CN104988399A - E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板，同时，还涉及该钢板的生产方法。所述钢板由以下重量百分含量的化学成分组成C：0.10～0.18%，Si：0.15～0.35%，Mn：0.90～1.60%，P≤0.02%，S≤0.005%，Nb：0.020～0.030%，Al：0.010～0.080%，V：0.035～0.065%，Ti≤0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。该钢板的生产方法包括以下步骤：电炉冶炼、LF/VD精炼、连铸、电渣重熔、钢锭加热、轧制、轧后水冷、热堆垛、热处理、成品。本发明钢板的最大厚度可达到350mm，具有焊接性能良好、低温冲击韧性优良以及厚度方向性能良好的特点，同时钢质洁净，性能均匀好，能满足较高的探伤和性能要求，有广阔的应用前景。

Description

E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板及其生产方法。

背景技术

特厚E级高纯净度海洋平台用低合金钢板对金属材料质量和性能要求较高，特别是钢材的力学性能、焊接性能及Z向性能等提出了更高的要求，已超出了各船级社所涉及的所用钢板厚度尺寸范围，而普通冶炼浇铸手段无法满足需要，尤其是在内部质量上达不到要求。采用电渣重熔后组织致密，钢质洁净，性能均匀好，能满足较高的探伤和性能要求。

舞钢已开发过300mm EH36钢板,但其厚度级别已达不到用户使用要求，而开发的420 mm F36钢板，其-40℃低温冲击韧性虽然满足用户的使用要求，基本达不到100J，但富裕量也不大，且不均匀。在此基础上，开发了350 mm 厚EH36钢板，并同时通过了ABS、CCS及LR三家船级社现场认证，钢板各项性能指标均完全满足用户要求，-40℃低温冲击韧性均在100J以上，甚至超过200J，有很大的富裕量。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板及其生产方法，以提高钢板的厚度、内部质量、焊接性能、抗层状撕裂性能、强度以及低温冲击韧性。

为实现以上目的，本发明所采用的技术方案是，E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板是由以下重量百分含量的化学成分组成：C：0.10～0.18%，Si：0.15～0.35%，Mn：0.90～1.60%，P≤0.02%，S≤0.005%，Nb：0.020～0.030%，Al：0.010～0.080%，V：0.035～0.065%，Ti≤0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述钢板的厚度范围300～350mm。

同时，本发明的技术方案还提供了一种E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板的生产方法，包括如下步骤：

（1）冶炼：将钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620～1640℃时转入VD炉真空脱气处理，进入VD炉前加入CaSi块或Fe-Ca线，添加量为≥100kg/炉；

所述钢水由以下重量百分含量的化学成分组成：C：0.10～0.18%，Si：0.15～0.35%，Mn：0.90～1.60%，P≤0.02%，S≤0.005%，Nb：0.020～0.030%，Al：0.010～0.080%，V：0.035～0.065%，Ti≤0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（2）连铸：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转电渣重熔炉制坯；

（3）电渣重熔冶炼：电渣炉采用厚度分别为640mm、760mm、960mm三种规格的结晶器；为确保钢板表面质量，要求对电渣锭带温清理，清理温度≥150℃；

（4）加热：最高加热温度为1240～1260℃，均热温度为1100～1200℃，总加热时间为24～30h，均热时间≥5h；

（5）轧制：电渣锭加热温度1150～1180℃，开轧温度1050～1100℃，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在8～10%之间，道次之间预留3～10s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度保证在980℃以上，总压下率达到50～70%，使钢板充分再结晶；

（6）轧后水冷：钢板轧后通过ACC快冷到600～700℃之间，保留细化的组织快速水冷至750～850℃；

（7）热堆垛：轧后采用扩氢工艺对钢板进行扩氢；

（8）热处理：炉温500～600℃装炉，快速升温到950±20℃，保温1小时，然后降温至910℃，保温5～10小时；

钢板保温时间到后，立即吊出进淬火槽入水快冷，淬火槽水温控制在30℃以下，5～10s后吊出空冷，控制返红温度在500～700℃之间。

本发明所述步骤(1)的真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥20min。

本发明所述步骤(2)的连铸浇注温度为1540～1560℃。

本发明所述步骤(8)中的快速升温时间为4～6小时。

本发明所述步骤(3)电渣重熔冶炼过程中，同时采用了低频供电、双极串联、抬结晶器三种工艺技术。

本发明所述步骤(3)电渣重熔冶炼过程中，电渣锭清理后若不能及时装炉，应堆垛缓冷。

本发明所述步骤(3)电渣重熔冶炼过程中，保护渣采用与三种规格结晶器相匹配的4321渣系。

本发明的E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板采用碳、锰固溶强化；加入少量的Nb、V细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；通过后续合理的热处理工艺，钢板具有大的厚度和良好的性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是：

C：碳对钢的屈服强度、抗拉强度、焊接性能产生显著影响。碳通过间隙固溶能显著提高强度，与其他元素形成碳化物可起到析出强化的作用，但含碳量过高又会影响钢的焊接性能及韧性，因此对于350mm厚的钢板，将碳含量控制范围设定为0.10～0.18%。

Si：硅在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但硅过量时，会造成钢的韧性下降，导致焊缝熔合区脆性，故设定硅含量为0.15～0.35%。

Mn：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，容易在大钢锭中心产生偏析，且使钢的共析点碳含量降低，从而增加组织中珠光体的含量，对韧性不利，故设定控制范围为0.90～1.60%。

P、S：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能降低，降低塑性，使冷弯性能变差；硫降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。因此，应尽量减少磷和硫在钢中的含量(P≤0.012%，S≤0.005%)。

Al：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝(0.020～0.080%)，可细化晶粒，提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

Nb：含量为0.020～0.030%，铌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，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶有效的细化显微组织，并析出强化基体。加热固溶Nb阻止奥氏体晶粒长大，冷却时高温析出Nb的C、N化物；铌可降低钢的过热敏感性及回火脆性。

V：Ｖ含量为0.035～0.065%。钢中加钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。经过II型控轧后，V的C、N化物析出，强烈提高钢板得强度；钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

Ti：钛是良好的脱氧剂。钢中加Ti可与C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物，这些化合物具有好的晶粒细化效果。

本发明具有以下优点：1、本发明的钢合金含量较低，通过调整优化钢板中元素的配比，能在低碳当量条件下确保钢板具有良好的综合力学性能和焊接性能，还能减低成本，增强市场竞争力；2、进行超声波法探伤检查，电渣重熔生产大厚度水电用钢板100%满足GB/T 2970的                                               级要求；3、钢板的具有良好的综合性能:钢板横向、纵向拉伸、冲击性能基本一致，具有较好的各向同性及Z向性能；4、重熔后钢中主要成分变化不大，成分比较均匀；5、电渣重熔后实现高纯净度，钢板内在组织致密，低倍缺陷控制较低，钢板低倍组织无裂纹、气孔等危害缺陷，其疏松和偏析级别≤1.0级；6、钢板最大厚度可达到350mm；7、钢板组织为铁素体+珠光体的混合组织。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例的钢种EH36，钢板厚度为350mm，生产方法的步骤如下：

(1)冶炼：将含有以下重量百分比C：0.16%，Si：0.30%，Mn：1.39%，P：0.014%，S：0.001%，Al：0.018%，Nb：0.026%，V：0.052%，Ti：0.001%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620℃时,转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100kg/炉改变夹杂物形态；VD炉的真空度57Pa，真空保持时间20min，确保夹杂物、气体的有效排除，保证钢水的纯净；

(2)连铸：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛24小时，带温清理、转电渣重熔炉制坯，连铸浇注温度为1550℃；

(3)电渣重熔：电渣炉采用厚度为960mm的结晶器，并采用其相匹配的渣系，同时采用了低频供电、双极串联、抬结晶器三种先进工艺技术；为确保钢板表面质量，对电渣锭带温清理，清理温度250℃，清理后及时装炉；

(4)加热：最高加热温度1240℃，均热温度1180℃，总加热时间25小时，均热时间7h；

(5)轧制：电渣锭加热温度1150℃，开轧温度1070℃，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定10%，道次之间预留3s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度保证在980℃以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶；

(6)轧后水冷：钢板轧后通过ACC快冷到690℃，保留细化的组织快速水冷至750℃；

(7)热堆垛：水冷后采用扩氢工艺对钢板进行扩氢；

(8)热处理：炉温560℃左右装炉，快速升温（5小时）到940℃，保温1小时，然后降温至910℃，保温10小时；

钢板保温时间到后，立即吊出进淬火槽入水快冷，淬火槽水温控制在30℃，10s后吊出空冷（避免时间过长导致表面魏氏组织严重），控制返红温度560℃。

350mm厚EH36成品钢板检验的力学性能结果如表1所示。

表1 350mm EH36实物性能水平

实施例2：

本实施例的钢种EH36，钢板厚度为330mm，生产方法的步骤如下：

(1)冶炼：将含有以下重量百分比C：0.18%，Si：0.35%，Mn：1.60%，P：0.014%，S：0.001%，Al：0.010%，Nb：0.020%，V：0.065%，Ti：0.001%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1640℃时,转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块120kg/炉改变夹杂物形态；VD炉的真空度61Pa，真空保持时间30min，确保夹杂物、气体的有效排除，保证钢水的纯净；

(2)连铸：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛26小时，带温清理、转电渣重熔炉制坯，连铸浇注温度为1540℃；

(3)电渣重熔：电渣炉采用厚度为760mm的结晶器，并采用其相匹配的渣系，同时采用了低频供电、双极串联、抬结晶器等先进工艺技术；为确保钢板表面质量，对电渣锭带温清理，清理温度150℃，清理后及时装炉；

(4)加热：最高加热温度1240℃，均热温度1170℃，总加热时间24小时，均热时间7h；

(5)轧制：电渣锭加热温度1180℃，开轧温度1060℃，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在9%，道次之间预留7s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度保证在980℃以上，总压下率达到55%，使钢板充分再结晶；

(6)轧后水冷：钢板轧后通过ACC快冷到630℃，保留细化的组织快速水冷至780℃；

(7)热堆垛：水冷后采用扩氢工艺对钢板进行扩氢缓冷；

(8)热处理：炉温550℃左右装炉，快速升温（4小时）到950℃，保温1小时，然后降温至910℃，保温8小时；

钢板保温时间到后，立即吊出进淬火槽入水快冷，淬火槽水温控制在28℃，5s后吊出空冷，控制返红温度660℃。

330mm厚EH36成品钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度320MPa，抗拉强度550MPa，-40℃纵向冲击功210J、188J、193J，Z向性能58%、64%、57%。

实施例3：

本实施例的钢种EH36，钢板厚度为300mm，生产方法的步骤如下：

(1)冶炼：将含有以下重量百分比C：0.10%，Si：0.15%，Mn：0.90%，P：0.015%，S：0.002%，Al：0.020%，Nb：0.030%，V：0.035%，Ti：0.002%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1630℃时,转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块110kg/炉改变夹杂物形态；VD炉的真空度66.6Pa，真空保持时间22min，确保夹杂物、气体的有效排除，保证钢水的纯净；

(2)连铸：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛25小时，带温清理、转电渣重熔炉制坯，连铸浇注温度为1560℃；

(3)电渣重熔：电渣炉采用厚度为640mm的结晶器，并采用其相匹配的渣系，同时采用了低频供电、双极串联、抬结晶器等先进工艺技术；为确保钢板表面质量，对电渣锭带温清理，清理温度180℃，清理后及时装炉；

(4)加热：最高加热温度1250℃，均热温度1100℃，总加热时间30小时，均热时间5h；

(5)轧制：电渣锭加热温度1160℃，开轧温度1050℃，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在8%，道次之间预留10s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度保证在980℃以上，总压下率达到50%，使钢板充分再结晶；

(6)轧后水冷：钢板轧后通过ACC快冷到700℃，保留细化的组织快速水冷至850℃；

(7)热堆垛：水冷后采用扩氢工艺对钢板进行扩氢缓冷；

(8)热处理：炉温500℃装炉，快速升温（6小时）到970℃，保温1小时，然后降温至910℃，保温7小时；

钢板保温时间到后，立即吊出进淬火槽入水快冷，淬火槽水温控制在25℃，10s后吊出空冷，返红温度在700℃之间。

300mm厚EH36成品钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度330MPa，抗拉强度563MPa，-40℃纵向冲击功217J、189J、203J，Z向性能68%、65%、67%。

实施例4：

本实施例的钢种EH36，钢板厚度为350mm，生产方法的步骤如下：

(1) 冶炼：将含有以下重量百分比C：0.17%，Si：0.29%，Mn：1.41%，P：0.013%，S：0.001%，Al：0.020%，Nb：0.025%，V：0.047%，Ti：0.025%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1625℃时,转入VD炉真空脱气处理，VD前加入Fe-Ca线110kg/炉或改变夹杂物形态；VD炉的真空度65Pa，真空保持时间35min，确保夹杂物、气体的有效排除，保证钢水的纯净；

(2) 连铸：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛25小时，带温清理、转电渣重熔炉制坯，连铸浇注温度为1545℃；

(3)电渣重熔：电渣炉采用厚度为760mm的结晶器，并采用其相匹配的渣系，同时采用了低频供电、双极串联、抬结晶器等先进工艺技术；为确保钢板表面质量，对电渣锭带温清理，清理温度200℃，清理后及时装炉。

(4)加热：最高加热温度1260℃，均热温度1200℃，总加热时间28小时，均热时间7h；

(5)轧制：电渣锭加热温度1150～1180℃，开轧温度1050℃，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在9%，道次之间预留8s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度保证在990℃以上，总压下率达到70%，使钢板充分再结晶；道次之间预留3～5s的静态再结晶时间

轧后水冷：钢板轧后快速水冷至750℃；

(6)轧后水冷：钢板轧后通过ACC快冷到650℃，保留细化的组织快速水冷至750℃；

(7)热堆垛：水冷后采用扩氢工艺对钢板进行扩氢缓冷；

(8)热处理：炉温600℃左右装炉，快速升温（4.5小时）到930℃，保温1小时，然后降温至910℃，保温5小时；

钢板保温时间到后，立即吊出进淬火槽入水快冷，淬火槽水温控制在24℃，5s后吊出空冷，控制返红温度500℃。

350mm厚EH36成品钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度330MPa，抗拉强度540MPa，-40℃纵向冲击功201J、218J、197J，Z向性能55%、54%、57%。

Claims (9)

1. E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板，其特征在于，由以下重量百分含量的化学成分组成：C：0.10～0.18%，Si：0.15～0.35%，Mn：0.90～1.60%，P≤0.02%，S≤0.005%，Nb：0.020～0.030%，Al：0.010～0.080%，V：0.035～0.065%，Ti≤0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2. 根据权利要求1所述的E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板，其特征在于，所述钢板的厚度范围300～350mm。

3. 一种如权利要求1所述的E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）冶炼：将钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620～1640℃时转入VD炉真空脱气处理，进入VD炉前加入CaSi块或Fe-Ca线，添加量为≥100kg/炉；

所述钢水由以下重量百分含量的化学成分组成：C：0.10～0.18%，Si：0.15～0.35%，Mn：0.90～1.60%，P≤0.02%，S≤0.005%，Nb：0.020～0.030%，Al：0.010～0.080%，V：0.035～0.065%，Ti≤0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（2）连铸：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转电渣重熔炉制坯；

（3）电渣重熔冶炼：电渣炉采用厚度分别为640mm、760mm、960mm三种规格的结晶器；为确保钢板表面质量，要求对电渣锭带温清理，清理温度≥150℃；

（4）加热：最高加热温度为1240～1260℃，均热温度为1100～1200℃，总加热时间为24～30h，均热时间≥5h；

（5）轧制：电渣锭加热温度1150～1180℃，开轧温度1050～1100℃，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在8～10%之间，道次之间预留3～10s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度保证在980℃以上，总压下率达到50～70%，使钢板充分再结晶；

（6）轧后水冷：钢板轧后通过ACC快冷到600～700℃之间，保留细化的组织快速水冷至750～850℃；

（7）热堆垛：轧后采用扩氢工艺对钢板进行扩氢；

（8）热处理：炉温500～600℃装炉，快速升温到950±20℃，保温1小时，然后降温至910℃，保温5～10小时；

钢板保温时间到后，立即吊出进淬火槽入水快冷，淬火槽水温控制在30℃以下，5～10s后吊出空冷，控制返红温度在500～700℃之间。

4. 根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)的真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥20min。

5. 根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)的连铸浇注温度为1540～1560℃。

6. 根据权利要求3所述的E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板的生产方法，其特征在于，所述步骤(8)中的快速升温时间为4～6小时。

7.根据权利要求3所述的E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板的生产方法，其特征在于，所述步骤(3)电渣重熔冶炼过程中，同时采用了低频供电、双极串联、抬结晶器三种工艺技术。

8. 根据权利要求3-7任意一项所述的E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板的生产方法，其特征在于，所述步骤(3)电渣重熔冶炼过程中，电渣锭清理后若不能及时装炉，应堆垛缓冷。

9. 根据权利要求3-7任意一项所述的E级高纯净度海洋平台用特厚低合金钢板的生产方法，其特征在于，所述步骤(3)电渣重熔冶炼过程中，保护渣采用与三种规格结晶器相匹配的4321渣系。