一种Q550级高强耐候海洋工程用钢板的生产方法 |
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| 申请号 | CN202311754718.5 | 申请日 | 2023-12-20 | 公开(公告)号 | CN117737586A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 南阳汉冶特钢有限公司; | 发明人 | 许少普; 于飒; 胡宏伟; 李忠波; 杨虎; 康文举; 刘庆波; 杨阳; 丁健; 唐郑磊; 杨春; 李嘎子; 朱先兴; 任义; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种厚度≤80mm的Q550级高强耐候海洋工程用 钢 板的生产方法，采用如下 质量 百分比的化学成分(单位：wt％)：C：0.04～0.06，Si：0.15～0.40，Mn：1.25～1.35，P≤0.015，S≤0.002，Nb：0.02～0.04，Ti：0.006～0.015，Als：0.03～0.045，Cu：0.40～0.55，Ni：0.5～0.7，V：0.020～0.03，Mo：0.12～0.20，其余为Fe及不可避免的杂质元素；采用低温加热工艺，避开钢在高温加热环境下晶粒快速长大，整个 轧制 过程在未再结晶区进行，确保奥氏体向 铁 素体转变后获得细小的铁素体晶粒，提升钢的强度及韧性，配合调质工艺，获得具有回火索氏体组织、性能稳定且 合金 成本低的海洋工程用钢，具有良好的市场前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种Q550级高强耐候海洋工程用钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板的厚度≤ |
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| 说明书全文 | 一种Q550级高强耐候海洋工程用钢板的生产方法技术领域背景技术[0002] 海洋工程用钢要求具有高强度、高韧性、抗腐蚀、耐磨、抗疲劳，且抗冲击性能良好。广泛应用于海洋工程船、海洋钻井平台、海洋采油平台、海洋浮式设备、海洋桥梁结构、海上建筑物等海洋工程装备和船舶制造业。根据近海高湿热、高盐、高辐射和强热带风暴的独特、复杂、多变的海洋腐蚀环境，研究海洋工程用钢的力学性能、抗腐蚀性能，开发与之相匹配的高耐蚀合金化和组织结构的钢材，是目前冶金工业研究的重点方向之一。 [0003] 目前国内高强耐候钢遇到的主要质量问题：P含量高，不利于母材和焊接热影响区的韧性；Cu增加连铸过程的铸坯裂纹，Mo过多提高原料生产成本，同时增加焊接后硬度和增大焊后裂纹敏感性；而采用低碳成分设计，TMCP+回火工艺生产的厚规格钢板，心部受冷速影响，冲击韧性难以稳定。 发明内容[0005] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种Q550级高强耐候海洋工程用钢板的生产方法，该钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位：wt％)：C：0.04～0.06，Si：0.15～0.40，Mn：1.25～1.35，P≤0.015，S≤0.002，Nb：0.02～0.04，Ti：0.006～0.015，Als： 0.03～0.045，Cu：0.40～0.55，Ni：0.5～0.7，V：0.020～0.03，Mo：0.12～0.20，其余为Fe及不可避免的杂质元素； [0008] b.轧制：采用未再结晶区两阶段轧制，粗轧开轧温度940～960℃，道次压下量控制在30‑35mm，粗轧结束利用IC进行快速冷却至880～900℃，预防晶粒长大；当钢板温度在820～850℃时开始精轧，精轧过程保证连续3道次压下率≥14％，终轧温度750～820℃；轧制结束，钢板直接进入ACC水冷，控制冷速3～10℃/s，返红温度600℃～660℃； [0009] c.热处理：采用淬火+回火的热处理工艺，其中淬火温度900～950℃，保温时间1.5～2.2min/mm，保温结束水冷至常温；回火温度620～670℃，保温时间3.0～4.2min/mm，然后空冷至室温。 [0010] 本发明成分中的Ni是一种比较稳定的元素，加入Ni能使钢的自腐蚀电位向正方向变化，增加了钢的稳定性。大气暴露试验表明，当Ni含量在4％左右时，能显著提高近海耐大气腐蚀钢的抗大气腐蚀性能。稳定锈层中富集Ni能有效抑制Cl‑离子的侵入，促进保护性锈层生成，降低钢的腐蚀速率。但是较高的Ni含量必然导致钢材的成本升高，不利于工业大生产的使用，因此在满足一定海洋耐候性与经济性的平衡考虑下，研究Ni含量0.5～0.7对近海结构钢使用、加工及耐候性能是合适的。 [0011] Cu作为强化元素越来越多地加入到钢中，尤其是超低碳钢。含铜高纯净钢固溶处理后，铜溶质原子并非均匀分布于铁素体基体，而是以一种不均匀的短程有序形式存在。有序畴的存在可为随后的时效析出创造有利条件，从而对含铜钢的时效强化行为产生一定影响。Cu是提高钢的耐大气腐蚀性能十分重要合金元素，向钢中加入0.2％左右的Cu可以显著提高钢的耐腐蚀性能，同时通过固溶强化提高钢的强度，含Cu量小于0.55％对焊接性能危害不大。 [0012] Si是钢中强化作用较大的元素，其置换晶格中Fe原子产生固溶强化作用。固溶强化的一个显著特点是随着溶质原子的增多，强度、硬度上升，而塑性、韧性下降，强化效果越大，则塑性韧性下降得越多。同时，研究表明在大气腐蚀环境下，含有大量的Si，能够增加保护性锈层中顺磁性的α‑FeOOH含量，细化α‑FeOOH，从而减小材料的腐蚀速率。碳钢的腐蚀速率与α‑Fe2O3及α‑FeOOH的性质有关，大颗粒的α‑FeOOH及磁性α‑Fe2O3会阻碍保护性锈层的完全形成，导致腐蚀速率增大。而超顺磁性的α‑FeOOH能细化FeOOH颗粒，从而减小碳钢腐蚀速率。 [0013] 微合金元素Nb在钢中的主要作用是：高温下未溶解的Nb(C,N)阻止奥氏体晶粒长大；轧制温度下未溶解的或应变诱导析出的Nb(C,N)阻止再结晶晶粒长大；轧制温度下固溶的Nb和应变诱导析出的Nb，当Nb含量小于0.1％时，随着Nb含量的增加微合金碳氮化物对基体的再结晶行为产生抑制作用；固溶的Nb对基体γ→α相变产生延迟作用，而Nb(C,N)的析出又促进γ→α相变产生；较低温度下沉淀析出的尺寸非常细小的微合金碳氮化物产生强烈的沉淀强化效果。 [0014] 在钢中加入强碳氮化合物形成元素Ti能够使C、N原子与之结合为Ti(C,N)粒子，而Ti(C、N)粒子能阻碍奥氏体的再结晶，从而为细化铁素体晶粒创造条件。一方面Ti(C、N)粒子作为第二相沉淀粒子对铁素体基体起沉淀强化作用。这就是含Ti微合金钢的物理冶金基础，另一方面Ti的加入可以固定钢中的C、N原子实现钢中的无珠光体化净化铁素体晶界增强其耐蚀性能。由于Ti与Nb具有相似的性质，同时Ti的成本远低于Nb的，因此考虑用Ti代替Nb。 [0015] Ti(有效)：Ti(全)－3.4N－3S－TiC(应变诱导沉淀)只有钢中Ti％≥(3.4N+3S)时，TiC粒子的析出强化作用才表现出来。 [0016] V在钢中主要以碳化物的形式存在，其主要作用是细化钢的组织和晶粒，钢中加入微量V可细化组织晶粒，提高强度和韧性。V具有较好的耐腐蚀能力，能耐海水的侵蚀。同时V增加淬火钢的回火稳定性，并产生二次硬化效应。V的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，为得到更高的强度级别和稳定优良的冲击韧性提供保证。 [0017] Mo具有较强的碳化物形成能力，能够阻止奥氏体化的晶粒粗大，同时还会造成C曲线右移，减小了过冷度极大地提高了淬透性，有利于在淬火时形成全马氏体组织。当Mo与Nb同时加入时，Mo在控轧过程中可增大对奥氏体再结晶的抑制作用，进而促使奥氏体显微组织的细化，加入适量的Mo还有利于提高钢的耐大气腐蚀性能，但是过多的Mo会损害焊接时形成的热影响区的韧性，降低钢的焊接性。 [0018] 本发明的有益效果包括： [0019] 1、不同于常规加热工艺的1220‑1280℃，本发明采用1120～1150℃低温加热工艺，能够避开钢的晶粒快速长大，使其晶粒度在粗轧阶段比常规工艺明显细化2.0，整个轧制工艺在钢的相变点Tnr以下进行，粗轧及精轧整体控制在钢的未再结晶区，变形量累积作用明显，确保奥氏体向铁素体转变后获得细小的铁素体晶粒，其细化程度可达11～12级，其强度和韧性大幅提升。 [0020] 2、按本发明获得的钢板厚度≤80mm，其屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥670MPa，钢板1/4厚度处的‑60℃低温冲击韧性KV2≥120J，钢板1/2厚度处的‑60℃低温冲击韧性KV2≥100J，抗层状撕裂性能Z≥35％。 [0021] 3、本发明的组织设计为回火索氏体钢，采用合理的成分设计，有利于降低合金成本，微合金强化技术并结合轧制和调质工艺对强度进行大范围调整，解决了常规海洋工程钢存在的低碳贝氏体钢厚规格冲击韧性不稳定的问题，获得性能稳定的近海结构钢，用于岛礁基础设施建设、跨海大桥建设、海滨建筑建设以及船舶海洋工程等方面对海洋气候环境高耐蚀钢的发展需求。 具体实施方式[0022] 下面结合实施例进一步说明本发明的内容。 [0023] 实施例1：生产80mmQ550级高强耐候海洋工程用钢板。 [0024] 采用如下质量百分比的化学成分：C：0.06，Si：0.30，Mn：1.30，P：0.012，S：0.001，Nb：0.029，Ti：0.008，Als：0.040，Cu：0.52，Ni：0.56，V：0.026，Mo：0.18，其余为Fe及不可避免的杂质元素； [0025] 关键工艺步骤： [0026] (1)钢水冶炼：铁水经KR搅拌脱硫后，S含量≤0.008％；转炉采用低拉增碳脱P冶炼，转炉出钢温度控制在1580‑1620℃，出钢P≤0.006％；LF采用大渣量造渣，白渣保持时间控制在40‑45min，控制S含量≤0.002％；VD精炼控制真空度在≤67Pa下的保压时间＞20min，控制H含量≤1.0ppm，钢水过热度13℃； [0027] (2)加热：采用290mm厚钢坯，加热炉加热段温度1120～1130℃，均热段温度1110～1120℃，均热段保温时间50分钟； [0028] (3)轧制：采用未再结晶区两阶段轧制，粗轧开轧温度950～960℃，道次压下量控制在3035mm，中间坯厚度140mm，粗轧结束利用IC进行快速冷却至880～900℃，预防晶粒长大；当钢板温度在820～850℃时开始精轧，精轧过程保证连续3道次压下率15％，终轧温度760～790℃； [0029] (4)轧后冷却：直接入水，返红温度630℃，冷速5℃/s； [0030] (5)热处理：淬火加热温度设定940℃，在炉时间为160min，水冷至室温；回火温度设定620℃，在炉时间为320min，空冷至室温。 [0031] 钢板性能检验结果如表1。 [0032] 表1实施例1钢板性能检验结果 [0033] ReL，MPa Rm，MPa A，％ 纵向1/4、‑60℃，KV2，J 纵向1/2、‑60℃，KV2，J Z，％566 689 32 186‑175‑179 155‑178‑162 50‑52‑53 578 683 28 193‑202‑200 165‑172‑177 59‑58‑55 [0034] 实施例2：生产16mmQ550级高强耐候海洋工程用钢板钢的化学组成质量百分比为C：0.04，Si：0.22，Mn：1.29，P：0.011，S：0.002，Nb：0.026，Ti：0.011，Als：0.033，Cu：0.46，Ni：0.55，V：0.22，Mo：0.14，其余为Fe及不可避免的杂质元素； [0035] 关键工艺步骤： [0036] (1)钢水冶炼：铁水经KR搅拌脱硫后，S含量≤0.008％；转炉采用低拉增碳脱P冶炼，转炉出钢温度控制在15801620℃，出钢P≤0.006％；LF采用大渣量造渣，白渣保持时间控制在4045min，控制S含量≤0.002％；VD精炼控制真空度在≤67Pa下的保压时间＞20min，控制H含量≤1.0ppm，钢水过热度16℃； [0037] (2)加热：采用250mm厚钢坯，加热炉加热段温度1140～1150℃，均热段温度1100～1110℃，均热段保温时间35分钟； [0038] (3)轧制：采用未再结晶区两阶段轧制，粗轧开轧温度940～950℃，道次压下量控制在30‑35mm，中间坯厚度50mm，粗轧结束利用IC进行快速冷却至880～900℃，预防晶粒长大；当钢板温度在820～850℃时开始精轧，精轧过程保证连续3道次压下率分别为20％、21％、22％，终轧温度790～820℃； [0039] (4)轧后冷却：直接入水，返红温度660℃，冷速9℃/s； [0040] (5)热处理：淬火加热温度设定930℃，在炉时间为32min，水冷至室温；回火温度设定650℃，在炉时间为64min，空冷至室温。 [0041] 钢板性能检验结果如表2。 [0042] 表2实施例2钢板性能检验结果 [0043] ReL，MPa Rm，MPa A，％ 纵向1/4、‑60℃，KV2，J 纵向1/2、‑60℃，KV2，J Z，％566 689 32 186‑175‑179 155‑178‑162 50‑52‑53 578 683 28 193‑202‑200 165‑172‑177 59‑58‑55 [0044] 实施例3：生产55mmQ550级高强耐候海洋工程用钢板 [0045] 钢的化学组成质量百分比为C：0.06，Si：0.35，Mn：1.30，P：0.012，S：0.001，Nb：0.035，Ti：0.007，Als：0.033，Cu：0.54，Ni：0.66，V：0.028，Mo：0.16，其余为Fe及不可避免的杂质元素； [0046] 关键工艺步骤： [0047] (1)钢水冶炼：铁水经KR搅拌脱硫后，S含量≤0.008％；转炉采用低拉增碳脱P冶炼，转炉出钢温度控制在15801620℃，出钢P≤0.006％；LF采用大渣量造渣，白渣保持时间控制在4045min，控制S含量≤0.002％；VD精炼控制真空度在≤67Pa下的保压时间＞20min，控制H含量≤1.0ppm，钢水过热度11℃； [0048] (2)加热：采用290mm厚钢坯，加热炉加热段温度1125～1150℃，均热段温度1110～1120℃，均热段保温时间50分钟； [0049] (3)轧制：采用未再结晶区两阶段轧制，粗轧开轧温度950～960℃，道次压下量控制在30‑35mm，中间坯厚度115mm，粗轧结束利用IC进行快速冷却至880～900℃，预防晶粒长大；当钢板温度在820～850℃时开始精轧，精轧过程保证连续3道次压下率分别为16％、17％、18％，终轧温度780～800℃； [0050] (4)轧后冷却：直接入水，返红温度631℃，冷速7℃/s； [0051] (5)热处理：淬火加热温度设定940℃，在炉时间为110min，水冷至室温；回火温度设定650℃，在炉时间为220min，空冷至室温。 [0052] 钢板性能检验结果如表3。 [0053] 表3实施例3钢板性能检验结果 [0054] ReL，MPa Rm，MPa A，％ 纵向1/4、‑60℃，KV2，J 纵向1/2、‑60℃，KV2，J Z，％566 689 32 186‑175‑179 155‑178‑162 50‑52‑53 578 683 28 193‑202‑200 165‑172‑177 59‑58‑55 [0055] 从以上数据来看，按本方案获得的钢板，其屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥670MPa，钢板1/4厚度处的‑60℃低温冲击韧性KV2≥120J，钢板1/2厚度处的‑60℃低温冲击韧性KV2≥100J，抗层状撕裂性能Z≥35％，不同厚度位置的低温冲击韧性稳定，完全满足海洋工程钢使用需求。 [0056] 外检及探伤：所研制的钢板外检正品率100％，最终钢板探伤达到GB/T 2970《厚钢板超检验方法》的I级探伤要求。 [0057] 对比实施例1：生产80mmQ550级高强耐候海洋工程用钢板。 [0058] 采用如下质量百分比的化学成分：C：0.06，Si：0.28，Mn：1.28，P：0.011，S：0.001，Nb：0.030，Ti：0.009，Als：0.041，Cu：0.54，Ni：0.55，V：0.028，Mo：0.16，其余为Fe及不可避免的杂质元素； [0059] 关键工艺步骤： [0060] (1)钢水冶炼：铁水经KR搅拌脱硫后，S含量≤0.007％；转炉采用低拉增碳脱P冶炼，转炉出钢温度控制在15851615℃，出钢P≤0.007％；LF采用大渣量造渣，白渣保持时间控制在3842min，控制S含量≤0.002％；VD精炼控制真空度在≤67Pa下的保压时间＞20min，控制H含量≤1.0ppm，钢水过热度14℃； [0061] (2)加热：采用290mm厚钢坯，加热炉加热段温度1240～1260℃，均热段温度1220～1240℃，均热段保温时间45分钟； [0062] (3)轧制：采用两阶段轧制，粗轧开轧温度1020～1060℃，道次压下量控制在3035mm，中间坯厚度140mm，粗轧结束辊道摆动降温；当钢板温度在840～870℃时开始精轧，精轧过程保证连续3道次压下率12％，终轧温度770～800℃； [0063] (4)轧后冷却：直接入水，返红温度635℃，冷速6℃/s； [0064] (5)热处理：淬火加热温度设定935℃，在炉时间为160min，水冷至室温；回火温度设定620℃，在炉时间为320min，空冷至室温。 [0065] 钢板性能检验结果如表4。 [0066] 表4对比例1钢板性能检验结果 [0067] ReL，MPa Rm，MPa A，％ 纵向1/4、‑60℃，KV2，J 纵向1/2、‑60℃，KV2，J Z.％502 621 28 65‑34‑87 56‑48‑65 25‑20‑15 512 628 27 78‑52‑44 48‑40‑51 22‑16‑19 |
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