专利名称：抗低温脆性断裂性能优良的特厚海洋工程用钢板制造方法
技术领域：
本发明涉及ー种工程用钢的制造方法，具体的说是ー种抗低温脆性断裂性能优良的特厚海洋工程用钢板的制造方法。
背景技术：
随着全球石油天然气能源需求的急剧增长、陆地资源开采的难度日益加大，广阔的海洋已经成为全球石油天然气资源开采新的增长点，海洋工程装备制造业也日益成为世界各国着力发展的重点领域。海洋工程装备主要用于海上油气的钻探、开发以及相关配套产品开发，具有高技术、高投入、高附加值和高风险等特点，对产品的可靠性和安全性要求很高，近年来已成为各国政府重点扶持发展的战略产业和造船企业竞相竞争的高端领域。海洋工程用钢根据其作业类型和特点主要可以分为海洋平台用钢、海洋能源设备用钢和海底油气管线用钢三大类。海洋平台是在海洋上进行作业的特殊场所，主要用于海上油气的钻探和开发，其中钻探设施主要包括自升式钻井平台和半潜式钻井平台，开采设施主要包括固定式导管架平台、顺应塔平台、张カ腿平台、立柱式平台以及浮式生产储油装置等。由于海洋平台服役期比船舶类高50%，采用的钢板必须具有高強度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性及耐海水腐蚀等，目前国际海洋平台用钢主要级别为屈服强度355MPa，420MPa和460MPa等。随着我国海洋开发的不断发展，对海洋平台用钢的需求量不断扩大，当前海洋平台用钢年需求总量在300万吨以上。厚度> 60 80mm 特厚高强韧性E36-Z35钢板是海洋工程关键部位用钢，应用在波浪、海潮、风暴及寒冷流冰等严峻的海洋工作环境中，支撑总重量超过数百吨的平台及钻井设备，一旦发生脆性断裂事故，往往是灾难性的，顷刻间发生，防不胜防。这些使用特征决定了厚度> 60 80mm E36-Z35钢板除必须具有①高纯净度，低S、P、夹杂物、气体含量；②高强韧性，满足板厚1/4处_40°C冲击功纵向> 50J (或横向> 34J) 良好的Z向抗层状撕裂性能良好的可焊性；⑤高强度；还应有优良的抗脆性断裂性能，使海洋平台在遇到极端情况下不会立即产生断裂失效，更好地保证人员的安全以及提高海洋平台的使用寿命。目前评价钢材抵抗低温脆性断裂性能的方法主要是依据ASTME208或GB/T6803，通过落锤试验测出无塑性转变温度(NDT)。使役温度低于NDT温度时，钢材抗破坏能カ很低(无塑性)，以致在动态屈服应カ下很小的裂纹就能引起平面应变破坏。NDT温度实质就是动态载荷条件下材料发生脆断的最高温度，是评价材料止裂特征的參数。
发明内容
本发明的目的在于提出ー种抗低温脆性断裂性能优良的特厚海洋工程用钢的制造方法，可使钢板得到细小均匀的铁素体、贝氏体和少量球化珠光体的混合组织，获得优良的抗低温脆性断裂性能。
本发明实现以上发明目的的技术方案是
抗低温脆性断裂性能优良的特厚海洋工程用钢板制造方法，钢板化学成分按重量百分比为C 0. 09-0. 15%, Si 0. 15-0. 40%, Mn :1. 00-1. 60%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 005%,Nb :0. 025-0. 045%, V :0. 040-0. 065%, T1:0. 005-0. 020%, Cr く 0. 15%, N1:0. 10-0. 40%,Cu く 0. 15%, Al :0. 0250-0. 040%, 0 く 20ppm, N く 45ppm, H く 2ppm，余量为 Fe 及不可避免的杂质；
制造方法包括
轧制エ序采用控轧控冷エ艺，控轧为再结晶和未再结晶区两阶段轧制，控冷为层流水冷却；轧前连铸坯加热温度1180°C 1250°C;再结晶区轧制温度1000 1150°C，破碎坯料内部柱状晶粒和细化坯料内部奥氏体晶粒；未再结晶区开轧温度850 920°C，未再结晶区轧制的后三道累计压下率大于20%，通过未再结晶区的变形得到高度变形硬化的奥氏体组织；轧后层流冷却，终冷温度500 750°C，冷却速率5 15°C /s ;随后空冷；
热处理工艺正火温度为870 950°C，总保温时间为160 220min，正火后控冷，冷却方式为水冷，返红温度400 700°C，冷却速率5 15°C /s，随后空冷，通过正火后的控冷防止晶粒长大，減少珠光体的比例，得到细小均匀的铁素体、贝氏体和少量球化珠光体的混合组织。本发明轧前连铸坯加热温度1180°C 1250°C，既保证微合金元素完全固溶和又防止温度过高导致奥氏体晶粒长大；粗轧(再结晶区轧制)破碎柱状晶粒和焊合坯料内部缺陷以及细化奥氏体晶粒；精轧(未再结晶区轧制)的后三道累计压下率大于20%，通过未再结晶区的变形得到高度变形硬 化的奥氏体以及适当的控冷エ艺(终冷温度500 750°C，冷却速率5 15°C /s)，得到控制相变后晶粒大小的目的。本发明进行合理的正火エ艺(正火温度为870 950°C，总保温时间为160 220min,正火后进行水冷，返红温度400 700°C，冷却速率5 15°C /s,随后空冷；)起到以下三个目的(I)通过控轧控冷和正火晶粒细化，起到细晶强化同时提高韧性的作用；
(2)通过正火消除残余应力、均匀化组织、减轻中心偏析，提高冲击性能，间接提高抗低温脆性断裂性能；(3)通过正火后的控冷，防止晶粒长大，減少珠光体的比例，得到细小均匀的铁素体、贝氏体和少量球化珠光体的混合组织，有利于获得优良的抗低温脆性断裂性能。通过以上エ艺控制制得的钢板的具体性能指标为下屈服強度ReL彡355MPa，抗拉强度Rm490-630MPa，延伸率彡21%，板厚1/4处_40°C冲击功纵向彡50J(横向彡34J)，厚度方向断面收缩率> 35%。本发明的有益效果是
⑴本发明开发的抗低温脆性断裂性能优良的特厚海洋工程用钢板制造方法，对轧机负荷要求不是太高，一般的中厚板轧机均可生产，因此，适用性广，适合国内大多数中厚板厂生产。⑵通过洁净钢的冶炼，降低坯料偏析和疏松等内部缺陷，并有效地控制N、H等元素的含量；通过粗轧破碎柱状晶和细化奥氏体晶粒；通过精轧累积变形以及配合控冷，得到控制热轧后晶粒大小的目的。⑶通过合理的正火和控冷エ艺可以①细化晶粒，提高强度同时改善韧性通过正火消除残余应力、均匀化组织、减轻中心偏析，提高冲击性能，间接提高抗脆性断裂性能；③控制组织，减少珠光体的比例，得到细小均匀的铁素体、贝氏体和少量球化珠光体的混合组织，有利于获得优良的抗低温脆性断裂性能。
图1是实施例2热处理后得到的E36N-Z35钢板板厚1/4处在金相显微镜下典型的组织形貌 图2是实施例2热处理后得到的E36N-Z35钢板板厚1/2处在金相显微镜下典型的组织形貌 图3是实施例3热处理后得到的E36N-Z35钢板板厚1/4处在金相显微镜下典型的组织形貌图。图4是实施例3热处理后得到的E36N-Z35钢板板厚1/2处在金相显微镜下典型的组织形貌图。
具体实施例方式实施例ト3
实施例1-3的抗脆性断裂性能优良的特厚海洋工程用E36N-Z35钢板的化学成分如表I所示
表I实施例1-3的化学成分(wt%)
权利要求
1.抗低温脆性断裂性能优良的特厚海洋工程用钢板制造方法，其特征在于所述钢板化学成分按重量百分比为C 0. 09-0. 15%, Si 0. 15-0. 40%, Mn :1. 00-1. 60%, P ≤ O. 015%,S ≤ O. 005%, Nb 0.025-0. 045%, V 0.040-0. 065%, Ti 0.005-0. 020%, Cr ≤ O. 15%, Ni O.10-0. 40%, Cu ≤ O. 15%, Al 0. 0250-0. 040%, O ≤ 20ppm, N ≤ 45ppm, H ( 2ppm,余量为 Fe及不可避免的杂质； 所述制造方法包括 轧制工序采用控轧控冷工艺，控轧为再结晶和未再结晶区两阶段轧制，控冷为层流水冷却；轧前连铸坯加热温度1180°C 1250°C;再结晶区轧制温度1000 1150°C，破碎坯料内部柱状晶粒和细化坯料内部奥氏体晶粒；未再结晶区开轧温度850 920°C，未再结晶区轧制的后三道累计压下率大于20%，通过未再结晶区的变形得到高度变形硬化的奥氏体组织；轧后层流冷却，终冷温度500 750°C，冷却速率5 15°C /s ;随后空冷； 热处理工艺正火温度为870 950°C，总保温时间为160 220min，正火后控冷，冷却方式为水冷，返红温度400 700°C，冷却速率5 15°C /s，随后空冷，通过正火后的控冷防止晶粒长大，减少珠光体的比例，得到细小均匀的铁素体、贝氏体和少量球化珠光体的混合组织。
2.如权利要求1所述的抗低温脆性断裂性能优良的特厚海洋工程用钢板制造方法，其特征在于制得的钢板的性能为下屈服强度ReL彡355MPa，抗拉强度Rm490_630MPa，延伸率> 21%，板厚1/4处-40°C冲击功纵向> 50J，横向> 34J，厚度方向断面收缩率> 35%。
3.如权利要求1或2所述的抗低温脆性断裂性能优良的特厚海洋工程用钢板制造方法，其特征在于所述钢板化学成分按重量百分比为c 0. 09%, Si 0. 30%, Mn :1. 60%, P O. 008%, S 0. 002%, Nb :0. 035%, V :0. 058%, T1:0. 009%, Cr :0. 09%, N1:0. 25%, Cu :0. 11%, Al O. 030%, O 0. 0015%, N :0. 0034%, H :0. 00015%，余量为 Fe 及不可避免的杂质； 所述制造方法包括铁水预处理一转炉冶炼一 LF — RH —连铸一板坯加热一轧制一控冷一正火一控冷； 按照洁净钢的冶炼及控制铁水预处理进行降硫；转炉采用双渣法降磷和出钢挡渣防止回磷；保证白渣精炼时间，吸附夹杂物和减少钢中的S、O等元素含量；使用钙处理，改善夹杂物形态；真空处理，降低H、N等有害元素含量；控制过热度和拉速，最终得到内部质量优良的连铸坯； 轧制工艺采用控轧控冷工艺，为两阶段轧制；轧前连铸坯加热温度1250°C ;粗轧温度IlOO0C;精轧开轧温度920°C，后三道累积压下率20% ;轧后层流冷却，终冷温度700°C，冷却速率15°C /s ;随后空冷； 热处理工艺正火温度为930°C，总保温时间为180min，正火后控冷，冷却方式为水冷，返红温度450°C，冷却速率8°C /s，随后空冷。
4.如权利要求1或2所述的抗低温脆性断裂性能优良的特厚海洋工程用钢板制造方法，其特征在于所述钢板化学成分按重量百分比为C 0. 15%，Si 0. 20%, Mn :1. 45%，P O.007%, S 0. 003%, Nb :0. 025%, V :0. 045%, T1:0. 012%, Cr :0. 06%, N1:0. 38%, Cu :0. 12%, Al O.028%, O 0. 0018%, N :0. 0035%, H :0. 00018%，余量为 Fe 及不可避免的杂质； 所述制造方法包括铁水预处理一转炉冶炼一 LF — RH—连铸一板坯加热一轧制一控冷一正火一控冷；按照洁净钢的冶炼及控制铁水预处理进行降硫；转炉采用双渣法降磷和出钢挡渣防止回磷；保证白渣精炼时间，吸附夹杂物和减少钢中的S、O等元素含量；使用钙处理，改善夹杂物形态；真空处理，降低H、N等有害元素含量；控制过热度和拉速，最终得到内部质量优良的连铸坯； 轧制工艺采用控轧控冷工艺，为两阶段轧制；轧前连铸坯加热温度1200°C ;粗轧温度10800C;精轧开轧温度900°C，后三道累积压下率25% ;轧后层流冷却，终冷温度680°C，冷却速率12°C /s ;随后空冷； 热处理工艺正火温度为910°C，总保温时间为200min，正火后控冷，冷却方式为水冷，返红温度500°C，冷却速率5°C /s，随后空冷。
5.如权利要求1或2所述的抗低温脆性断裂性能优良的特厚海洋工程用钢板制造方法，其特征在于所述钢板化学成分按重量百分比为c 0. 13%，Si 0. 25%，Mn :1. 53%，P O. 006%, S 0. 002%, Nb :0. 030%, V :0. 060%, T1:0. 011%, Cr :0. 08%, N1:0. 35%, Cu :0. 10%, Al O. 025%, O 0. 0016%, N :0. 0033%, H :0. 00012%，余量为 Fe 及不可避免的杂质； 所述制造方法包括铁水预处理一转炉冶炼一 LF — RH —连铸一板坯加热一轧制一控冷一正火一控冷； 按照洁净钢的冶炼及控制铁水预处理进行降硫；转炉采用双渣法降磷和出钢挡渣防止回磷；保证白渣精炼时间，吸附夹杂物和减少钢中的S、O等元素含量；使用钙处理，改善夹杂物形态；真空处理，降低H、N等有害元素含量；控制过热度和拉速，最终得到内部质量优良的连铸坯； 轧制工艺采用控轧控冷工艺，为两阶段轧制；轧前连铸坯加热温度1180°C ;粗轧温度1OOO0C;精轧开轧温度870°C，后三道累积压下率28% ;轧后层流冷却，终冷温度400°C，冷却速率10°C /s ;随后空冷； 热处理工艺正火温度为870°C，总保温时间为220min，正火后控冷，冷却方式为水冷，返红温度610°C，冷却速率15°C /s，随后空冷。
全文摘要
本发明公开了一种抗低温脆性断裂性能优良的特厚海洋工程用钢及其制造方法，采用控轧控冷工艺，轧前加热温度1180℃～1250℃，粗轧温度1000～1150℃，精轧开轧温度850～920℃；轧后层流冷却，终冷温度500～750℃，冷却速率5～15℃/s，随后空冷；进行正火处理，正火温度为870～950℃，总保温时间为160～220min，正火后进行控冷，返红温度400～700℃，冷却速率5～15℃/s，随后空冷；得到的海洋工程用E36N-Z35钢除具有高强度、高塑性、良好的Z向抗层状撕裂性能以外，还具有优良的抗低温脆性断裂性能。
文档编号C22C33/04GK103045942SQ20121054554
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者邓伟, 崔强, 车马俊, 吴年春, 尹雨群, 李恒坤, 刘朝霞 申请人:南京钢铁股份有限公司