專(zhuān)利名稱(chēng)：：抗層狀撕裂性能優(yōu)良的工程用鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及合金高強(qiáng)鋼制造領(lǐng)域，具體屬于用于海洋鉆井平臺(tái)、遠(yuǎn)洋船舶、大型橋梁、高層建筑等鋼結(jié)構(gòu)工程并能抗層狀撕裂的鋼種及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
：海洋鉆井平臺(tái)、遠(yuǎn)洋船舶、大型橋梁、高層建筑等鋼結(jié)構(gòu)工程對(duì)鋼材的性能要求越來(lái)越高，不僅要求鋼材具有良好的基本力學(xué)性能，還要求具有優(yōu)良的層狀抗撕裂性能，即z向性能。一般地，采用鋼板厚度方向標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣的斷面收縮率Zz來(lái)衡量鋼板抗層狀撕裂性能的優(yōu)劣，對(duì)于厚度大于15mm的鋼板，通常要求Zz》15%(記為Z15)、Zz》25%(記為Z25)、Zz》35%(記為Z35)。鋼結(jié)構(gòu)工程如果用抗撕裂性能鋼建造，可以保證工程質(zhì)量，提高工程使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益巨大。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好抗撕裂性能鋼及其制造技術(shù)，滿(mǎn)足巨型船舶、海上鉆井平臺(tái)、大型橋梁、高層建筑用鋼的需求。在本發(fā)明申請(qǐng)以前，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00810119506.9公開(kāi)了一種"控軋控冷海洋平臺(tái)用鋼及其生產(chǎn)方法"，其化學(xué)組分及重量百分比含量為C0.050.09%，Mnl.201.60%，Si0.200.50%，NbO.030.05%,Ti0.0100.020%，V0.030.06%，S《0.005%，Als0.0200.040%，P《0.015%，余量為Fe及雜質(zhì)。采用熱機(jī)械控制工藝過(guò)程(TMCP)進(jìn)行生產(chǎn)，將按成分冶煉好的鋼水澆鑄成220250ram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(kāi)軋溫度在1060116(TC;精軋開(kāi)軋溫度在840940。C;終軋溫度在780820°C;乳制鋼板厚度1060mm。丌始冷卻溫度在760810°C;終止冷卻溫度在55065(TC;冷卻速率在1017°C/s。其不足在于采用TMCP工藝生產(chǎn)的鋼板微觀組織結(jié)構(gòu)不均勻，帶狀組織嚴(yán)重，雖然可應(yīng)用于海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)建造，但不是一種理想的抗層狀撕裂鋼，因?yàn)槠鋃z》35M，僅滿(mǎn)足基本技術(shù)要求，富裕量較小，在施工中仍會(huì)發(fā)生層狀撕裂的問(wèn)題。另一項(xiàng)中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?4115981.7的文獻(xiàn)，其公開(kāi)了一種"適于高溫多濕環(huán)境的耐海水腐蝕鋼及其制造方法"，通過(guò)鑄造、熱軋后以320°C/sec的冷速加速冷卻，在40(TC60(TC溫度范圍停止加速冷卻，然后空冷。其不足在于微合金化元素太多，包括難于控制的元素N、REM等，冶煉過(guò)程中不易操作，難于控制其成分精度，增加了生產(chǎn)難度，提高了成本，并且成形過(guò)程中釆用軋后控制冷速冷卻工藝，降低了設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率，難于在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中推廣應(yīng)用。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00610024963.O公開(kāi)了"一種抗海水和潮濕環(huán)境腐蝕鋼"，其化學(xué)成分為C:0.06%0.09%,Si:0,20%0.50%,Mn:0.30%0.德，Cr:1.00%1.20%，Al:0.40%0.60%,Mo:0.25%0.35%,P《0.015%,S《0.010%，Cu《0.15%,Ni《0.20。/。，Ti《0.020%,Sn《0..020%,As《0.020%,Pb《0.0025%，Bi《0.010%，Sb《0.004%,[N]《0.030%,《0.0025%,[H]《0.00015°/。，余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。類(lèi)似的，另一項(xiàng)中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200610024179.X公開(kāi)了"一種耐海水腐蝕鋼及其生產(chǎn)方法"，該兩項(xiàng)耐海水腐蝕鋼專(zhuān)利技術(shù)的化學(xué)成分十分復(fù)雜，而且對(duì)難于控制的合金元素提出了精度要求，顯著增加了生產(chǎn)難度和成本。鋼中價(jià)格昂貴的合金元素Mo含量較高，是一種不經(jīng)濟(jì)的鋼種，且鋼中A1含量很高，給生產(chǎn)該鋼種帶來(lái)很大困難，尤其是在澆鑄過(guò)程中，形成的含A1氧化物及氮化物容易堵塞澆鑄水口，造成生產(chǎn)事故。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有專(zhuān)利技術(shù)及服役的同類(lèi)鋼板的不足，提供一種具有優(yōu)異抗層狀撕裂性能，并依據(jù)本申請(qǐng)所述的生產(chǎn)方法使鋼的抗拉強(qiáng)度》520MPa，厚度方向拉伸斷面收縮率Zz》55L組分及工藝簡(jiǎn)單，成本較低的能抗層狀撕裂的工程用鋼及其生產(chǎn)方法實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)措施-抗層狀撕裂性能優(yōu)良的工程用鋼，其化學(xué)成分按重量百分比為C:0.050.35%,Si:0.01%0.85%,Mn:0.30%1.50%,P《0.015%,S《0.008%,Cr:0.15%0.85%,Ni:0.10%0.55%，Zr:0.0050.055%，余Fe和不可避免的雜質(zhì)，且化學(xué)成分滿(mǎn)足以下關(guān)系式(1):C+Cr《2Mn+Ni《3.50%(2):C+S《Zr+Cr《0.85%其在于優(yōu)選的C、Si、Zr的化學(xué)成分按重量百分比為C:0.070.20%，Si:0.080.45%，Zr:0.010.035%。生產(chǎn)抗層狀撕裂性能優(yōu)良的工程用鋼的方法其在于在常規(guī)的冶煉過(guò)程中采用吹氬、真空系統(tǒng)精煉，鋼坯均熱溫度115(TC130(TC，保溫時(shí)間至少為3小時(shí)；可逆軋機(jī)軋制過(guò)程開(kāi)軋溫度控制至少為IIO(TC，終軋溫度控制在85(TC95(TC，在86(TC960'C條件下進(jìn)行正火熱處理，自然冷卻至常溫。本發(fā)明主要合金元素含量的設(shè)定及制造方法，依據(jù)以下原理-對(duì)于采用連鑄板坯軋制厚度大于15mm的鋼板，由于鑄坯中心偏析、夾雜物或有害元素的影響導(dǎo)致鋼板抗撕裂性能降低，有的甚至不能滿(mǎn)足施工要求。海洋鉆井平臺(tái)、大型遠(yuǎn)洋船舶、橋梁、高層建筑等用鋼厚度一般高于15mm，且在施工過(guò)程中鋼板冷變形量較大，如果鋼板抗撕裂性能低劣，鋼結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中就會(huì)開(kāi)裂，造成事故。本發(fā)明解決鋼板撕裂缺陷的關(guān)鍵在于釆用適量Zr處理，對(duì)鋼中不可避免存在的雜質(zhì)進(jìn)行有效變質(zhì)，形成顆粒細(xì)小、彌散分布且呈圓形的夾雜物，消除集中分布、顆粒較大(一般直徑》5)um)的有害夾雜物，同時(shí)，降低鋼坯合金元素偏析程度，提高鋼質(zhì)，避免成品鋼板在加工和使用過(guò)程中出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。設(shè)定化學(xué)成分滿(mǎn)足關(guān)系式C+Cr《2Mn+Ni，目的在于通過(guò)合金元素Mn和Ni的作用，降低鋼中C、Cr的偏析程度，反之，如果C、Cr偏析嚴(yán)重，經(jīng)軋制后會(huì)形成嚴(yán)重的帶狀組織，易在晶界形成CrA系列化合物，弱化晶界，導(dǎo)致抗撕裂性能變低劣。設(shè)定2Mn+Ni《3.501目的在于在滿(mǎn)足抗撕裂性能的前提下，盡可能減少鋼中合金元素Mn、Ni的含量，降低生產(chǎn)成本，提高鋼種冶煉效率。鋼中非金屬硫化物夾雜容易變形，沿軋制方向拉長(zhǎng)，破壞了鋼中金屬的連續(xù)性，極易造成鋼板撕裂，因此設(shè)定C+S《Zr+Cr，通過(guò)添加適量的合金元素Zr、Cr，一方面遏制鋼中C的偏析，另一方面，對(duì)鋼中硫化物進(jìn)行有效變質(zhì)，變有害夾雜物為無(wú)害夾雜物，可大幅度提高鋼的抗撕裂性能，但Zr屬于貴金屬元素，故設(shè)定Zr+Cr《0.85%,目的在于在滿(mǎn)足生產(chǎn)條件和鋼板質(zhì)量的前提下，盡可能減少鋼中合金元素含量，降低生產(chǎn)難度，另一方面，降低生產(chǎn)成本。以下簡(jiǎn)述本發(fā)明鋼中選定各合金元素及成分范圍的理由?？顾毫研阅芄こ逃娩摲N一般要求鋼板厚度大于15mm，最大厚度可達(dá)300mra。眾所周知，鋼的強(qiáng)度一般隨厚度的增加而降低。而C是鋼中較為有效、經(jīng)濟(jì)的間隙強(qiáng)化元素，控制鋼中一定C含量可保障鋼的強(qiáng)度，但是過(guò)高的C含量會(huì)增加偏析程度，降低抗撕裂性能，且使鋼的斷裂韌性顯著降低，綜合平衡鋼的力學(xué)性能和抗撕裂性能，故將C含量的取值范圍確定為0.05-0.35%。Si是一種廉價(jià)的置換強(qiáng)化元素，加入鋼中可顯著提高鋼的強(qiáng)度，雖對(duì)鋼的抗撕裂性能影響不大，但如果鋼中Si含量偏高，會(huì)使鋼的韌性，尤其使低溫初性明顯降低，綜合鋼的強(qiáng)度及韌性?xún)煞矫娴目紤]，將Si的成分范圍確定為0.01-0.85%.Mn不僅可以增加鋼的強(qiáng)度，還可以降低鋼的相變溫度，通過(guò)控制軋制過(guò)程，細(xì)化晶粒，在提高鋼的強(qiáng)度同時(shí)提高其斷裂韌性，但若鋼中Mii含量偏高，則會(huì)形成數(shù)量較多的MnS，降低鋼的抗撕裂性能，故將Mn含量的范圍設(shè)定為0.30-1.50%。鋼中添加適量Cr，可抑制環(huán)C原子擴(kuò)散，降低C的偏析，有利于抗撕裂性能的提高，另一方面，適量的Cr可提高鋼的強(qiáng)度。但過(guò)量的Cr含量，會(huì)形成沿晶界分布的網(wǎng)狀Cr的碳化、勿，導(dǎo)致鋼的脆性增加，降低鋼的抗撕裂性能，故將Cr含量范圍設(shè)定為0.15%0.85%。鋼中Ni對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，但可提高鋼的韌性，尤其是低溫韌性，且鋼中添加適量的Ni，可抑制其它合金元素的擴(kuò)散，減少合金元素偏析，提高抗撕裂性能。因Ni是貴重元素，且資源緊缺，若加入量過(guò)多，增加生產(chǎn)成本，造成不必要的浪費(fèi)，故將Ni含量范圍設(shè)定為0.纖0.55%。Zr是對(duì)鋼中有害夾雜物變質(zhì)作用十分有效的合金元素，可將鋼中粗大、集中分布和非圓形夾雜物變質(zhì)成無(wú)害夾雜物，顯著提高鋼的抗撕裂性能。Zr的熔點(diǎn)較高，若過(guò)量加入，增加生產(chǎn)難度，提高生產(chǎn)成本，故將Zr的范圍設(shè)定為0.0050.055LP、S是鋼中有害的雜質(zhì)元素，降低鋼的韌性，含量越低越好，但若將其含量限定得過(guò)低，會(huì)增加生產(chǎn)難度，提高生產(chǎn)成本，因此在不影響鋼的抗沖刷磨蝕性能的前提下，將鋼得P、S含量分別限定在P《0.015%及S《0.010%常規(guī)范圍。以下簡(jiǎn)述生產(chǎn)方法所依據(jù)的原理鋼的制造方法冶煉過(guò)程采用吹氬、真空精練，目的在于減少鋼中[O]、[N]、[H]等有害氣體，均勻成分，通過(guò)真空循環(huán)精練，鋼中有害夾雜物充分上浮到鋼水表面渣中，凈化鋼水。鋼坯均熱溫度115(TC130(TC，保溫時(shí)間至少3小時(shí)，足夠高的溫度和時(shí)間確保鋼坯表層及中心部位全部奧氏體化，便于軋制，使高溫下形成的粗大晶粒充分細(xì)化，改善鋼的性能。將開(kāi)軋溫度設(shè)定為至少為IIO(TC，一般在110(TC—128(TC開(kāi)始粗軋，因?yàn)樵O(shè)定過(guò)低，會(huì)有一些第二相沉淀析出，在軋制過(guò)程中產(chǎn)生裂紋，造成廢品。另一方面，若開(kāi)軋溫度過(guò)低必將導(dǎo)致精軋溫度降低，過(guò)低的終軋溫度易形成部分特別粗大的晶粒，使得鋼的機(jī)械性能降低。終軋溫度設(shè)定在85(TC95(TC范圍，因?yàn)樵摐囟确秶幱诜窃俳Y(jié)晶區(qū)軋制過(guò)程，在該溫度范圍軋制可以獲得良好的微觀組織和理想的綜合力學(xué)性能。最后在86(TC96(TC溫度范圍進(jìn)行正火熱處理，改善微觀組織結(jié)構(gòu)，使組織進(jìn)一步均勻化，提高鋼的抗層狀撕裂性能。本發(fā)明鋼及其制造技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1.化學(xué)成分相對(duì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)工藝過(guò)程容易操作，生產(chǎn)成本較低。2.具有優(yōu)良的抗撕裂性能。具體實(shí)施例方式按照本申請(qǐng)生產(chǎn)抗層狀撕裂性能優(yōu)良的工程用鋼的方法在常規(guī)的冶煉過(guò)程中采用吹氬、真空系統(tǒng)精煉，鋼坯均熱溫度1150°C1300°C，保溫時(shí)間至少為3小時(shí)；可逆軋機(jī)軋制過(guò)程開(kāi)軋溫度控制至少為1100°C，終軋溫度控制在85(TC95(TC，在860'C960'C條件下進(jìn)行正火熱處理，自然冷卻至常溫，在組分設(shè)計(jì)要求范圍，冶煉了6批本發(fā)明實(shí)施例鋼，其組分取值數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，表2為生產(chǎn)本發(fā)明鋼的工藝過(guò)程、對(duì)抗層狀撕裂性能Zz及抗拉強(qiáng)度的檢測(cè)結(jié)果表。從表2可見(jiàn)，本發(fā)明鋼的層狀撕裂性能Zz》55%，表明其具有良好的抗層狀撕裂性能。對(duì)比鋼7由于化學(xué)成分不滿(mǎn)足關(guān)系式(1)，不僅抗拉強(qiáng)度低于520MPa，且抗層狀撕裂性能Zz較低，僅為.33%，未達(dá)到一般技術(shù)要求的35%.對(duì)比鋼8由于化學(xué)成分不滿(mǎn)足關(guān)系式(2)，雖然抗拉強(qiáng)度高于520MPa，但抗層狀撕裂性能Zz很低，為28%，在工程建造過(guò)程中容易發(fā)生層狀撕裂，工程質(zhì)量難于保障。表l.本發(fā)明實(shí)施例化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2.生產(chǎn)本發(fā)明實(shí)施例鋼的主要工藝條件及抗撕裂性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1.抗層狀撕裂性能優(yōu)良的工程用鋼，其化學(xué)成分按重量百分比為C0.05～0.35％，Si0.01％～0.85％，Mn0.30％～1.50％，P≤0.015％，S≤0.008％，Cr0.15％～0.85％，Ni0.10％～0.55％，Zr0.005～0.055％，余Fe和不可避免的雜質(zhì)，且化學(xué)成分滿(mǎn)足以下關(guān)系式(1)C+Cr≤2Mn+Ni≤3.50％(2)C+S≤Zr+Cr≤0.85％2.按照權(quán)利要求1所述的抗層狀撕裂性能優(yōu)良的工程用鋼，其特征在于優(yōu)選的C、Si、Zr的化學(xué)成分按重量百分比為:C:0.070.20%，Si:0.080.45%，Zn0.010.035%。3.生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的抗層狀撕裂性能優(yōu)良的工程用鋼的方法其特征在于在常規(guī)的冶煉過(guò)程中采用吹氬、真空系統(tǒng)精煉，鋼坯均熱溫度115(TC130(TC，保溫時(shí)間至少為3小時(shí)；可逆軋機(jī)軋制過(guò)程開(kāi)軋溫度控制至少為IIO(TC，終軋溫度控制在850r950。C，在860。C96(TC條件下進(jìn)行正火熱處理，自然冷卻至常溫。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種能抗層狀撕裂的工程用鋼及生產(chǎn)方法，其組分及重量百分比為C0.05～0.35％，Si0.01％～0.85％，Mn0.30％～1.50％，P≤0.015％，S≤0.008％，Cr0.15％～0.85％，Ni0.10％～0.55％，Zr0.005～0.055％，余Fe和不可避免的雜質(zhì)，且化學(xué)成分滿(mǎn)足以下關(guān)系式C+Cr≤2Mn+Ni≤3.50％，C+S≤Zr+Cr≤0.85％；生產(chǎn)方法在常規(guī)冶煉中吹氬、真空系統(tǒng)精煉，均熱溫度1150℃～1300℃，保溫至少為3小時(shí)；可逆軋制開(kāi)軋溫度至少為1100℃，終軋溫度在850℃～950℃，在860℃～960℃下進(jìn)行正火熱處理，自然冷卻至常溫。本發(fā)明鋼抗拉強(qiáng)度達(dá)≥520MPa，厚度方向拉伸斷面收縮率Zz≥55％，抗層狀撕裂性能良好。文檔編號(hào)C22C38/50GK101643885SQ20091006372公開(kāi)日2010年2月10日申請(qǐng)日期2009年8月25日優(yōu)先權(quán)日2009年8月25日發(fā)明者翔嚴(yán),付勇濤,張光新,朱叢茂,朱玉秀,李具中,洲桂,羅國(guó)華,范植金,煒陳,陳顏堂,黃成紅申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司