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CN110284056B - 一种耐腐蚀海洋平台用钢板及其生产方法 - Google Patents

一种耐腐蚀海洋平台用钢板及其生产方法 Download PDF

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CN110284056B CN201910524927.8A CN201910524927A CN110284056B CN 110284056 B CN110284056 B CN 110284056B CN 201910524927 A CN201910524927 A CN 201910524927A CN 110284056 B CN110284056 B CN 110284056B
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Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，公开了一种耐腐蚀海洋平台用钢板及其生产方法，通过合理的化学成分及重量百分比的组合，再通过KR铁水预处理、转炉冶炼、氩站吹氩加铝线、LF炉精炼、VD真空精炼、连铸、加热、控轧控冷、堆冷、淬火、回火等步骤，制得耐腐蚀海洋平台用钢板。与现有技术相比，本发明生产出的钢板耐腐蚀性能优良，低温冲击韧性好，综合性能优异，尤其适合寒冷天气及海水腐蚀条件下使用。

Description

一种耐腐蚀海洋平台用钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，具体涉及一种耐腐蚀海洋平台用钢板及其生产方法。
背景技术
海洋平台用钢板要求具有较高耐腐蚀性能和优异的低温冲击性能，同时要求钢板具有良好的焊接性能，能够进行切割、弯曲、焊接等，可采取焊接、塞焊、螺栓连接等方式与其他结构进行连接，因此钢板的质量要求很高。对于海洋环境条件下，尤其是深海环境下，需要极好的耐腐蚀性能、低温冲击韧性、耐焊接裂纹敏感性能，以使钢板更适合寒冷地区和深海环境使用，同时满足焊接加工需求。而传统的海洋平台用钢性能不能满足上述要求。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种耐腐蚀海洋平台用钢板，该钢板具有极好的耐腐蚀性能、低温冲击韧性及耐焊接裂纹敏感性能，能满足在寒冷地区和深海环境中使用。
本发明的另一目的是提供一种耐腐蚀海洋平台用钢板的生产方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种耐腐蚀海洋平台用钢板，其化学成分及重量百分比为：C：0.02～0.05％、Si：0.01～0.10％、Mn：0.95～1.05％、P：＞0.07～0.075％、S≤0.005％、Als：0.020～0.050％、Cr：0.42～0.49％、Mo：0.47～0.52％、Zr：0.06～0.10％、Nb：0.043～0.053％、Ni：0.78～0.83％、Ce：0.02～0.04％、Cu：0.69～0.79％、Ca：0.002～0.003％，其它为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述钢板的化学成分及重量百分比为：C：0.03～0.05％、Si：0.01～0.08％、Mn：0.95～1.03％、P：＞0.07～0.075％、S≤0.005％、AlS：0.020～0.040％、Cr：0.42～0.49％、Mo：0.49～0.52％、Zr：0.07～0.10％、Nb：0.045～0.053％、Ni：0.78～0.82％、Ce：0.025～0.04％、Cu：0.69～0.79％、Ca：0.0022～0.003％，其它为Fe和不可避免的杂质。
优选地，其化学成分及重量百分比为：C：0.04％、Si：0.07％、Mn：1.01％、P：0.073％、S：0.002％、AlS：0.034％、Cr：0.48％、Mo：0.49％、Zr：0.082％、Nb：0.049％、Ni：0.81％、Ce：0.032％、Cu：0.74、Ca：0.0027％，其它为Fe和不可避免的杂质。
一种耐腐蚀海洋平台用钢板的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
1)KR铁水预处理：到站铁水扒前渣与扒后渣时，液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后铁水S含量≤0.005％，脱硫周期17-20min、脱硫温降≤20℃；
2)转炉冶炼：入炉时铁水S含量≤0.005％、P含量≤0.08％，铁水温度≥1380℃，出钢过程中吹氩，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，液面渣层厚度≤20mm，出钢铁水P含量≤0.030％、C含量为0.02-0.04％，S含量≤0.010％；
3)氩站吹氩加铝线：氩站一次性加入铝线，强吹氩气5min，流量200-500NL/min，钢液面裸眼直径190-290mm，离开氩站温度为1560-1595℃；
4)LF炉精炼：整个过程吹氩，加热进行两次，第一次加热10-12min、第二次加热14-16min，二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂，离站前加入硅钙线，加硅钙线前关闭氩气，上钢温度1635-1645℃；
5)VD真空精炼：真空度≤67Pa，保压时间≥18min，破真空后软吹3-8min或者不吹，软吹过程中钢水不裸露，VD精炼步骤中加入覆盖剂保证铺满钢液面，加覆盖剂前关闭氩气，上钢温度1560-1575℃；
6)连铸：浇注温度为1535-1555℃，拉速为0.70m/min；
7)加热：预热段温度900-1000℃，加热段温度1200-1210℃，保温段温度1170-1200℃，保温时间13min/cm；
8)控轧控冷：包括两阶段轧制，一阶段开轧温度1050-1100℃，终轧温度在950-1000℃，一阶段结束时钢板厚度为成品钢板厚度的2-2.3倍，二阶段开轧温度900-960℃，二阶段单道次压下率≥15％，累计压下率≥60％，终轧温度785-800℃；轧后冷却，冷却速度为5-20℃/s，返红温度为580-600℃；
9)堆冷：堆冷温度300-400℃，堆冷时间50-60h。
进一步地，步骤9)完成后，对钢板进行热处理，热处理方式为先淬火处理后回火处理，所述淬火加热温度为880-900℃，保温时间1-3min/mm，所述回火温度550-600℃，保温时间3-5min/mm。
步骤4)中采用的脱氧剂为铝粒。
本发明所述的耐腐蚀海洋平台用钢板的化学成分作用如下：
C：本方案采用相对较低的C，主要是由于C含量对冲击的影响较大，同时影响钢板的焊接性能，同时C含量高易产生珠光体，降低钢板的耐腐蚀性能，为达到更高的耐腐蚀性能和提高钢板的塑韧性，因此对C含量降低，采用调整其他合金的方式弥补硬度，同时提高钢板的塑韧性；经过测算钢板C含量在0.02-0.05％，可以得到组织、性能的匹配；
Si：Si含量高会影响钢板的焊接性能，因此，Si含量控制在0.01-0.10％，以保证钢板的使用性能优异；
Mn：Mn元素可以提高钢板的强度，同时是钢板具有较好的韧性，还能改善钢的热加工性能，但是锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能，综合考虑对钢板性能的影响，因此，本发明采用较低的Mn含量，控制在0.95-1.05％；
P：磷能够提高钢板的耐腐蚀性能，因此，本发明严格控制钢中的P含量，控制在0.07-0.075％以内；
S：S能使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹，同时硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性，因此，本发明严格控制钢中的S含量，控制在0.005％以内；
Als：铝是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，本发明主要是用于脱氧用途，因此，Als控制在0.020-0.050％；
Cr：铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性，铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，综合以上性能影响，本发明采用0.42-0.49％的Cr含量，确保钢板硬度、抗氧化性、焊接性能和塑韧性匹配；
Mo：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时也能保持足够的强度和抗蠕变能力，加入钼能提高机械性能，同时在某些还原性介质中易使钢板钝化，有较高的耐腐蚀性，因此，本发明Mo含量控制在0.47-0.52％；
Zr：加入少量锆有脱气、净化和细化晶粒作用，有利于提高钢的低温性能和强度，改善冲压性能，因此，本发明Zr含量控制在0.06-0.10％；
Nb：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，铌可改善焊接性能，同时Nb能够阻止钢板加热过程中和轧制过程中的晶粒长大，改善钢板的轧制过程，具有较强的可控轧性，因此，本发明加较高含量的Nb，控制在0.043-0.053％；
Ni：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，但由于镍是较稀缺的资源，因此，本发明Ni含量控制在0.78-0.83％；
Ce：铈能对夹杂物进行变形处理，提高钢板的塑韧性和焊接性能，因此，本发明的Ce含量控制在0.02-0.04％；
Cu：铜能够显著提高钢板的耐腐蚀性能，同时铜的沉淀强化显著提高钢板的强度，且铜能够促使冷却过程中的组织转变，因此，本发明的Cu含量控制在0.69-0.79％；
Ca：微量的Ca能够对钢中硫化物变形处理，球化夹杂物，减轻夹杂物对钢板性能的影响，本发明由于S含量较低，Ca含量控制在0.002-0.003％。
本发明有益效果在于：
1.本发明中的耐腐蚀海洋平台用钢板采用的各化学成分组合合理，S含量低，Ca进一步减低S的危害，钢水纯净度高，钢板的韧性好；C含量较低钢板的焊接性能好；同时钢中的Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Zr提供了足够的强度和硬度，Nb、Zr、Ce能够细化均匀晶粒，Zr、Ce和Als使钢板脱氧性能好，本发明各化学成分配合使用，提高钢板的力学性能；
2.本发明中的KR铁水预处理脱硫效果好；所述转炉冶炼工艺合适，能够防止S含量高导致硫化物夹杂超标；所述LF精炼采用两次加热，离站前加入硅钙线，使S含量得到严格控制；所述加热步骤中依次进行预热段、加热段、保温段，所述保温段温度低，保温时间长，有利于组织晶粒均匀；
所述控轧控冷步骤中一阶段开轧温度1050-1100℃，终轧温度在950-1000℃，一阶段结束时钢板厚度为成品钢板厚度的2-2.3倍，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础；二阶段开轧温度900-960℃，二阶段保证单道次压下率≥15％，累计压下率≥60％，确保变形渗透使奥氏体内部晶粒被压扁拉长，增大晶界有效面积并有效形成大量变形带，为奥氏体相变提供更多的形核点，达到细化奥氏体晶粒的目的；轧制后冷却速度5-20℃/s，返红温度在580-600℃，能更好的控制组织转变，细化晶粒；
本发明中堆垛缓冷温度300-400℃，堆冷时间50-60h，采用高温堆冷工艺可有效避免因快速冷却产生的残余应力，同时可大大降低钢板中氢的含量，充分实现热扩散效果，改善钢板探伤缺陷。
所述热处理步骤使本发明钢板形成低碳贝氏体组织，其组织致密、晶粒细小，具有优异的低温韧性，和高的强度和塑性，钢板强度均匀，焊接性能优异。
3.本发明耐腐蚀海洋平台用钢板耐大气腐蚀性指数＞6.0，耐腐蚀性能好，-40℃冲击功＞120J，低温冲击韧性性能好，尤其适合寒冷天气条件下使用。钢板实际使用过程中的焊接基本不需要预热，比常规海洋平台用钢预热温度100-150℃低，有利于现场焊接。
具体实施方式
下面结合实施例，对发明的技术特征作进一步描述。
实施例1
生产一种耐腐蚀海洋平台用钢板，其化学成分及重量百分比为：C：0.03％、Si：0.02％、Mn：1％、P：0.072％、S：0.004％、Als：0.020％、Cr：0.43％、Mo：0.50％、Zr：0.09％、Nb：0.049％、Ni：0.8％、Ce：0.03％、Cu：0.75％、Ca：0.0028％，其它为Fe和不可避免的杂质。
实施例2
生产一种耐腐蚀海洋平台用钢板，其化学成分及重量百分比为：C：0.05％、Si：0.08％、Mn：1.03％、P：0.075％、S：0.005％、Als：0.040％、Cr：0.49％、Mo：0.52％、Zr：0.10％、Nb：0.053％、Ni：0.82％、Ce：0.04％、Cu：0.79％、Ca：0.003％，其它为Fe和不可避免的杂质。
实施例3
生产一种耐腐蚀海洋平台用钢板，其化学成分及重量百分比为：C：0.04％、Si：0.07％、Mn：1.01％、P：0.073％、S：0.002％、Als：0.034％、Cr：0.48％、Mo：0.49％、Zr：0.082％、Nb：0.049％、Ni：0.81％、Ce：0.032％、Cu：0.74、Ca：0.0027％，其它为Fe和不可避免的杂质。
上述实施例1、实施例2和实施例3，均通过以下步骤来实现：1)KR铁水预处理：到站铁水扒前渣与扒后渣时，液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后铁水S含量≤0.005％，脱硫周期17-20min、脱硫温降≤20℃；
2)转炉冶炼：入炉时铁水S含量≤0.005％、P含量≤0.08％，铁水温度≥1380℃，出钢过程中吹氩，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，液面渣层厚度≤20mm，出钢铁水P含量≤0.030％、C含量为0.02-0.04％，S含量≤0.010％；
3)氩站吹氩加铝线：氩站一次性加入铝线，强吹氩气5min，流量200-500NL/min，钢液面裸眼直径190-290mm，离开氩站温度为1560-1595℃；
4)LF炉精炼：整个过程吹氩，加热进行两次，第一次加热10-12min、第二次加热14-16min，二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂，离站前加入硅钙线，加硅钙线前关闭氩气，上钢温度1635-1645℃；
5)VD真空精炼：真空度≤67Pa，保压时间≥18min，破真空后软吹3-8min或者不吹，软吹过程中钢水不裸露，VD精炼步骤中加入覆盖剂保证铺满钢液面，加覆盖剂前关闭氩气，上钢温度1560-1575℃；
6)连铸：浇注温度为1535-1555℃，拉速为0.70m/min；
7)加热：预热段温度900-1000℃，加热段温度1200-1210℃，保温段温度1170-1200℃，保温时间13min/cm；
8)控轧控冷：包括两阶段轧制，一阶段开轧温度1050-1100℃，终轧温度在950-1000℃，一阶段结束时钢板厚度为成品钢板厚度的2-2.3倍，二阶段开轧温度900-960℃，二阶段单道次压下率≥15％，累计压下率≥60％，终轧温度785-800℃；轧后冷却，冷却速度为5-20℃/s，返红温度为580-600℃；
9)堆冷：堆冷温度300-400℃，堆冷时间50-60h；
10)热处理：热处理方式为先淬火处理后回火处理，所述淬火加热温度为880-900℃，保温时间1-3min/mm，所述回火温度550-600℃，保温时间3-5min/mm。
通过对实施例1、实施例2和实施例3得到的钢板依据GB/T228《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》和GB/T229《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行取样加工，性能测试结果见下表：
Figure BDA0002097252730000121
由上表可知：本发明制备的耐腐蚀海洋平台用钢板，耐腐蚀性能优异，强度均匀，-40℃冲击功＞120J。
以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、同替代及改进，均应视为本申请的保护范围。

Claims (2)

1.一种耐腐蚀海洋平台用钢板的生产方法，其特征在于：所述钢板包含的化学成分及重量百分比为：C：0.04%、Si：0.07%、Mn：1.01%、P：0.073%、S：0.002%、Als：0.034%、Cr：0.48%、Mo：0.49%、Zr：0.082%、Nb：0.049%、Ni：0.81%、Ce：0.032%、Cu：0.74、Ca：0.0027%，其它为Fe和不可避免的杂质；
通过以下步骤来实现：
1）KR铁水预处理：到站铁水扒前渣与扒后渣时，液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后铁水S含量≤0.005%，脱硫周期17-20min、脱硫温降≤20℃；
2）转炉冶炼：入炉时铁水S含量≤0.005%、P含量≤0.08%，铁水温度≥1380℃，出钢过程中吹氩，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，液面渣层厚度≤20mm，出钢铁水P含量≤0.030%、C含量为0.02-0.04%，S含量≤0.010%；
3）氩站吹氩加铝线：氩站一次性加入铝线，强吹氩气5min，流量200-500NL/min，钢液面裸眼直径190-290mm，离开氩站温度为1560-1595℃；
4）LF炉精炼：整个过程吹氩，加热进行两次，第一次加热10-12min、第二次加热14-16min，二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂，离站前加入硅钙线，加硅钙线前关闭氩气，上钢温度1635-1645℃；
5）VD真空精炼：真空度≤67Pa，保压时间≥18min，破真空后软吹3-8min或者不吹，软吹过程中钢水不裸露，VD精炼步骤中加入覆盖剂保证铺满钢液面，加覆盖剂前关闭氩气，上钢温度1560-1575℃；
6）连铸：浇注温度为1535-1555℃，拉速为0.70m/min；
7）加热：预热段温度900-1000℃，加热段温度1200-1210℃，保温段温度1170-1200℃，保温时间13 min/cm；
8）控轧控冷：包括两阶段轧制，一阶段开轧温度1050-1100℃，终轧温度在950-1000℃，一阶段结束时钢板厚度为成品钢板厚度的2-2.3倍，二阶段开轧温度900-960℃，二阶段单道次压下率≥15%，累计压下率≥60%，终轧温度785-800℃；轧后冷却，冷却速度为5-20℃/s，返红温度为580-600℃；
9）堆冷：堆冷温度300-400℃，堆冷时间50-60h，堆冷完成后，对钢板进行热处理，热处理方式为先淬火处理后回火处理，所述淬火加热温度为880-900℃，保温时间1-3min/mm，所述回火温度550-600℃，保温时间3-5min/mm。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀海洋平台用钢板的生产方法，其特征在于：步骤4）中采用的脱氧剂为铝粒。
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