一种宽厚规格海工用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别是涉及一种宽厚规格海工用钢及其生产方法。

背景技术

在现代工业生产中，特别是在钢铁冶金和材料科学领域，产品的强度、韧性、耐低温性能以及焊接性能是评估产品质量和技术水平的重要指标。然而，传统的钢铁材料设计方法往往难以同时满足这些多元化的性能需求。特别是在极端低温环境下，如-40度或更低，材料的冲击韧性和焊接性能往往会受到严重影响，从而限制了材料在这些特殊应用场景中的使用。

因此在某些特定应用场合，特别是在需要高焊接性能的领域，仍存在诸多挑战。为此，业界一直在探索新的技术手段，以进一步提升材料的焊接性能和低温下的CTOD性能稳定性，而海洋平台由于其工作环境恶劣、疲劳强度要求高等原因，尤其需要采用特殊的超高强度钢。

基于上述海工特殊服役环境和项目需求，急需开发满足深海服役和操作要求的宽厚规格海工用钢，开发最大厚度60～120mm，并申请船级社认证。

发明内容

本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种宽厚规格海工用钢及其生产方法，本发明采用细化组织晶粒度，连铸大压下技术结合轧后快冷却工艺改善心部质量，实现了宽厚规格海工钢产品力学性能ReH：＞325Mpa、抗拉强度Rm：470-675Mpa、-40℃横向冲击≥60J和-40℃母材的CTOD特征值≥0.25mm，-10℃焊接的CTOD特征值≥0.25mm。

第一方面，本发明提供了一种宽厚规格海工用钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.05％～0.12％，Si：0.10％～0.40％，Mn：1.20％～1.65％，P:≤0.015％，S:≤0.003％，Nb:0.020～0.040％，V:0.020～0.050％，Ti:0.008～0.020％，Cr：0.05～0.25％，Ni：0.10％～0.50％，Mo：0.10～0.20％，Cu：≤0.30％，Al：0.015％～0.055％，Mg:0.0008～0.0015％，Nb+V≤0.12，Nb+V+Ti≤0.13，余量为Fe和不可避免的杂质，低碳高锰产品的设计方式，不但可以有效提高产品的强度，同时有效细化了组织晶粒度，提升了产品韧性，满足了-40度低温冲击韧性；采用了铌、钒、钛组合设计，有效细化了组织晶粒度，改进了低温韧性与CTOD的性能要求，铬、镍、钼、铜元素的可以提升产品的强度，同时保证了厚规格产品的淬透性，提升了厚规格产品厚度方向的组织均匀性，满足了产品的力学性能的稳定性。

其次，本发明还提供了前述宽厚规格海工用钢的生产方法，包括以下步骤：

S1、采用KR法进行脱硫，入转炉硫不大于0.002％，镍、钼元素随废钢加入转炉，入炉铁水160±5吨，镍、钼合金与废钢转装入量25±5吨，采用顶底复吹工艺进行冶炼，出钢温度1640～1680度，转炉炉后进行脱氧合金化，合金化后出钢铝含量0.025％～0.065％；

S2、转炉出钢后钢水送至LF进行精炼处理，脱氧合金化后进行RH真空处理，真空时间18～28分钟，真空后煨入镁铝线，确保成品镁Mg含量为0.0008～0.0015％，镁处理后静搅10～20分钟，采用镁冶金技术，可以形成镁铝尖晶石的细化氧化物组织，提升产品的纯净度，同时钢中会聚集一定量的镁质子，在产品的焊接过程中，可以有效去除氧化物带来的不利影响，形成镁冶金产物，这种镁冶金产物可以在冷却过程中促进奥氏体的晶内形核，细化焊接区域的组织，从而提升了低温的焊接区域的CTOD的性能稳定性；

S3、钢水静搅后送至CCM进行浇铸，采用强冷却模式进行冷却，结合大压下技术进行动态轻压下8～12mm，不采用电磁搅拌工艺，坯料堆冷48小时进行表面检查及坯料处理，连铸工艺通过低速大压下技术的应用，形成粗大的柱状晶组织，在轧制过程中产品均匀的铁素体组织，从而改进了产品的韧性；

S4、表检合格的坯料进行奥氏体化加热，出钢温度1100～1130度，采用二阶段或三阶段轧制工艺轧制；

S5、轧制后的钢板进行快速冷却，返红温度350～550度；

S6、冷却后的钢板进行堆冷、剪切、标识、入库。

进一步的，所述S3中浇铸温度25～35度，浇铸速度0.55～1.15m/min。

进一步的，所述S5中快速冷却时入水温度730～760度，冷却速率20～30℃/min。

进一步的，所述轧制后的钢板厚度为60～120mm。

进一步的，所述钢板的力学性能ReH＞325Mpa，Rm为470～675Mpa。

进一步的，所述钢板的-40℃横向冲击均值≥60J，-40℃母材的CTOD特征值≥0.25mm，-10℃焊接的CTOD特征值≥0.25mm。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用低碳高锰产品的设计方式，不但可以有效提高产品的强度，同时有效细化了组织晶粒度，提升了产品韧性，满足了-40度低温冲击韧性；采用了铌、钒、钛组合设计，有效细化了组织晶粒度，改进了低温韧性与CTOD的性能要求，铬、镍、钼、铜元素的可以提升产品的强度，同时保证了厚规格产品的淬透性，提升了厚规格产品厚度方向的组织均匀性，满足了产品的力学性能的稳定性；

(2)本发明采用镁冶金技术，可以形成镁铝尖晶石的细化氧化物组织，提升产品的纯净度，同时钢中会聚集一定量的镁质子，在产品的焊接过程中，可以有效去除氧化物带来的不利影响，形成镁冶金产物，这种镁冶金产物可以在冷却过程中促进奥氏体的晶内形核，细化焊接区域的组织，从而提升了低温的焊接区域的CTOD的性能稳定性；

(3)本发明通过脱硫及转炉高温出钢的方法，有效缩短了LF处理时间，利于LF高温出钢提升钢水夹杂物的上浮去除，改进钢水的洁净度，连铸工艺通过低速大压下技术的应用，形成粗大的柱状晶组织，在轧制过程中产品均匀的铁素体组织，从而改进了产品的韧性，实现了低温冲击及低温CTOD的稳定性；

(4)本发明低温奥氏体化工艺应用结合了低温控制轧制技术，轧后快冷工艺，实现了力学性能的稳定及低温韧性的稳定，改善了宽厚规格海工钢板的使用需求，通过成份设计结合了制造工艺，实现了焊接接头1/2处熔合线和热影响区-40℃冲击性能要求，具有优异的断裂韧性和免焊后热处理工序能力，大大降低了焊接工序制造成本和周期，满足北极最低温度下服役性能，为客户的低温选材提供数据指导。

附图说明

图1为本发明实施例1的金相组织图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种宽厚规格海工用钢及其生产方法，海工用钢化学成分及质量百分比如下：C：0.07％，Si：0.33％，Mn：1.29％，P:0.010％，S:0.0011％，Nb:0.031％，V:0.041％，Ti:0.013％，Cr：0.15％，Ni：0.39％，Mo：0.17％，Cu：0.030％，Al：0.033％，Mg:0.0013％，Nb+V：0.072％，Nb+V+Ti：0.085％，余量为Fe和不可避免的杂质。

生产方法具体包括以下步骤：

S1、采用KR法进行脱硫，入转炉硫0.001％，镍、钼元素随废钢加入转炉，入炉铁水163吨，镍、钼合金与废钢转装入量26吨，采用顶底复吹工艺进行冶炼，出钢温度1663度，转炉炉后进行脱氧合金化，合金化后出钢铝0.031％；

S2、转炉出钢后钢水送至LF进行精炼处理，脱氧合金化后进行RH真空处理，真空时间19分钟，真空后煨入镁铝线，确保成品镁满足0.0008～0.0015％的要求，镁处理后静搅13分钟；

S3、钢水静搅后送至CCM进行浇铸，浇铸温度30度，浇铸速度0.60m/min，采用强冷却模式进行冷却，结合大压下技术进行动态轻压下10mm，不采用电磁搅拌工艺，坯料堆冷48小时进行表面检查及坯料处理；

S4、表检合格的坯料进行奥氏体化加热，出钢温度1100～1130度，采用二阶段或三阶段轧制工艺轧制；

S5、轧制后的钢板进行快速冷却，入水温度750度，冷却速率26℃/min，返红温度410度；

S6、冷却后的钢板进行堆冷、剪切、标识、入库。

实施例2

本实施例宽厚规格海工用钢化学成分及质量百分比如下:C：0.9％，Si：0.19％，Mn：1.61％，P:0.011％，S:0.002％，Nb:0.029％，V:0.027％，Ti:0.016％，Cr：0.18％，Ni：0.41％，Mo：0.16％，Cu：0.020％，Al：0.040％，Mg:0.0013％，Nb+V：0.056％，Nb+V+Ti：0.072％，余量为Fe和不可避免的杂质。

生产的方法具体包括以下步骤：

S1、采用KR法进行脱硫，入转炉硫0.001％，镍、钼元素随废钢加入转炉，入炉铁水159吨，镍、钼合金与废钢转装入量27吨，采用顶底复吹工艺进行冶炼，出钢温度1658度，转炉炉后进行脱氧合金化，合金化后出钢铝0.043％；

S2、转炉出钢后钢水送至LF进行精炼处理，脱氧合金化后进行RH真空处理，真空时间21分钟，真空后煨入镁铝线，确保成品镁满足0.0008～0.0015％的要求，镁处理后静搅19分钟；

S3、钢水静搅后送至CCM进行浇铸，浇铸温度31度，浇铸速度0.65m/min，采用强冷却模式进行冷却，结合大压下技术进行动态轻压下9mm，不采用电磁搅拌工艺，坯料堆冷48小时进行表面检查及坯料处理；

S4、表检合格的坯料进行奥氏体化加热，出钢温度1119度，采用二阶段或三阶段轧制工艺轧制；

S5、轧制后的钢板进行快速冷却，入水温度741度，冷却速率27℃/min，返红温度400度；

S6、冷却后的钢板进行堆冷、剪切、标识、入库。

以下为本发明各实施例宽厚规格海工用钢的性能参数展示。

表1力学性能

表2CTOD检测值

根据表1及表2数据可知，本发明实施例中的生产方法实现了宽厚规格海工钢产品力学性能ReH：＞325Mpa、抗拉强度Rm：470-675Mpa、-40℃横向冲击≥60J和-40℃母材的CTOD特征值≥0.25mm，-10℃焊接的CTOD特征值≥0.25mm，具有优异的断裂韧性和免焊后热处理工序能力，满足了深海服役和操作要求。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。