專利名稱：屈服強度550Mpa的超高強船體及海洋平臺用鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及屈服強度550Mpa的超高強船體及海洋平臺用鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)生產(chǎn)的船板鋼材屈服強度較低，如被大多廠家采用的《船體結(jié)構(gòu)鋼GB/T 712-2000》標準，該標準中，鋼板的最大強度和質(zhì)量級別為FH40 ；在開展本發(fā)明研究之前， 我國能夠自行生產(chǎn)的船板的頂級產(chǎn)品為EH36，即強度等級最高為屈服355Mpa級，能滿足韌性要求的最低溫度為_40°C。390Mpa級高強船板和550MI^級的超高強度船體及海洋工程用鋼都不能生產(chǎn)，而且各強度級別都不能達到-60°C低溫沖擊要求，其生產(chǎn)方法主要有正火和熱軋兩種形式。我國船體及海洋工程用鋼產(chǎn)品碳當量高造成焊接性等應用性能不良，使用戶在焊接加工不得不采取預熱、后熱等技術(shù)措施，降低效率，惡化工作條件，增加生產(chǎn)成本。TMCP (ThermoMechanicalControlProcess 熱機械控制工藝)就是在熱軋過程中， 在控制加熱溫度、軋制溫度和壓下量的控制軋制(ControlRolling)的基礎(chǔ)上，再實施空冷或控制冷卻及加速冷卻(AcceleratedCooling)的技術(shù)總稱。由于TMCP工藝在不添加過多合金元素，也不需要復雜的后續(xù)熱處理的條件下生產(chǎn)出高強度高韌性的鋼材，被認為是一項節(jié)約合金和能源、并有利于環(huán)保的工藝，故自20世紀80年代開發(fā)以來，已經(jīng)成為生產(chǎn)低合金高強度寬厚板不可或缺的技術(shù)。隨著市場對TMCP鋼的要求不斷提高，TMCP工藝本身也在應用中不斷發(fā)展。從近幾年的研究工作看，重點是放在控制冷卻，尤其是加速冷卻方面。通過加快軋制后的冷卻速度，不僅可以抑制晶粒的長大，而且可以獲得高強度高韌性所需的超細鐵素體組織或者貝氏體組織，甚至獲得馬氏體組織。現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明200580027658. 0 焊接性和韌性均優(yōu)異的抗拉強度550Mpa以上的高強度鋼材及其制造方法，其與本發(fā)明的不同之處是鋼的斷面組織中60%以上為貝氏體組織，化學成分有異。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種屈服強度550Mpa的超高強船體及海洋平臺用鋼及其生產(chǎn)方法，改變目前國內(nèi)不能生產(chǎn)超高強度船體及海洋平臺用鋼的現(xiàn)狀，提供一種成分設(shè)計合理、采用TMCP工藝生產(chǎn)的超高強度的船體及海洋平臺用鋼。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)屈服強度550Mpa的超高強船體及海洋平臺用鋼，其化學成分按重量％組成為 C 0. 04 0. 07 %、Si 0. 30 0. 50 %、Mn 1. 45 1. 60 %、P 彡 0. 020 %、S 彡 0. 005 %、 Cr 0. 25 0. 40%、Ni 0. 60 0. 80%、Mo 0. 20 0. 30%、V 0. 04 0. 06%、Cu 0. 60 0. 80%,Als 0.015 0.045%，其余為!^e以及不可避免的雜質(zhì)，各成分總和為100%。所述的屈服強度550Mpa的超高強船體及海洋平臺用鋼的生產(chǎn)方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、吹煉深脫碳、RH或VD真空爐處理以及LF處理、連鑄、軋制，其特征在于，軋制采用兩階段控制軋制和控制冷卻，其操作步驟如下1)、軋前的加熱溫度控制在1150 1200°C以保證細小的奧氏體晶粒，保溫2 3 小時；2)第一階段控制軋制在大于1000 1050°C的奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)進行，累計變形量50 60% ；3)、第二階段控制軋制在830 890°C奧氏體再結(jié)晶溫度以下溫度范圍內(nèi)軋制，累計變形量40 50%，終軋溫度820 880°C ；4)以10°C 15°C /s的速度冷卻，終冷溫度在400°C 550°C之間，最后得到板條狀貝氏體和鐵素體組織。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是在滿足國家標準中 550鋼級的相關(guān)成分范圍基礎(chǔ)上，采用低C含量設(shè)計，微合金元素強化，具有良好的焊接性能和耐腐蝕性能， 屈服強度達到了 550Mpa，TMCP軋制工藝通過兩階段控制軋制和控制冷卻速度，不僅可以抑制晶粒的長大，而且可以獲得高強度高韌性所需的超細鐵素體組織或者貝氏體組織，甚至獲得馬氏體組織，減少合金元素的添加量，保證金屬材料產(chǎn)品的經(jīng)濟性。


圖1是不同碳含量與碳當量下焊接難易程度的GRIVI圖；圖2是Nb、V、Ti微合金元素對鋼再結(jié)晶溫度影響的關(guān)系圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步說明本發(fā)明的屈服強度550Mpa的超高強船體及海洋平臺用鋼，其化學成分按重量％ 組成為c 0. 04 0. 07%、Si 0. 30 0. 50%、Mn 1. 45 1. 60 %、P 彡 0. 020 %、 S^O. 005%,Cr 0. 25 0. 40%、Ni 0. 60 0. 80%、Mo 0. 20 0. 30%、V 0.04 0.06%、 Cu 0. 60 0. 80%,Als 0. 015 0. 045%，其余為！^e以及不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備及工藝條件，考慮產(chǎn)品的經(jīng)濟性，超高性能船板采用的合金設(shè)計依據(jù)如下C 在船板鋼的化學成分設(shè)計中，碳對鋼的強度、韌性、焊接性能等影響很大。為了使鋼板具有良好的焊接性能、較好的低溫沖擊韌性，必須降低鋼中的含碳量。圖1為不同碳含量與碳當量下焊接難易程度的GRIVI圖。傳統(tǒng)的船板鋼C含量設(shè)計大于0. 1%，在一定條件下可不冷裂的II區(qū)或高冷裂敏感性的III區(qū)，焊接性不好。本發(fā)明使碳含量降至不敏感的 I區(qū)，可以保證鋼板具有良好焊接性。S 硫是鋼中的有害元素。鋼的硫化物夾雜顯著降低鋼的延伸率，加大了鋼的各向異性，對韌性也非常不利。尤其是嚴重損害鋼的Z向性能。在本發(fā)明中對硫進行了嚴格的控制，尤其是Z向性能鋼板要求SS 0. 005%。Mn:錳是提高強度和韌性的有效元素，它是弱碳化物形成元素，它在冶煉中的作用是脫氧和消除硫的影響，還可以降低奧氏體轉(zhuǎn)變溫度，細化鐵素體晶粒，對提高鋼板強度和韌性有益。同時還能固溶強化鐵素體和增加鋼的淬透性。一般用低碳高錳類型的鋼作為焊
4接結(jié)構(gòu)鋼時，Mn/C比值越大(達2. 5以上)，鋼的低溫韌性就越好。另外在低碳條件下它對貝氏體轉(zhuǎn)變有顯著的促進作用。Nb 圖2是Nb、V、Ti微合金元素對鋼再結(jié)晶溫度影響的關(guān)系圖，Nb對提高再結(jié)晶溫度的效果最強。鈮是超低碳貝氏體鋼中的重要添加元素，對TMCP技術(shù)的運用具有關(guān)鍵作用。鈮能夠有效地延遲變形奧氏體的再結(jié)晶，阻止奧氏體晶粒長大，提高奧氏體再結(jié)晶溫度，細化晶粒。鈮細化晶粒的強烈效果與在軋制時碳氮化鈮析出延遲奧氏體的再結(jié)晶有關(guān)系。本發(fā)明中鈮含量可以保證二階段軋制完全在再結(jié)晶溫度以下。Ti 加入微量的鈦，是為了固定鋼中的氮元素。另外Ti有強烈的析出強化作用，可以提高鋼的強度，對焊接熱影響區(qū)處的硬度也有好的影響作用。當鋼中的Ti、N原子之比為 1 1時，TiN粒子最為細小且分布彌散，對高溫奧氏體晶粒的細化作用最強。本發(fā)明中使 Ti/N比盡可能接近理想化學配比。Cu和Ni 在鋼中加入銅不僅對焊接熱影響區(qū)硬化性及韌性沒有不良影響，ε -Cu 的析出大大的提高了鋼的強度。另外，Cu對鋼的耐蝕性、改善焊接性、低溫韌性、成型性與機加工性能等都非常有益。但另一方面，Cu含量高時連鑄鋼坯加熱或熱軋時易產(chǎn)生裂紋， 惡化鋼板表面性能，必須添加適量的Ni以阻止這種裂紋的產(chǎn)生。Mo和Cr 提高鋼的淬透性以提高母材的強度，同時與Cu、Ni等元素共同作用可以提高鋼板的耐蝕性。鉬屬于縮小奧氏體相區(qū)的元素，它存在于鋼的固溶體和碳化物中，有固溶強化作用。在碳化物相中，當鉬含量較低時，與鐵及碳形成復合的滲碳體；當含量較高時， 則形成它自己的特殊碳化物。鉬的擴散速度遠小于碳的擴散速度。因此，它在鋼種可以減緩碳化物在奧氏體中的溶解速度，對鋼由奧氏體分解為珠光體的轉(zhuǎn)變有強烈的抑制作用， 但對由奧氏體分解為貝氏體的轉(zhuǎn)變速度的影響則微不足道，對亞共析鋼由奧氏體分解析出鐵素體的速度也有抑制作用，因此有利于得到貝氏體鋼。鉻的添加可以降低鋼種的相變點， 細化組織，有效的提高強度，還可以提高鋼種抗氧化性及高溫耐腐蝕性能等。屈服強度550Mpa的超高強船體及海洋平臺用鋼的生產(chǎn)方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉一LF/ VD精煉一連鑄一板坯加熱一TMCP工藝軋制一探傷一檢查、檢驗一入庫，轉(zhuǎn)爐冶煉要進行鐵水脫硫預處理，脫硫渣扒凈，使用清潔廢鋼和合金，合金要充分燒烤；鋼包要保證清潔干燥，不得有殘渣、殘鋼，轉(zhuǎn)爐擋渣出鋼，出鋼后渣層厚度< 100mm，熔煉成分按上述目標成份進行控制；在LF處造白渣并合理調(diào)整精煉渣系，調(diào)整精煉過程合適的底吹氬氣供氣強度或流量，使鋼水中夾雜充分上浮排除，降低有害氣體0、H、N等以及S的有害作用。VD處理時保壓時間或RH鋼水循環(huán)時間彡IOmin ；VD處理后靜吹氬時間彡5min, RH處理后鎮(zhèn)靜時間彡5min。澆注過程鋼包吹氬時間彡lOmin，中間包目標過熱度按小于25°C控制；全程保護澆注，并投入兩段電磁攪拌，攪拌電流I = 1000A，連鑄板坯按TO/T 2012進行檢查及清理， TMCP工藝軋制采用兩階段控制軋制和控制冷卻，其操作步驟如下1)軋前的加熱溫度控制在1150 1200°C以保證細小的奧氏體晶粒，保溫2 3 小時，以便Nb充分熔入奧氏體中，在軋制后起到細化晶粒的作用；2)第一階段控制軋制在大于1000 1050°C的奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)進行，累計變形量50 60% ；3)第二階段控制軋制在830 890°C奧氏體再結(jié)晶溫度以下溫度范圍內(nèi)軋制，累計變形量40 50%，終軋溫度820 880°C ；
4)以10 15°C /s的速度冷卻，終冷溫度在400°C 550°C之間，最后得到板條狀貝氏體和鐵素體組織。本發(fā)明的FH550鋼級超高強船體及海洋平臺用鋼物理性能檢驗結(jié)果如下表1。鞍鋼企業(yè)標準O!/ASB141-2009)中超高強度船體及海洋工程系列鋼板化學成分范圍(％ )見表2。表 權(quán)利要求
1.屈服強度550Mpa的超高強船體及海洋平臺用鋼，其特征在于，其化學成分按重量％ 組成為c 0. 04 0. 07%、Si 0. 30 0. 50%、Mn 1. 45 1. 60 %、P 彡 0. 020 %、 S^O. 005%,Cr 0. 25 0. 40%、Ni 0. 60 0. 80%、Mo 0. 20 0. 30%、V 0.04 0.06%、 Cu 0. 60 0. 80%, Als 0. 015 0. 045%，其余為!^e以及不可避免的雜質(zhì)，各成分總和為 100%。
2.權(quán)利要求1所述的屈服強度550Mpa的超高強船體及海洋平臺用鋼的生產(chǎn)方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、吹煉深脫碳、RH或VD真空爐處理以及LF處理、連鑄、軋制，其特征在于，軋制采用兩階段控制軋制和控制冷卻，其操作步驟如下1)軋前的加熱溫度控制在1150 1200°C以保證細小的奧氏體晶粒，保溫2 3小時；2)第一階段控制軋制在大于1000 1050°C的奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)進行，累計變形量50 60% ；3)第二階段控制軋制在830 890°C奧氏體再結(jié)晶溫度以下溫度范圍內(nèi)軋制，累計變形量40 50%，終軋溫度820 880°C ；4)以10°C 15°C/s的速度冷卻，終冷溫度在400°C 550°C之間，最后得到板條狀貝氏體和鐵素體組織。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種屈服強度550Mpa的超高強船體及海洋平臺用鋼及其生產(chǎn)方法，其特征是，其化學成分按重量％為C0.04～0.07％、Si0.3～0.5％、Mn1.45～1.60％、P≤0.02％、S≤0.005％、Cr0.25～0.4％、Ni0.6～0.8％、Mo0.2～0.3％、V0.04～0.06％、Cu0.6～0.8％、Als0.015～0.045％，其余為Fe及雜質(zhì)。其生產(chǎn)方法是軋制采用兩階段控制軋制和控制冷卻，得到板條狀貝氏體和鐵素體組織。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是在滿足國家標準FH550鋼級的相關(guān)成分范圍基礎(chǔ)上，采用低C含量設(shè)計，微合金元素強化，具有良好的焊接性能和耐腐蝕性能。
文檔編號C22C38/46GK102400063SQ20101028175
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者叢津功, 李凡, 李靜, 王 華, 韓鵬, 馬玉璞, 黃松 申請人:鞍鋼股份有限公司