一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板及其生产工艺

摘要

本发明属于船舶及海洋工程用结构钢技术领域，特别涉及一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板及其生产工艺，其包括厚度规格为[6~40]mm与（40~60]mm两种，厚度规格[6~40]mm的钢板化学成分质量百分比为：C：0.10~0.15%，Si：0.20~0.50%，Mn：1.20~1.50%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，Nb：0.020~0.050%，V：0.010~0.050%，Ti：0.008~0.020%，Als：0.015~0.055%，Ceq≤0.43，Pcm≤0.23%，余量为Fe及不可避免的杂质；厚度规格为（40~60]mm的钢板化学成分质量百分比为：C：0.10~0.15%，Si：0.20~0.50%，Mn：1.30~1.60%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，Nb：0.030~0.060%，V：0.020~0.060%，Ti：0.008~0.020%，Als：0.015~0.055%，Nb+V+Ti≤0.12%，Ceq≤0.43，Pcm≤0.23%，余量为Fe和不可避免杂质，本发明通过低Ceq、低Pcm、采用Nb、V、Ti微合金成分及正火热处理工艺，生产易焊接海洋平台用钢板，生产成本较低，力学性能均匀，焊接性能良好。

说明书

技术领域

本发明属于船舶及海洋工程用结构钢技术领域，特别涉及一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板及其生产工艺。

背景技术

伴随着中国经济三十多年的高速增长，国内造船及海洋工程装备制造业发展迅速。造船完工量、新接订单量、手持订单量多年来均位居世界前列，海洋工程装备制造业也得到了长足的发展。随着海洋开发的不断发展，海上石油开发逐渐走向深海，对海洋平台用钢的需求量进一步加大。未来几年，海洋平台用钢板需求前景看好。

海洋平台用钢板的各项技术指标要求极高，须具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性、耐海水腐蚀以及好的冷加工性等性能。目前国际海洋平台用钢板主要级别为355，420，460MPa。355 MPa级主要牌号：En10225的S355、API的API2H-50、BS7191的350EM、船标的E36；420 MPa级主要牌号：En10225的S420、API的API2Y-60、船标的E40、E420；460 MPa级主要牌号：En10225的S460、船标的E460。国产海洋平台用钢板己经广泛采用，EH36以下级别基本实现国产化，占平台用钢量的90%，但关键部位所用大厚度、高强度钢材仍依赖进口。随着海洋平台结构向大型化发展，所需钢板厚度随之增大，对海洋平台用钢板的性能提出了更高的要求。

在此背景下，急需进行高性能海洋平台用钢板的研发与推广，尤其是大力开发高强度、高韧性、抗层状撕裂、易焊接的海洋平台用钢板。

因此申请号为201210564686.8的专利申请公开了一种355MPa 级低焊接裂纹敏感性钢板，其化学成分质量百分比为：C 0.09 ～ 0.13%，Si 0.25 ～ 0.35%，Mn 1.20 ～ 1.50%，P ≤ 0.015%，S ≤ 0.005%，Al 0.025 ～0.04%，Nb 0.02 ～ 0.05%，Ti 0.01 ～ 0.03%，Cu 0.10 ～ 0.3%，Ni 0.10 ～ 0.3%，其余为Fe 和不可避免杂质；采用顶底复吹转炉冶炼，并采用低镍生铁配镍；连铸坯型厚度规格为400mm，宽度在1800 ～ 2400mm ；钢板采用两阶段控制轧制+ 控制冷却+ 正火处理，上述专利添加了Cu和Ni，在钢中加入Cu，易使铸坯和钢板表面产生星状裂纹，而Ni合金的价格较贵，成本较高，没有成本优势。

而申请号为201110358089.5的专利申请公开了一种焊接裂纹敏感性指数小于0.23 的355MPa 级低合金钢板的制造方法，该钢板的化学成分重量百分比控制范围：C ：0.10 ～ 0.13、Mn ：1.45 ～ 1.53、Si ：0.20 ～0.30、Nb ：0.030 ～ 0.040、V ：0.060 ～ 0.070、Ti ：0.005 ～ 0.015、Al ：0.020 ～ 0.050、P ：≤ 0.013、S ：≤ 0.003%，其余为Fe 和不可避免的杂质；且该钢板的化学成分按重量百分比计符合焊接裂纹敏感性指数Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B ≤ 0.23，但是上述专利申请添加了较多的V，根据矾宇咨询网上调查，V的价格在85000元/吨浮动，成本较高，而且上述专利的制作方法中热处理工艺实际为调质，步骤较多，从而进一步提高了成本，不利于大规模生产。

发明内容

针对以上不足，本发明提供了一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板及其生产工艺，该钢板采用Nb、V、Ti微合金成分，通过低碳当量Ceq、低焊接裂纹敏感性指数Pcm及正火热处理工艺，生产易焊接海洋平台用钢板，生产成本较低，力学性能均匀，焊接性能良好。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种355MPa级易焊接海洋平台用钢板，其包括厚度规格为 [6~40]mm与（40~60]mm两种，

所述厚度规格[6~40] mm的钢板化学成分质量百分比为：C：0.10~0.15%，Si：0.20~0.50%，Mn：1.20~1.50%， P：≤0.015%，S：≤0.005%，Nb：0.020~0.050%，V：0.010~0.050%，Ti：0.008~0.020%，Als：0.015~0.055%，Ceq≤0.43，Pcm≤0.23%，余量为Fe及不可避免的杂质；

所述厚度规格为（40~60]mm的钢板化学成分质量百分比为：C：0.10~0.15%，Si：0.20~0.50%，Mn：1.30~1.60%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，Nb：0.030~0.060%，V：0.020~0.060%，Ti：0.008~0.020%，Als：0.015~0.055%， Nb+V+Ti≤0.12%，Ceq≤0.43，Pcm≤0.23%，余量为Fe和不可避免杂质。

当所述钢板厚度规格为36mm时钢板化学成分质量百分比为：C：0.12%，Si：0.23%，Mn：1.44%， P：0.014%，S：0.003%，Nb：0.034%，V：0.020%，Ti：0.015%，Als：0.032%，Ceq：0.37，Pcm：0.21%，余量为Fe及不可避免的杂质。

当所述钢板厚度规格为60mm时钢板化学成分质量百分比为：C：0.12%，Si：0.26%，Mn：1.47%， P：0.015%，S：0.004%，Nb：0.042%，V：0.030%，Ti：0.019%，Als：0.029%，Ceq：0.38，Pcm：0.21%，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明的钢板，其制作工艺步骤为：

 高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→板坯下线堆垛缓冷→板坯清理→板坯再加热→4300轧机轧制→Mulpic冷却→钢板堆垛缓冷→探伤→正火→成品取样检验→入库。

当钢板的厚度规格为[6~40]mm时，其工艺条件为：

（1）铁水预脱硫，入炉铁水S≤0.003%，按C：0.10~0.15%，Si：0.20~0.50%，Mn：1.20~1.50%， P：≤0.015%，S：≤0.005%，Nb：0.020~0.050%，V：0.010~0.050%，Ti：0.008~0.020%，Als：0.015~0.055%，Ceq≤0.43，Pcm≤0.23%，余量为Fe及不可避免的杂质冶炼钢水，钢水经LF、RH精炼，[N]≤30ppm，[O] ≤25ppm，[H] ≤1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷；

（2）板坯检查清理后装炉加热，加热时间0.9~1.0min/mm，出炉温度1100~1180℃；

（3）板坯经高压水除鳞，高压水压力为19~20Mpa，进入4300mm轧机轧制；

（4）粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个以上道次压下量＞25mm；中间坯厚度≥2.5倍成品钢板的厚度；

（5）精轧保证终轧温度：钢板终轧温度控制在840±10℃；

（6）正火处理温度：900±10℃；保温时间：1.5min/mm+10min。

更具体的，当钢板的厚度规格为36mm时，其工艺条件为：

（1）铁水预脱硫，入炉铁水S≤0.003%，按C：0.12%，Si：0.23%，Mn：1.44%， P：0.014%，S：0.003%，Nb：0.034%，V：0.020%，Ti：0.015%，Als：0.032%，Ceq：0.37，Pcm：0.21%，余量为Fe及不可避免的杂质冶炼钢水，钢水经LF、RH精炼，[N]≤30ppm，[O] ≤25ppm，[H] ≤1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷；

（2）板坯检查清理后装炉加热，加热时间235min，出炉温度1160℃；

（3）板坯经高压水除鳞，高压水压力为19Mpa，进入4300mm轧机轧制；

（4）粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个以上道次压下量＞25mm；中间坯厚度≥2.5倍成品钢板的厚度；

（5）精轧保证终轧温度：钢板终轧温度843℃；

（6）正火处理温度：902℃；保温时间：64min。

当钢板的厚度规格为（40~60]mm时，其工艺条件为：

（1）铁水预脱硫，入炉铁水S≤0.003%，按C：0.10~0.15%，Si：0.20~0.50%，Mn：1.30~1.60%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，Nb：0.030~0.060%，V：0.020~0.060%，Ti：0.008~0.020%，Als：0.015~0.055%， Nb+V+Ti≤0.12%，Ceq≤0.43，Pcm≤0.23%，余量为Fe和不可避免杂质冶炼钢水，钢水经LF、RH精炼，[N]≤30ppm，[O] ≤25ppm，[H] ≤1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷；

（2）板坯检查清理后装炉加热，加热时间0.9~1.0min/mm，出炉温度1100~1180℃；

（3）板坯经高压水除鳞，高压水压力为19~20Mpa，进入4300mm轧机轧制；

（4）粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个以上道次压下量＞25mm；中间坯厚度≥2.5倍成品钢板的厚度；

（5）精轧保证终轧温度：钢板终轧温度控制在820±10℃；

（6）    正火处理温度：900±10℃；保温时间：1.5min/mm+10min。

更具体的，当钢板的厚度规格为60mm时，其工艺条件为：

（1）铁水预脱硫，入炉铁水S≤0.003%，按C：0.12%，Si：0.26%，Mn：1.47%， P：0.015%，S：0.004%，Nb：0.042%，V：0.030%，Ti：0.019%，Als：0.029%，Ceq：0.38，Pcm：0.21%，余量为Fe及不可避免的杂质冶炼钢水，钢水经LF、RH精炼，[N]≤30ppm，[O] ≤25ppm，[H] ≤1.5ppm，将钢水浇铸成250mm厚板坯，下线堆垛缓冷；

（2）板坯检查清理后装炉加热，加热时间238min，出炉温度1165℃；

（3）板坯经高压水除鳞，高压水压力为20Mpa，进入4300mm轧机轧制；

（4）粗轧阶段提高道次压下量，保证有2个以上道次压下量＞25mm；中间坯厚度≥2.5倍成品钢板的厚度；

（5）精轧保证终轧温度：钢板终轧温度控制在818℃；

（6）正火处理温度：900℃；保温时间：100min。

 本发明生产的355MPa级海洋平台用钢板，可生产的最大厚度为60mm；本钢板没有采用传统的Cu和Ni，而是采用Nb、V、Ti微合金成分，且V的使用量大大降低，通过低碳当量Ceq、低焊接裂纹敏感性指数Pcm及正火热处理工艺，大大降低了生产成本，而且可以保证均匀力学性能：下屈服强度370~430MPa，抗拉强度515~575MPa，断后伸长率25~35%，-20℃夏比冲击吸收功纵向平均在160J以上，Z向拉伸断面收缩率平均在45％以上，而且焊接性能良好，在保证力学性能和焊接性能的条件下，本发明大大降低了生产成本，有利于本行业的发展。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以便本领域技术人员可以更好的了解本发明，但并不因此限制本发明。

本发明的工艺流程为：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→板坯下线堆垛缓冷→板坯清理→板坯再加热→4300轧机轧制→Mulpic冷却→钢板堆垛缓冷→探伤→正火→成品取样检验→入库。

根据本发明提供的化学成分范围，按照上述工艺流程以及规定的工艺条件，在210吨转炉上冶炼钢水，将钢水浇铸成250mm厚板坯，在4300mm宽厚板轧机上分别轧制36、60mm钢板。

钢板的化学成分见表1；加热、正火工艺参数见表2；轧制工艺参数见表3；钢板的性能情况见表4；焊接试板试验结果见表5。

根据表4与表5可知，在生产成本降低的情况下，本发明的下屈服强度370~430MPa，抗拉强度515~575MPa，断后伸长率25~35%，-20℃夏比冲击吸收功纵向平均在160J以上，Z向拉伸断面收缩率平均在45％以上，而且焊接性能良好。