大厚度f690級海洋工程用高強鋼板及其生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高強鋼板及其生產方法，尤其是一種大厚度F690級海洋工程用高強鋼板及其生產方法。
【背景技術】
[0002]隨著極地冰雪融化，海底油氣資源逐步被開發，要求具有低溫沖擊韌性的海洋工程裝備用鋼得到快速發展應用，由于地處寒冷地帶，再加上海洋平臺特殊的使用要求，需要承受海浪侵蝕吹打等，要求制造海洋平臺用鋼板具有高強度、高韌性、大厚度、耐腐蝕性，技術含量高，生產難度極大。F級高強韌大厚度船板鋼是未來船體結構和海洋平臺用鋼的重要發展方向，也是目前國內高端板材市場的緊缺品種。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是提供一種高性能的大厚度F690級海洋工程用高強鋼板；本發明還提供了一種大厚度F690級海洋工程用高強鋼板的生產方法。
[0004]為解決上述技術問題，本發明化學成分的質量百分含量為:C 0.08%?0.13%、Si
0.10% ?0.30%,Mn 1.0% ?L 20%,P 彡 0.010%,S 彡 0.003%,Ni 0.5% ?2.5%,Cr 0.50% ?
1.0%、Mo 0.30% ?0.50%、Nb 0.020% ?0.050%、V 0.04% ?0.06%、B 0.0005 ?0.0015%、TAl 0.040%?0.070%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0005]本發明所述鋼板最大厚度為180mm。
[0006]本發明各成分及含量的作用是:C:對鋼的屈服、抗拉強度、焊接性能產生顯著影響，碳通過間隙固溶可顯著提高鋼板強度，但碳含量過高時會影響鋼的焊接性能及韌性。S1:在煉鋼過程中作為還原劑和脫氧劑，同時Si能起到固溶強化作用，但含量超過0.5%時，會造成鋼的韌性下降，降低鋼的焊接性能。Mn:能增加鋼的韌性、強度和硬度，提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能，且價格低廉，可降低鋼板的生產成本，但錳含量過高時會減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。P和S:在一般情況下都是鋼中的有害元素，會增加鋼的脆性，P使鋼的焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞，S降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時會造成裂紋，因此應盡量減少P和S在鋼中的含量。Cr:其含量對鋼板的強度、塑性和低溫沖擊韌性均有較大影響，這是由于Cr既能固溶于鐵素體和奧氏體中，又能與鋼中的C形成多種碳化物；Cr固溶于奧氏體時，可提高鋼的淬透性，當Cr與C形成復雜碳化物，并在鋼中彌散析出時，可起到彌散強化作用，由于Cr提高淬透性和固溶強化的作用，能提高鋼在熱處理狀態下的強度和硬度，因而廣泛應用于低合金結構鋼中；但是Cr在鋼中起到強化作用的同時亦使塑性有所降低，并增加回火脆性，因此可根據對強塑性的要求，確定合適的Cr含量。N1:對鋼板的強度和塑性均略有提高，對低溫沖擊韌性提高幅度較大，這是由于Ni在鋼中只形成固溶體，而且固溶強化作用不明顯，而主要是通過在塑性變形時增加晶格滑移面來提高材料塑性；Ni還可提高合金鋼的淬透性，并能改善鋼在低溫下的韌性，使韌脆轉變溫度下降。Mo:對鋼板強度、塑性和低溫沖擊韌性均有較大提高，這是由于Mo固溶于鐵素體和奧氏體時，可使鋼的C曲線右移，從而顯著提高鋼的淬透性；而且Mo能顯著提高鋼的再結晶溫度，提高回火穩定性，調質后可獲得細晶粒的索氏體，使強韌性得到改善；當形成Mo的碳化物時，可起到彌散強化作用，因此隨Mo含量增加，強韌性得到提高。Nb:可促進鋼軋制態顯微組織的晶粒細化，同時可提高強度和韌性，鈮可在控軋過程中通過抑制奧氏體再結晶有效地細化顯微組織，并析出強化基體，Nb可降低鋼的過熱敏感性及回火脆性；焊接過程中，鈮原子的偏聚及析出可以阻礙加熱時奧氏體晶粒的粗化，并保證焊接后得到比較細小的熱影響區組織，改善焊接性能。V:釩是鋼的優良脫氧劑；鋼中加釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性；釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。Al:鋼中常用的脫氧劑，鋼中加入少量的Al，可細化晶粒，提高沖擊韌性，Al還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，通過鋁固氮提高硼元素收得率，鋁含量過高則影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
[0007]本發明方法包括冶煉、澆鑄、加熱、乳制和熱處理工序，所述鋼板采用上述成分范圍的化學成分；所述軋制工序采用晾鋼軋制；所述熱處理工序采用淬火+回火工藝。
[0008]本發明方法所述軋制工序:采用控制軋制工藝，I階段軋制溫度為930?1100°C，單道次壓下量為10%?25%，累計壓下率為60%?70%，晾鋼厚度100?250mm ； II階段開軋制溫度為890?920°C，單道次壓下量為10%?27%，累計壓下率為30%?40%，軋后水冷，出水溫度790?810 °C。
[0009]本發明方法所述熱處理工序的淬火工藝為:對于< 10mm厚鋼板:加熱溫度910±5°C，總加熱時間2.0?2.5min/mm，輥速2m/min ;低壓段搖擺時間15?20min，出爐返紅溫度小于100°C ；
對于10mm <鋼板厚度< 180mm，采用兩次循環淬火，第一次淬火溫度為930±5°C，第二次淬火溫度為910±5°C，每次淬火加熱時間及冷卻參數均為:總加熱時間2.0?2.5min/mm，$B速2m/min ;低壓段搖擺時間30min，出爐返紅溫度小于100°C ；
回火工藝為:加熱溫度640±5°C，總加熱時間4.0min/mm,出爐后空冷。
[0010]本發明方法所述加熱工序:裝爐后預熱保溫2小時，升溫速度為100?120°C /h,最高加熱溫度1220°C，均熱溫度1200 ± 10°C，總加熱時間彡12min/cm，其中均熱保溫時間彡60min。所述裝爐的溫度為700 °C。
[0011]本發明方法所述澆鑄工序:采用連鑄澆鑄或模鑄澆鑄，連鑄澆鑄溫度為1530?1540°C，模鑄澆鑄溫度為1540?1550°C。
[0012]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:本發明制定了合理的化學成分范圍，通過碳、錳固溶強化；加入少量的Nb、V細化晶粒，其碳氮化物起到彌散強化作用；加入適量的Cr、N1、Mo等合金元素，提高鋼板淬透性及低溫沖擊韌性，具有良好的力學性能。
[0013]本發明方法通過調整優化鋼板中合金元素的配比，能在低碳當量條件下確保鋼板力學性能良好，使鋼板具有良好的組織、綜合性能和焊接性能。本發明方法采用晾鋼軋制工藝，解決了軋機軋制壓力不足而造成的晶粒粗大不均、有優良的綜合性能；低溫韌性有相當大的富裕量，可廣泛用于海洋鉆井平臺工程、海洋風力發電工程等，應用前景廣闊。本發明方法采用淬火+回火的熱處理工藝，得到鋼板組織以馬氏體為主，并含有少量貝氏體的復合組織，鋼板組織均勻、細小。
[0014]本發明的鋼質更純凈，P彡0.010%，S彡0.003% ;低溫沖擊功高，板厚1/4處-60°C橫向沖擊功120J以上；鋼板強度高，板厚四分之一橫向拉伸830MPa以上；鋼板焊接評定實驗表明焊接性能良好；試驗結果表明:采用本發明的方法所生產的鋼板具有純凈度較高、_60°C沖擊功及強度及焊接性能好的特點。
【具體實施方式】
[0015]下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0016]實施例1:本大厚度F690級海洋工程用高強鋼板采用下述成分配比以及生產工
-H-
O
[0017]本高強鋼板厚度為50_，成分重量配比為:C 0.08%、Si 0.25%、Mn 1.18%、P0.008%、S 0.002%、Ni 0.50%、Cr 0.52%、Mo 0.30%、Nb 0.025%、V 0.045%、B 0.0010、TAl(全鋁)0.055%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0018]本高強鋼板的生產步驟如下:(I)冶煉工序:鋼水先經電爐冶煉，再送入LF精煉爐精煉，鋼水溫度達到1580°C轉入VD爐真空脫氣處理；真空度為66.6Pa，真空保持時間20分鐘，真空前加入CaSi塊排出鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純凈。
[0019](2)澆鑄工序:將冶煉后的鋼水連鑄澆鑄，澆鑄溫度為1532°C，得到連鑄坯。
[0020](3)加熱工序:連鑄坯進行加熱處理，700°C裝爐后預熱保溫2小時，升溫速度為100C /h，最高加熱溫度1220°C，均熱溫度1200°C，總加熱時間12min/cm (連鑄坯厚度)，其中均熱保溫時間60min。
[0021](4)乳制工序:米用 TMCP 型乳制工藝(ThermoMechanicalControlProcess:熱機械控制工藝)，I階段軋制溫度為1100°c，單道次壓下量為10%?25%，累計壓下率為60%?70%，晾鋼厚度100mm; II階段軋制溫度為910°C，單道次壓下量為10%?27%，累計壓下率為30%?40%，終軋溫度830°C，軋后澆小水量冷卻，出水溫度800°C。
[0022](5)熱處理工序:對所得鋼板在輥底式爐進行調質處理，淬火工藝:加熱溫度910±5°C，加熱時間2.5min/mm(鋼板厚度)，高壓段最大水量4480m3/h，輥速2m/min ;低壓段搖擺時間15min，出爐返紅溫度30°C。采用輥底式回火爐回火，回火工藝:加熱溫度640°C，加熱時間4.0min/mm,出爐后空冷；即可得到所述的高強鋼板。
[0023]本高強鋼板的力學性能:屈服強度765MPa，抗拉強度855MPa，延伸率為20%，厚度1/4位置-60°C沖擊145J，該鋼板的強韌性匹配良好。
[0024]實施例2:本高強鋼板采用下述成分配比以及生產工藝。
[0025]本高強鋼板厚度為100mm，成分重量配比為:C 0.11%、Si 0.25%、Mn 1.11%、P0.007%、S 0.001%、Ni 1.48%、Cr 0.95%、Mo 0.43%、Nb 0.027%、V 0.051%、B 0.0005%、TAl0.047%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0026]本高強鋼板的生產步驟如下:(I)冶煉工序:鋼水先經電爐冶煉，再送入LF精煉爐精煉，鋼水溫度達到1585°C轉入VD爐真空脫氣處理；真空度為66.6Pa，真空保持時間25分鐘，真空前加入CaSi塊排出鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純凈。
[0027](2)澆鑄工序:將冶煉后的鋼水連鑄澆鑄，澆鑄溫度為1540°C，得到連鑄坯。
[0028](3)加熱工序:連鑄坯進行加熱處理，700°C裝爐后預熱保溫2小時，升溫速度IlO0C /h，最高加熱溫度1220°C，均熱溫度1210°C，總加熱時間13min/cm，其中均熱保溫時間 80min。
[0029](4)軋制工序:采用TMCP型軋制工藝，I階段軋制溫度為1050°C，單道次壓下量為10%?25%，累計壓下率為60%?70%，晾鋼厚度180mm ； II階段軋制溫度為890°C，單道次壓下量為10%?15%，累計壓下率為30%?40%，終軋溫度818°C，軋后澆小水量冷卻，出水溫度790。。。
[0030](5)熱處理工序:對所得鋼板在輥底式爐進行調質處理，淬火工藝，加熱溫度910 ± 5 °C，加熱時間2.2min/mm,高壓段最大水量(4430m3/h )，輥速2m/min，低壓段搖擺20min，出爐返紅溫度38°C。回火工藝，加熱溫度645°C，加熱時間4.0min/mm,出爐后空冷；即可得到所述的高強鋼板。
[0031]本高強鋼板的力學性能:屈服強度725MPa，抗拉強度830MPa，1/4位置