疲勞強(qiáng)度≥560MPa的海洋鉆井平臺(tái)用鋼及生產(chǎn)方法
【專利摘要】疲勞強(qiáng)度≥560MPa的海洋鉆井平臺(tái)用鋼，其組分及wt%：C：0.03～0.08%,Si:0.55%～0.85%,Mn控制在不超過0.15%,P：0.025～0.05%,S≤0.002%,Ni:0.15%～0.24%，Cu：0.5%～0.9%,Mo：0.39%～0.78%，Cr：0.6～0.9%，Al≤0.002%,Ti≤0.002%,O≤0.002%；生產(chǎn)步驟：冶煉并澆鑄成坯；經(jīng)對(duì)鑄坯常規(guī)加熱后，進(jìn)行第一階段軋制；在輥道上停留后進(jìn)行第二階段軋制；水冷卻；空冷至室溫。本發(fā)明具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，抗疲勞強(qiáng)度不低于560MPa，可顯著延長鋼結(jié)構(gòu)使用壽命，設(shè)計(jì)壽命不低于50年，且生產(chǎn)過程容易控制，操作簡單。
【專利說明】疲勞強(qiáng)度≥ 560MPa的海洋鉆井平臺(tái)用鋼及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋鉆井平臺(tái)用鋼及其生產(chǎn)方法，具體地屬于一種疲勞強(qiáng)度≥560MPa的海洋鉆井平臺(tái)用鋼及生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋鉆井平臺(tái)水下鋼結(jié)構(gòu)在運(yùn)行過程中始終受到海浪、風(fēng)力、地震等外力作用，且這些外力作用于海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的方向處于360。變化中，亦即海洋鉆井平臺(tái)始終處于動(dòng)態(tài)、疲勞載荷作用，因此要求建造海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)具有較高的疲勞強(qiáng)度。目前現(xiàn)有的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)用鋼疲勞強(qiáng)度偏低，一般在234MPa水平，難于勝任大型海洋鉆井平臺(tái)建設(shè)，因此需要開發(fā)一種疲勞強(qiáng)度高于560MPa的結(jié)構(gòu)鋼，用于建造深海大型海洋鉆井平臺(tái)用鋼。
[0003]在本申請(qǐng)以前，中國專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200710105074.1的文獻(xiàn)，公開了一種“耐疲勞龜裂擴(kuò)展性優(yōu)異的鋼板”，其化學(xué)成分為c:0.03~0.30%, S1:0.5%以下(不含0% )、Mn:0.8~2%、Al:0.01 ~0.1 %、Ν:0.010% 以下(不含 0%)、Ρ:0.03% 以下(不含 0%)以及S:0.01%以下(不含0% )，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)，從Z方向(板厚方向)向看位于深t/4(t =板厚)的位置(以下簡稱為“所述位置”)的組織，實(shí)質(zhì)上由鐵素體和硬質(zhì)相的混合組織構(gòu)成。中國專利申請(qǐng)CN200580016357.8公開了 “耐疲勞裂紋擴(kuò)展性優(yōu)異的鋼板及其制造方法”，該船舶用耐腐蝕鋼材以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.01~0.10%,S1:0.03~0.6%、Mn:0.3 ~2%、sol.Al:0.001 ~0.1 %、N:0.0005 ~0.008%，根據(jù)需要含有從 I群~3群之中的至少I群選擇出的I種以上的元素，余量為Fe和雜質(zhì)，且金屬組織以面積率計(jì)為30 %以上的貝氏體組織，合計(jì)5 %以下的馬氏體組織和珠光體組織，余量是鐵素體組織。上述2項(xiàng)專利技術(shù)不足在于鋼中添加了 Al:0.01~0.l%,Mn:0.8~2%，易產(chǎn)生降低疲勞強(qiáng)度的Al2O3, MnS等，若用于建造海洋鉆井平臺(tái)，疲勞強(qiáng)度及疲勞壽命難于達(dá)到預(yù)期。中國專利申請(qǐng)CN200710113230.9公開了 “一種高強(qiáng)度耐疲勞鋼材及其制造方法”，通過添加適量的Nb、Ti元素微合金化，采用復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、板坯連鑄、加熱、高壓水除鱗、熱軋層流冷卻，卷取工藝，生產(chǎn)出成分重量百分比為:C% 0.07~0.13, Si% 0.15~0.35，Mn% 1.0 ~1.3,P%^0.025,S%^0.010,Nb% 0.015 ~0.020，Ti % 0.010 ~0.025，Alt %0.015~0.050，其余為Fe和微量雜質(zhì)的高強(qiáng)度耐疲勞鋼，該種鋼疲勞極限達(dá)到510MPa。該專利技術(shù)不足在于鋼中添加了 Ti% 0.010~0.025，易產(chǎn)生降低疲勞強(qiáng)度的TiN，亦易降低海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)疲勞壽命。中國專利申請(qǐng)CN200480001049.3公開了“疲勞強(qiáng)度優(yōu)良的高強(qiáng)度鋼材及其制造方法”，本發(fā)明提供一種同時(shí)具有如下優(yōu)良的強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的高強(qiáng)度鋼材:母材強(qiáng)度在1000MPa以上、旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強(qiáng)度在550MPa以上。使其為含有C:0.3~0.8質(zhì)量％、S1:0.01~0.9質(zhì)量％以及Mn:0.01~2.0質(zhì)量％，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)的組成，并使鋼組織為粒徑在7 μ m以下的鐵素體和滲碳體組織、或者粒徑在7 μ m以下的鐵素體、滲碳體和珠光體組織。而且使高頻淬火后的表層部為原奧氏體粒徑在12 μ m以下的馬氏體組織?；蛘叩幚砗蟮谋韺硬繛殍F素體組織的粒徑在IOym以下的微細(xì)組織。該專利技術(shù)不足在于由鐵素體、滲碳體(Fe3C)和珠光體不同組織構(gòu)成，在疲勞載荷作用下，不同組織之間易產(chǎn)生裂紋，降低鋼的疲勞強(qiáng)度和鋼結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的在海洋環(huán)境下疲勞強(qiáng)度的不足，提供一種具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和疲勞強(qiáng)度，可顯著延長鋼結(jié)構(gòu)使用壽命，且生產(chǎn)過程容易控制，操作簡單的疲勞強(qiáng)度> 560MPa的海洋鉆井平臺(tái)用鋼及其生產(chǎn)方法。
[0005]用于建造深水海洋鉆井平臺(tái)鋼材的疲勞強(qiáng)度是提高鋼結(jié)構(gòu)可靠性、延長鋼結(jié)構(gòu)服役壽命的重要因素之一。 本發(fā)明顯著特征在于通過添加適量的置換固溶強(qiáng)化合金元素如Cr,Mo, Si等，以提高母材強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度，少添加間隙固溶強(qiáng)化合金元素如C，控制鋼中易形成夾雜且降低疲勞強(qiáng)度及疲勞壽命的合金元素如Mn、T1、Al、O等。本發(fā)明另一特征在于添加適量的合金元素并實(shí)施本發(fā)明的制造方法，獲得疲勞強(qiáng)度> 560MPa的鋼材，使得采用本發(fā)明申請(qǐng)制造的深水海洋鉆井平臺(tái)安全運(yùn)行由原來的20~30年提高至50年。
[0006]實(shí)現(xiàn)上述目的的措施:
疲勞強(qiáng)度≤560MPa的海洋鉆井平臺(tái)用鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.03~
0.08%, S1: 0.55% ~0.85%, Mn 控制在不超過 0.15%, P:0.025 ~0.05%, S ≤ 0.002%,N1: 0.15% ~0.24%, Cu:0.5% ~0.9%, Mo:0.39% ~0.78%, Cr:0.6 ~0.9%, Al ( 0.002%,Ti ( 0.002%, O≤0.002%，余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]優(yōu)選地:S1: 0.63% ~0.72%。
[0008]優(yōu)選地:Mn控制在0.013~0.13%。
[0009]優(yōu)選地:Ni:0.16 ~0.193%。
[0010]優(yōu)選地:Mo:0.39 ~0.71%。
[0011]生產(chǎn)疲勞強(qiáng)度> 560MPa的海洋鉆井平臺(tái)用鋼的方法，其步驟:
1)鐵水經(jīng)深脫S處理，煉鋼過程采用真空系統(tǒng)精煉鋼水，并澆鑄成坯；
2)經(jīng)對(duì)鑄坯進(jìn)行常規(guī)加熱后，進(jìn)行第一階段軋制:控制第一階段開軋溫度不低于9900C，結(jié)束溫度不超過980°C ；
3)在輥道上停留20秒~50秒
4)進(jìn)行第二階段軋制，并控制其開軋溫度在850~919°C，終軋溫度在769~849°C；
5)進(jìn)行水冷卻，控制冷卻后溫度在200~240°C；
6)空冷至室溫。
[0012]本發(fā)明中各元素及主要工序的作用
C:0.03~0.08%,在鋼中添加少量的合金元素C，在由間隙強(qiáng)化方式適量提高鋼的強(qiáng)度的同時(shí)，盡可能降低形成降低鋼的疲勞強(qiáng)度的Fe3C和珠光體。
[0013]P:0.025~0.05%，鋼中添加適量的P可顯著提高鋼的強(qiáng)度，且P不易與其它元素形成不同于基體的硬質(zhì)相，避免降低鋼的疲勞強(qiáng)度，但若鋼中P含量高于0.05%，易導(dǎo)致鋼材脆性。
[0014]S1: 0.55% ~0.85%, N1: 0.15% ~0.24%, Cu:0.5% ~0.9%, Mo:0.39% ~0.78%,Cr:0.6~0.9%，鋼中添加適量的置換強(qiáng)化合金元素，有利于提高鋼的母材強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。
[0015]Mn、S、Al、T1、0等元素為本發(fā)明申請(qǐng)的控制元素，并設(shè)置Mn≤0.15%, S^0.002%,Al ( 0.002%, Ti ( 0.002%, O≤0.002%,目的在于減少鋼材中形成夾雜MnS、Al203、TiN等，因這些夾雜在鋼中顯著降低疲勞強(qiáng)度。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，抗疲勞強(qiáng)度不低于560MPa，可顯著延長鋼結(jié)構(gòu)使用壽命，設(shè)計(jì)壽命不低于50年，且生產(chǎn)過程容易控制，操作簡單。目前，大多采用的鋼材是AH36、DH36、H136等，其疲勞強(qiáng)度一般低于300MPa，建造的海洋鉆井平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)壽命為20~30年，主要原因之一就是，采用建造的鋼材疲勞強(qiáng)度較低，在不斷變化的海浪、颶風(fēng)等外載荷作用下，鋼材易產(chǎn)生疲勞斷裂，導(dǎo)致鉆井平臺(tái)整體坍塌，造成損失。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖為本發(fā)明的金相組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述:
表1為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的取值列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例性能檢測(cè)情況列表。
[0019]本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(chǎn):
其步驟:
1)鐵水經(jīng)深脫S處理，煉鋼過程采用真空系統(tǒng)精煉鋼水，并澆鑄成坯；
2)經(jīng)對(duì)鑄坯進(jìn)行常規(guī)加熱后，進(jìn)行第一階段軋制:控制第一階段開軋溫度不低于9900C，結(jié)束溫度不超過980°C ；
3)在輥道上停留20秒~50秒
4)進(jìn)行第二階段軋制，并控制其開軋溫度在850~919°C，終軋溫度在769~849°C；
5)進(jìn)行水冷卻，控制冷卻后溫度在200~240°C；
6)空冷至室溫。
[0020]表1.本發(fā)明實(shí)施例與比較鋼化學(xué)成分(wt.%)
【權(quán)利要求】
1.疲勞強(qiáng)度≤560MPa的海洋鉆井平臺(tái)用鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.03~0.08%, S1: 0.55% ~0.85%, Mn 控制在不超過 0.15%, P:0.025 ~0.05%, S ≤ 0.002%,N1: 0.15% ~0.24%, Cu:0.5% ~0.9%, Mo:0.39% ~0.78%, Cr:0.6 ~0.9%, Al ≤ 0.002%,Ti ≤ 0.002%, O≤0.002%，余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的疲勞強(qiáng)度≥560MPa的海洋鉆井平臺(tái)用鋼，其特征在于:S1:0.63% ~0.72%。
3.如權(quán)利要求1所述的疲勞強(qiáng)度≥560MPa的海洋鉆井平臺(tái)用鋼，其特征在于:Mn控制在 0.013 ~0.13%。
4.如權(quán)利要求1所述的疲勞強(qiáng)度≥560MPa的海洋鉆井平臺(tái)用鋼，其特征在于:Ni:0.16 ~0.193%。
5.如權(quán)利要求1所述的疲勞強(qiáng)度≥560MPa的海洋鉆井平臺(tái)用鋼，其特征在于:Mo:0.39 ~0.71%。
6.生產(chǎn)疲勞強(qiáng)度≥560MPa的海洋鉆井平臺(tái)用鋼的方法，其步驟: 1)鐵水經(jīng)深脫S處理，煉鋼過程采用真空系統(tǒng)精煉鋼水，并澆鑄成坯； 2)經(jīng)對(duì)鑄坯進(jìn)行常規(guī)加熱后，進(jìn)行第一階段軋制:控制第一階段開軋溫度不低于990°C，結(jié)束溫度不超過980°C ； 3)在輥道上停留20秒~50秒4)進(jìn)行第二階段軋制，并控制其開軋溫度在850~919°C，終軋溫度在769~849°C； 5)進(jìn)行水冷卻，控制冷卻后溫度在200~240°C； 6)空冷至室溫； 7)出爐并空冷至室溫。
【文檔編號(hào)】B21B37/74GK103938104SQ201410197337
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】陳顏堂, 程吉浩, 張開廣, 劉文斌, 王憲軍, 楊秀利 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司