一種樁腿半弦管用高韌性鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種海洋工程用鋼及其制造方法，尤其涉及一種粧腿半弦管用鋼及其 制造方法，屬于鋼鐵冶煉技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 半弦管主要用于300英尺、400英尺、500英尺等多種型號(hào)自升式鉆井平臺(tái)的粧腿 結(jié)構(gòu)。由于海洋工程具有環(huán)境惡劣、高風(fēng)險(xiǎn)、高技術(shù)特點(diǎn)，在用鋼方面也有其自身的特點(diǎn)，鋼 板必須具有高強(qiáng)度、高韌性、抗疲勞、抗層狀撕裂、耐海水腐蝕等特性。此外，要保證良好的 可焊性、良好的冷加工能力，在一些關(guān)鍵部位需要強(qiáng)度達(dá)到690MPa的超高強(qiáng)鋼材。
[0003]目前日本、德國(guó)、法國(guó)以及國(guó)內(nèi)個(gè)別鋼廠供應(yīng)的半弦管用鋼主要采用美標(biāo) ASTMA514、A517等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的成分設(shè)計(jì)，碳含量屬于中碳范圍，添加超過(guò)1 %的Cr、Ni，碳當(dāng) 量高達(dá)0. 75%以上。
[0004] 中國(guó)專利文件CN01709432A(申請(qǐng)?zhí)?00910312330. 3)公開(kāi)了一種大厚度調(diào)質(zhì)型 海洋平臺(tái)用鋼及其生產(chǎn)方法，其特點(diǎn)在于采用常規(guī)冶煉、調(diào)質(zhì)方式生產(chǎn)，成分設(shè)計(jì)中采用了 中C(0. 16-0. 18%)、高Ni(1.30-1.40%)、高Cr(1.20-1.30%)含量，且采用常規(guī)A1 脫氧 方式。中國(guó)專利文件CN101363101A(申請(qǐng)?zhí)?00810141457. 9)提供了一種抗拉強(qiáng)度800MPa 級(jí)調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法，其特點(diǎn)是采用26. 7噸的扁錠模生產(chǎn)，生產(chǎn)鋼板最大厚度114_， 且鋼中Ni、Cr、Mo貴重合金成分含量高，造成碳當(dāng)量和成本的上升。
[0005] 中國(guó)專利文件CN102605280A(申請(qǐng)?zhí)?01210067794. 4)公開(kāi)了一種海洋平臺(tái)用特 厚高強(qiáng)度優(yōu)良低溫韌性鋼板及其制造方法，采用中碳，Cu、Ni、Cr、Mo合金化以及Nb、V、Ti 微合金化的成分設(shè)計(jì)方法，通過(guò)LF+RH精煉、模鑄、開(kāi)坯、消應(yīng)力處理、表面處理等工序，制 造的最大厚度為200mm鋼板。不但采用了模鑄鋼錠原料，且其成分中Ni、Cr含量高，必然造 成高成本、難焊接。
[0006]綜上，現(xiàn)有技術(shù)主要存在如下問(wèn)題：
[0007]-、焊接性差：采用高碳含量、高合金含量的成分設(shè)計(jì)，焊接過(guò)程中必然存在淬硬 開(kāi)裂的現(xiàn)象。
[0008] 二、采用的是常規(guī)的脫氧方式：沒(méi)有細(xì)微的Ti203或TiN粒子作為形核點(diǎn)，無(wú)法承 受高達(dá)50-lOOKJ/cm的焊接熱輸入，焊接過(guò)程中熱影響區(qū)的晶粒也容易粗大，形成上貝氏 體組織和M-A島，使得焊接后韌性嚴(yán)重降低。
[0009]三、合金含量高導(dǎo)致鑄坯、鋼板形成裂紋等缺陷：添加高達(dá)1 %以上的合金元素Cr、Ni等貴重合金，成本高是一個(gè)不利方面，若不采取有效措施，還會(huì)帶來(lái)鋼坯、鋼板開(kāi)裂等 問(wèn)題，造成生產(chǎn)失敗。
[0010] 四、采用模鑄鋼錠作為坯料來(lái)生產(chǎn)：但鋼錠澆注工序長(zhǎng)能耗大、乳制成材率低，使 得制造成本顯著增加。同時(shí)，也因?yàn)槟ｈT鋼錠的心部質(zhì)量（例如偏析和疏松）較差，使得用 鋼錠生產(chǎn)的大厚度鋼板的心部性能難于得到保證。
[0011] 因此迫切需要開(kāi)發(fā)一種低成本經(jīng)濟(jì)型、易焊接、高韌性、大厚度高強(qiáng)鋼板，以滿足 海工裝備高效焊接、超優(yōu)韌性要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種經(jīng)濟(jì)型粧腿半弦管用高韌性鋼，尤其 是一種具有高強(qiáng)度、高韌性、易焊接、整厚度方向各項(xiàng)指標(biāo)要求均勻的海工用鋼及其制造方 法。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0014] -種粧腿半弦管用高韌性鋼，鋼的化學(xué)成分含量按重量百分比為：
[0015] 碳 0.05-0. 08%，硅彡 0? 10%，錳 1.00-1. 20%，磷彡 0.012%、硫彡 0.003%，鉻 0? 70-1. 00%，鎳 0? 70-1. 00%，鉬 0? 30-0. 50%，鈦 0? 010-0. 030%，硼 0? 0010-0. 0020%，余 量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述鋼的化學(xué)成分含量按重量百分比為：碳0. 055-0. 075%， 硅彡 0? 10 %，錳 1. 05-1. 18 %，磷彡 0? 008 %、硫彡 0? 003 %，鉻 0? 70-0. 85 %，鎳 0? 70-0. 85%，鉬 0? 30-0. 45%，鈦 0? 012-0. 027%，硼 0? 0015-0. 0020%，余量為鐵及不可避 免的雜質(zhì)。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述鋼的化學(xué)成分含量按重量百分比為：碳0.06-0. 07%， 硅彡 0? 10 %，錳 1. 05-1. 15 %，磷彡 0? 008 %、硫彡 0? 002 %，鉻 0? 70-0. 80 %，鎳 0? 70-0. 80%，鉬 0? 30-0. 40%，鈦 0? 012-0. 020%，硼 0? 0015-0. 0020%，余量為鐵及不可避 免的雜質(zhì)。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述鋼的化學(xué)成分含量按重量百分比為：碳0.06%，硅 0? 04%，錳 1. 10%，磷 0? 006%、硫0? 001%，鉻0? 75%，鎳0? 75%，鉬 0? 40%，鈦0? 018%，硼 0. 0018%，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述鋼的化學(xué)成分含量按重量百分比為：
[0020] 碳 0? 05%，硅 0? 04%，錳 1. 18%，磷 0? 010%，硫 0? 003%，鉻 0? 74%，鎳 0? 70%，鉬 0. 32 %，鈦0. 019 %，硼0. 0011 %，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述鋼的化學(xué)成分含量按重量百分比為：
[0022] 碳0? 07%，硅 0? 03%，錳 1. 04%，磷0? 011%，硫0? 001%，鉻 0? 88%，鎳0? 76%，鉬 0. 38 %，鈦0. 027 %，硼0. 0016 %，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述鋼的化學(xué)成分含量按重量百分比為：
[0024] 碳 0? 08%，硅 0? 06%，錳 1. 12%，磷 0? 009%，硫 0? 003%，鉻 0? 97%，鎳 0? 92%，鉬 0. 46 %，鈦0. 025 %，硼0. 0018 %，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述鋼的化學(xué)成分含量按重量百分比為：
[0026] 碳 0? 65%，硅 0? 05%，錳 1. 1%，磷 0? 006%，硫 0? 002%，鉻 0? 75%，鎳 0? 80%，鉬 0. 35 %，鈦0. 020 %，硼0. 0018 %，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述鋼的屈服強(qiáng)度彡690MPa，抗拉強(qiáng)度790_930MPa，延伸率 彡 16%〇
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述鋼制成6-85mm鋼板時(shí)，鋼板1/2、1/4厚度位置的-40°C 縱/橫向沖擊吸收能量多69J;進(jìn)一步優(yōu)選的，鋼板1/4厚度位置的硬度為240-290HBW。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，上述粧腿半弦管用高韌性鋼的制造方法，包括步驟如下：
[0030] (a)KR鐵水預(yù)處理：將P彡0. 09 %的高爐冶煉鐵水或電爐冶煉鐵水通過(guò)KR預(yù)脫 硫使S< 0? 005% ;
[0031] (b)轉(zhuǎn)爐吹煉：將步驟（a)預(yù)處理后的鐵水進(jìn)行轉(zhuǎn)爐吹煉，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)成分 C彡 0? 04%、S彡 0? 010%、P彡 0? 008%，終點(diǎn)溫度 1640 ~166CTC;
[0032] (c)脫氧合金化：轉(zhuǎn)爐吹煉后加入鈦，采用全鈦方式進(jìn)行脫氧，控制終點(diǎn) [0] 550ppm；
[0033] (d)RH精煉：脫氧合金化后在真空度彡lOOPa條件下的處理10-20min，純脫氣時(shí)間 彡6min，然后加入媽鐵線進(jìn)行媽處理，媽處理后[Ca]10-25ppm;
[0034] (e)板坯連鑄：連鑄階段中包過(guò)熱度控制在10_25°C，全程溫度波動(dòng)范圍< 10°C; 鑄坯入坑緩冷40-50小時(shí)，緩冷終止溫度在< 300°C;
[0035] (f)加熱階段：鋼坯加熱按1. 0-1.lmin/mm控制，均熱溫度控制在1250-1280°C;
[0036] (g)粗乳、精軋階段：粗軋開(kāi)軋溫度1120_1180°C，粗軋結(jié)束溫度彡950°C沖間坯 冷卻時(shí)待溫度< 900°C開(kāi)始精軋，終軋溫度820-860°C;
[0037] (h)淬火處理、回火處理階段：乳制后的鋼板進(jìn)行淬火處理，保溫溫度Ac3+50~ 70°C，保溫時(shí)間為2min/mm，并且彡30分鐘；對(duì)淬火后的鋼板進(jìn)行620°C~660°C高溫回火， 保溫時(shí)間為2. 5~4min/mm，并且多30分鐘。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選的，所述步驟（c)中鈦的加入量按照3-3.7公斤/噸鋼控 制，進(jìn)一步優(yōu)選3. 3-3. 5公斤/噸鋼。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選的，所述步驟（f)中鋼坯裝爐溫度控制在300°C-KKTC之 間。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選的，所述步驟（g)中粗軋階段包括有道次壓下量大于 30mm的三道次軋制。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明，所述鋼用于制備粧腿半弦管，應(yīng)用于鉆井平臺(tái)的粧腿結(jié)構(gòu)，尤其應(yīng)用 于海洋鉆井平臺(tái)的粧腿結(jié)構(gòu)。
[0042] 本發(fā)明未詳盡說(shuō)明的均按本領(lǐng)域常規(guī)操作，制造方法中所有" ％ "均為質(zhì)量百分含 量。
[0043] 按照粧腿鋼性能標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)當(dāng)滿足：屈服強(qiáng)度彡690MPa，抗拉強(qiáng)度790_930MPa，延 伸率多16%，鋼板1/2、1/4厚度位置的-40°C縱/橫向沖擊吸收能量多69J，鋼板1/4厚度 位