含量。本 發(fā)明控制 P 彡 0. 006wt%, S 彡 0. 002wt%。Cr 能顯著改善鋼的抗氧化作用，增加鋼的耐蝕能力?？梢蕴岣咪摰拇阃感裕?鋼經(jīng)過淬火、回火處理后具有較高的綜合力學(xué)性能。本發(fā)明中將Cr含量控制為0. 15
0.^wt %。V:細(xì)化鋼的組織和晶粒，提高晶粒粗化溫度，從而降低鋼的過熱敏感性，并且可以 提高鋼的強度和韌性，還可以增加淬火鋼的回火穩(wěn)定性，并產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)。本發(fā)明中控 制V含量為0. 025 0. 040wt %。Ni 是形成穩(wěn)定奧氏體的主要元素，由于可以降低臨界轉(zhuǎn)變溫度和降低鋼中各元 素的擴散速度，因而可以提高鋼的淬透性。同時，可以顯著改善鋼的低溫韌性，提高鋼的回 火穩(wěn)定性。Ni對酸、堿、鹽以及大氣都有一定的耐蝕能力。本發(fā)明中控制Ni含量為0.2
1.Owt %。本發(fā)明屈服強度500MI^級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板的制造方法，包括冶煉、連鑄、 軋制、淬火和回火等工序
(l)J^j^:WC、Si、P、S、Mn、Al、Nb、V、Ti、Cu、Cr、Ni、Mo* Fe 為原料，進(jìn)行冶煉；(2)、連鑄經(jīng)冶煉后連鑄成坯料；(3)、軋制將坯料加熱至1150 1210°C后，進(jìn)行兩階段軋制，即在奧氏體再結(jié)晶 區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行兩階段控制軋制，粗軋階段開軋溫度為1050 1100°C，粗軋階段終軋 溫度為1050 1080°C，粗軋壓下量控制為20 25%，粗軋與精軋之間采用空冷待溫，精軋 階段開軋溫度為870 890°C，精軋階段終軋溫度為810 850°C，精軋壓下量控制為15 20%,粗軋和精軋各道次間均采用空冷，軋后以10 13°C /s的冷卻速率冷至500 600°C， 之后空冷至室溫；0)、淬火軋后板材進(jìn)行Υ + α兩相區(qū)淬火，將軋態(tài)厚板加熱至兩相區(qū)820 860°C保溫，保溫時間系數(shù)選用1 !Min/mm，之后進(jìn)行淬火，淬火介質(zhì)為常溫水；(5)、回火板材淬火后進(jìn)行回火熱處理，在500 600°C回火，回火時間系數(shù)選用 1 3min/mm。本發(fā)明解決了高級別海洋平臺用鋼生產(chǎn)過程中的兩個關(guān)鍵技術(shù)難題(1)低壓縮 比控軋條件下，采用Y+ α兩相區(qū)淬火與高溫回火相配合的亞溫調(diào)質(zhì)熱處理工藝，保證了 鋼板的高強度與高韌性；( 顯著改善了厚鋼板心部的低溫沖擊韌性。本發(fā)明可制造60mm厚屈服強度為500MI^級海洋平臺結(jié)構(gòu)用鋼，鋼板具有較高的 低溫沖擊韌性(鋼板厚度方向1/4處-60°C和-80°C的橫向夏比沖擊功均可達(dá)到150J以上， 厚度方向1/2處可達(dá)70J以上)。本發(fā)明還顯著改善了厚度大于60mm屈服強度為500MPa 級海洋平臺結(jié)構(gòu)用鋼厚度方向顯微組織不均的問題。


圖14%硝酸酒精溶液腐蝕的本發(fā)明實施例鋼板經(jīng)Υ + α兩相區(qū)淬火后厚度1/4處 的金相照片；圖2用L印era試劑腐蝕的本發(fā)明實施鋼板經(jīng)Y + α兩相區(qū)淬火后厚度1/4處的 金相照片；圖3 4%硝酸酒精溶液腐蝕的本發(fā)明海洋結(jié)構(gòu)用鋼厚度1/4處的金相照片。
具體實施例方式實施例1海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為C :0. 07wt%, Si :0. 32wt%, Mn :1. 5wt%,P 彡 0. 006wt%,S 彡 0. 002wt%,Al :0. 03wt%,Cr :0. 20wt%,Ni :0. 60wt%, Cu :0. 21wt%, Mo :0. 18wt%, V :0. 032wt%, Ti :0. 015wt%, Nb :0. 07wt%，余量為 Fe。鋼板的制造方法為以C、Si、Mn、P、S、Al、Nb、V、Ti、Cu、Cr、Ni、Mo 和 Fe 為原料， 經(jīng)過冶煉，并連鑄成坯料，將坯料加熱至1180°C后，進(jìn)行兩階段軋制，軋后進(jìn)行兩相區(qū)淬火 和高溫回火熱處理，獲得屈服強度為500MPa級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚板。上述的兩階段軋制，即在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行兩階段控制軋制，粗 軋階段開軋溫度為1080°C，粗軋階段終軋溫度為1065°C，粗軋壓下量控制為22%，粗軋與 精軋之間采用空冷待溫，精軋階段開軋溫度為880°C，精軋階段終軋溫度為830°C，精軋壓 下量控制為18%，粗軋和精軋各道次間均采用空冷，軋后以12°C /s的冷卻速率冷至550°C，之后空冷至室溫。上述的Υ + α兩相區(qū)淬火和高溫回火熱處理，是指將軋態(tài)厚板加熱至兩相區(qū) 840°C保溫，保溫時間系數(shù)選用anin/mm，之后進(jìn)行淬火，淬火介質(zhì)為常溫水，然后進(jìn)行 550°C回火，回火時間系數(shù)選用anin/mm。所制備的海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板屈服強度為550MPa。實施例2海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為C :0. 09wt%, Si :0. 38wt%, Mn :1. 8wt%, P 彡 0. 006wt%, S 彡 0. 002wt%, Al :0. 04wt%, Cr :0. 25wt%, Ni :1. Owt%, Cu :0. 25wt%, Mo :0. 20wt%, V :0. 040wt%, Ti :0. Olwt%, Nb :0. 06wt%，余量為 Fe。本發(fā)明鋼板的制造方法為以C、Si、Mn、P、S、Al、Nb、V、Ti、Cu、Cr、Ni、Mo 和 Fe 為 原料，經(jīng)過冶煉，并連鑄成坯料，將坯料加熱至1210°C后，進(jìn)行兩階段軋制，軋后進(jìn)行兩相區(qū) 淬火和高溫回火熱處理，獲得屈服強度為500MI^級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚板。上述的兩階段軋制，即在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行兩階段控制軋制，粗 軋階段開軋溫度為1100°C，粗軋階段終軋溫度為1080°C，粗軋壓下量控制為25%，粗軋與 精軋之間采用空冷待溫，精軋階段開軋溫度為890°C，精軋階段終軋溫度為850°C，精軋壓 下量控制為20%，粗軋和精軋各道次間均采用空冷，軋后以13°C /s的冷卻速率冷至500°C， 之后空冷至室溫。上述的Υ + α兩相區(qū)淬火和高溫回火熱處理，是指將軋態(tài)厚板加熱至兩相區(qū) 860°C保溫，保溫時間系數(shù)選用!Bmin/mm，之后進(jìn)行淬火，淬火介質(zhì)為常溫水，然后進(jìn)行 600°C回火，回火時間系數(shù)選用;3min/mm。所制備的海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板屈服強度為560MPa。實施例3海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為C :0. 05wt%, Si :0. 25wt%, Mn :1. 3wt%,P 彡 0. 006wt%,S 彡 0. 002wt%,Al :0. 02wt%,Cr :0. 15wt%,Ni :0. 20wt%, Cu :0. 18wt%, Mo :0. 15wt%, V :0. 025wt%, Ti :0. 02wt%, Nb :0. 08wt%，余量為 Fe。本發(fā)明鋼板的制造方法為以C、Si、Mn、P、S、Al、Nb、V、Ti、Cu、Cr、Ni、Mo 和 Fe 為 原料，經(jīng)過冶煉，并連鑄成坯料，將坯料加熱至1150°C后，進(jìn)行兩階段軋制，軋后進(jìn)行兩相區(qū) 淬火和高溫回火熱處理，獲得屈服強度為500MI^級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚板。上述的兩階段軋制，即在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行兩階段控制軋制，粗 軋階段開軋溫度為1050°C，粗軋階段終軋溫度為1050°C，粗軋壓下量控制為20%，粗軋與 精軋之間采用空冷待溫，精軋階段開軋溫度為870°C，精軋階段終軋溫度為810°C，精軋壓 下量控制為15%，粗軋和精軋各道次間均采用空冷，軋后以10°C /s的冷卻速率冷至600°C， 之后空冷至室溫。上述的Υ + α兩相區(qū)淬火和高溫回火熱處理，是指將軋態(tài)厚板加熱至兩相區(qū) 820°C保溫，保溫時間系數(shù)選用lmin/mm，之后進(jìn)行淬火，淬火介質(zhì)為常溫水，然后進(jìn)行 500°C回火，回火時間系數(shù)選用lmin/mm。所制備的海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板屈服強度為540MPa。
權(quán)利要求
1.一種屈服強度500MI^級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板，其特征在于所述鋼板的化學(xué)成分 按質(zhì)量百分比為c :0. 05 0. 09wt%, Si :0. 25 0. 38wt%, Mn :1. 3 1. 8wt%, P ^ 0. 006wt%, S 彡 0. 002wt%,Al :0. 02、. 04wt%, Cr :0. 15、. 25wt%, Ni :0. 2^1. 0wt%, Cu :0. 18、. 25wt%,Mo 0. 15 0. 20wt%, V :0. 025 0. 040wt%, Ti :0. θΓθ. 02wt%, Nb :0. 06 0. 08wt%，余量為 Fe。
2.如權(quán)利要求1所述的屈服強度500MI^級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板的制造方法，包括冶 煉、連鑄步驟，經(jīng)冶煉后連鑄成坯料，其特征在于在冶煉、連鑄后進(jìn)行以下步驟(1)、軋制將坯料加熱至115(T1210°C后，進(jìn)行兩階段軋制，即在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和 未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行兩階段控制軋制，進(jìn)行粗軋和精軋，軋后以1(T13°C /s的冷卻速率冷至 50(T60(rC，之后空冷至室溫；(2)、淬火軋后板材進(jìn)行γ+ α兩相區(qū)淬火，將軋態(tài)厚板加熱至兩相區(qū)82(T860°C保 溫，保溫時間系數(shù)選用廣anin/mm，之后進(jìn)行淬火，淬火介質(zhì)為常溫水；(3 )、回火板材淬火后進(jìn)行回火熱處理，在50(T600 °C回火，回火時間系數(shù)選用 1 3min/mm0
3.如權(quán)利要求2所述的屈服強度500MI^級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板的制造方法，其特征 在于在所述的軋制步驟(1)中，粗軋階段開軋溫度為105(T110(TC，粗軋階段終軋溫度為 105(Tl080°C，粗軋壓下量控制為20 25%。
4.如權(quán)利要求2所述的屈服強度500MPa級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板的制造方法，其特 征在于在所述的軋制步驟(1)中，精軋階段開軋溫度為87(T890°C，精軋階段終軋溫度為 81(T850°C，精軋壓下量控制為15 20%。
5.如權(quán)利要求2所述的屈服強度500MI^級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板的制造方法，其特征 在于在所述的軋制步驟(1)中，粗軋與精軋之間采用空冷待溫，粗軋和精軋各道次間均采 用空冷。
全文摘要
一種屈服強度500MPa級海洋平臺結(jié)構(gòu)用厚鋼板及其制造方法，屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域。該鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為C0.05~0.09%，Si0.25~0.38%，Mn1.3~1.8%，P≤0.006%，S≤0.002%，Al0.02~0.04%，Cr0.15~0.25%，Ni0.2~1.0%，Cu0.18~0.25%，Mo0.15~0.20%，V0.025~0.040%，Ti0.01~0.02%，Nb0.06~0.08%，余量為Fe。制造工藝為原料經(jīng)過冶煉，連鑄成坯料，將坯料加熱，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行兩階段控制軋制；軋后進(jìn)行兩相區(qū)淬火和高溫回火熱處理。本發(fā)明能顯著改善鋼板厚度方向顯微組織不均的問題，鋼板具有較好的低溫沖擊韌。
文檔編號B21B37/00GK102127719SQ20111005685
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者劉振宇, 周硯磊, 王國棟 申請人:東北大學(xué)