一种海洋平台用高锰钢及其连铸板坯制备方法技术

一种海洋平台用高锰钢及其连铸板坯的制备方法，高锰钢成分含有C、Si、Mn、P、S、Al、C、Ni、Mo、Cr、N和Fe；方法：1)高炉铁水预处理；2)转炉冶炼：向转炉加入废钢，然后将高炉铁水倒入转炉内，分2次加入造渣剂；然后加入锰、铝锰铁合金；再加入覆盖剂后出钢；3)LF精炼：吹氩同时，加入金属Ni、Mo和Cu，最后加入铝、铬铁合金和钼铁合金进行钢水成分的微调；加入精炼渣剂后停止喷吹氩气；4)真空处理；5)浇铸成品；本发明专利技术通过调整钢中Mn/C增强钢的强塑积，得到钢的屈服强度和塑性的最佳值；通过调整Cu的含量来改善钢的耐腐蚀性能，通过调整Mn和Ni的含量改善钢的低温性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种海洋平台用高锰钢及其连铸板坯的制备方法。
技术介绍
长时间以来，能源一直是世界各国进行角逐的焦点，各国都在进行石油和天然气资源的研究、勘探和开发。然而，陆地的石油和天然气资源已远远不能满足社会发展的需求，人们便把目光投向蕴藏着丰富石油和天然气等资源的海洋。但是，已探明的海洋石油和天然气资源储量的80％以上位于水深500m以下的深海区域，而进行深海区域海洋资源的开发必须要有高等级的海洋平台提供支持。海洋平台用钢作为海洋平台的重要结构材料，要求其必须具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的可焊性和冷加工性、以及耐海水腐蚀等性能指标。近年来，为了提高海洋平台用钢的安全性及可移动性，高强、高韧钢的使用比例逐年增加。例如，自升式钻井平台中高强钢占55％～60％，半潜式钻井平台中高强钢占90.0％～97.5％，其中平台用的桩腿、悬臂梁及升级齿条机构等需要460～690MPa级别及690MPa以上级别的高强度或特大厚度(最大厚度达到259mm)等专用钢。然而，现有的海洋平台用钢均需采用大量的Cr、Mo、Ni进行合金化，为了保证钢板的低温韧性，甚至需要添加4％、9％甚至更多的Ni元素，生产成本高，连铸坯的裂纹敏感性强，连铸坯质量很难保证，且热处理工艺复杂，要求苛刻，不利于规模化生产。近年来，“Mn/C”合金化的TWIP钢和TRIP钢在解决汽车车身轻量和提高安全性方面已经取得令人瞩目的进展，人们对Mn在钢中的作用机理有了新的更深理解。Mn和C是钢中最主要的强奥氏体稳定化元素，显著降低奥氏体转变温度，起到细化奥氏体晶粒效果，也能有效增加钢的淬透性。另外，Mn对钢的显微组织和相变行为影响与Ni有着相似的作用，而成本只有Ni的1/5～1/10。有研究表明，5Mn钢经过热处理细化晶粒和提高奥氏体稳定性获得了-196℃下的优异冲击韧性。专利号为201310551550.8的专利技术专利，提供了一种汽车用高锰钢及其制造方法，该钢种碳含量为0.55％～0.64％，属于中碳高锰钢。生产过程中，对于转炉冶炼、锰元素合金化和钢液的真空精炼要求较低。该专利着重对高锰钢的热处理和轧制过程进行了阐述，对如何生产出合格的高锰钢连铸坯却鲜有涉及。然而，由于高锰钢硬度大、导热系数低、钢液与结晶器保护渣间的化学反应强烈，造成高锰钢连铸坯的裂纹缺陷十分严重，有甚者会引起漏钢事故；该专利提供的高锰钢为全奥氏体钢，对热处理的要求相对简单。因此，高锰钢生产的关键在
于提供为连铸工艺提供高质量的钢液与连铸工艺参数及条件的确定。专利号分别为201310281531.8、201210133064.X、201410345023.6、201210074410.1和201310582009.3的专利技术专利，提供了一些高锰钢及其制造方法，但是这些高锰钢都为用于耐磨件的高碳高锰钢，且采用感应炉和模铸生产，钢中的夹杂物含量高、效率低、成本高且不利于大规模工业生产。专利号为201210133064.X的专利技术专利提供了一种生产小方坯高锰钢的方法。相对于小方坯，板坯的裂纹敏感性强、连铸机拉速快，连铸工艺参数也有很大的差别。所以，高锰钢连铸板坯的生产难度远远超过高锰钢小方坯。为了克服现有海洋平台用钢的生产成本高、热处理工艺复杂及高锰钢冶炼连铸困难等不利条件，实现高品质海洋平台用钢的低成本、高效化生产和高锰钢连铸板坯的顺利生产，需开发一种高锰海洋平台用钢及其连铸板坯制备方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种690MPa级别海洋平台用高锰钢及其连铸板坯的制备方法，本专利技术的海洋平台用高锰钢，成分按质量百分比为：C：0.04～0.06％，Si：0.15～0.25％，Mn：4.85～5.55％，P：≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.01～0.03％，Cu≤0.15％，Ni：0.28～0.35％，Mo：0.16～0.3％，Cr：0.38～0.42％，N≤0.0065％，余量为Fe。本专利技术的海洋平台用高锰钢，成分按质量百分比优选为：C：0.045～0.06％，Si：0.16～0.23％，Mn：5.00～5.55％，P：≤0.013％，S≤0.005％，Al：0.01～0.03％，Cu≤0.15％，Ni：0.30～0.35％，Mo：0.22～0.3％，Cr：0.38～0.42％，N≤0.0065％，余量为Fe。本专利技术的海洋平台用高锰钢，其屈服强度≥690MPa，断面收缩率≥20％，冲击功(-40℃)≥80J。本专利技术的海洋平台用高锰钢，其抗腐蚀性能和焊接性符合船级社对海洋平台用钢的要求。本专利技术的海洋平台用高锰钢连铸板坯的制备方法，流程为：高炉-铁水预处理-转炉-LF精炼-VD或RH真空处理-板坯连铸-连铸坯堆垛缓冷；具体包括以下步骤：步骤1，高炉铁水预处理：将高炉铁水预处理，使其含有成分的质量百分比为S≤0.004％，Si：0.20～0.50％，P≤0.090％；高炉铁水的温度为铁水温度≥1300℃；步骤2，转炉冶炼：(1)向转炉加入废钢，然后将高炉铁水倒入转炉内，分2次加入造渣剂，第一次加入造渣剂后，对转炉进行吹氧处理，再加入余量造渣剂，在转炉内熔炼25～30min，使钢水含有成
分的质量百分比为：C≤0.035％，P≤0.008％，S≤0.006％；其中，按质量比，废钢∶高炉铁水＝(2～3)∶(17～18)；2次造渣剂的质量和∶废钢与高炉铁水的质量和＝(6～9)∶100；氧气的流量为380～440m3/min，吹氧处理的时间为10～15min；(2)向钢包中加入1.05～1.2倍的理论高锰钢中金属锰的量；(3)出钢过程中向钢包中加入钢水总重0.35～0.40％的铝锰铁合金进行预脱氧，并向钢包中加入钢包覆盖剂，其加入量以保证钢液面不裸露在空气中；转炉出钢时，钢水出钢温度为1675～1695℃，出钢时间为3.5～5min；步骤3，LF精炼：(1)钢包进入LF工位时开始吹氩，加入金属Ni、Mo和Cu，最后加入铝、铬铁合金和钼铁合金进行钢水成分的微调，使钢水含有的成分按质量百分比为C：≤0.07％，Si：0.15～0.25％，Mn：4.85～5.55％，P：≤0.013％，S≤0.005％，Al：0.01～0.03％，Cu≤0.15％，Ni：0.28～0.35％，Mo：0.18～0.3％，Cr：0.38～0.42％，N≤0.0065％，余量为Fe；(2)进入LF工位后、开始通电加热并向钢包中加入精炼渣剂，炼50～60min后停止喷吹氩气，钢水温度为1610～1620℃；步骤4，真空处理：对钢包中的钢水进行真空处理，使钢包真空度在300Pa以上；步骤5，浇铸成品：(1)将连铸中间包烘烤，烘烤温度为1100～1200℃，烘烤时间≥3h；(2)使钢包中的钢水流入烘烤后的连铸中间包，控制钢水温度为1523～1526℃；如果钢水温度低于1523℃，则返回步骤3(1)的钢包中加热至1543～1546℃，然后进行步骤5；若钢水温度高于1526℃，则在连铸中间包中，自然降温至1523～1526℃；(3)将连铸中间包中的钢水，浇铸入结晶器，然后向结晶器中加入保护渣，使渣层总厚度为40±5mm；(4)从结晶器出坯锭，在二冷区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋平台用高锰钢，其特征在于，所述高锰钢成分按质量百分比为：C：0.04～0.06％，Si：0.15～0.25％，Mn：4.85～5.55％，P：≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.01～0.03％，Cu≤0.15％，Ni：0.28～0.35％，Mo：0.16～0.3％，Cr：0.38～0.42％，N≤0.0065％，余量为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种海洋平台用高锰钢，其特征在于，所述高锰钢成分按质量百分比为：C：0.04～0.06％，Si：0.15～0.25％，Mn：4.85～5.55％，P：≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.01～0.03％，Cu≤0.15％，Ni：0.28～0.35％，Mo：0.16～0.3％，Cr：0.38～0.42％，N≤0.0065％，余量为Fe。2.根据权利要求1所述的海洋平台用高锰钢，其特征在于，所述高锰钢成分按质量百分比为：C：0.045～0.06％，Si：0.16～0.23％，Mn：5.00～5.55％，P：≤0.013％，S≤0.005％，Al：0.01～0.03％，Cu≤0.15％，Ni：0.30～0.35％，Mo：0.22～0.3％，Cr：0.38～0.42％，N≤0.0065％，余量为Fe。3.根据权利要求1所述的海洋平台用高锰钢，其特征在于，所述高锰钢的屈服强度≥690MPa，断面收缩率≥20％，冲击功(-40℃)≥80J。本发明的海洋平台用高锰钢，其抗腐蚀性能和焊接性符合船级社对海洋平台用钢的要求。4.权利要求1所述的海洋平台用高锰钢连铸板坯的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，高炉铁水预处理：将高炉铁水预处理，使其含有成分的质量百分比为S≤0.004％，Si：0.20～0.50％，P≤0.090％；高炉铁水的温度为铁水温度≥1300℃；步骤2，转炉冶炼：(1)向转炉加入废钢，然后将高炉铁水倒入转炉内，分2次加入造渣剂，第一次加入造渣剂后，对转炉进行吹氧处理，再加入余量造渣剂，在转炉内熔炼25～30min，使钢水含有成分的质量百分比为：C≤0.035％，P≤0.008％，S≤0.006％；其中，按质量比，废钢∶高炉铁水＝(2～3)∶(17～18)；2次造渣剂的质量和∶废钢与高炉铁水的质量和＝(6～9)∶100；氧气的流量为380～440m3/min，吹氧处理的时间为10～15min；(2)向钢包中加入1.05～1.2倍的理论高锰钢中金属锰的量；(3)出钢过程中向钢包中加入钢水总重0.35～0.40％的铝锰铁合金进行预脱氧，并向钢包中加入钢包覆盖剂，其加入量以保证钢液面不裸露在空气中；转炉出钢时，钢水出钢温度为1675～1695℃，出钢时间为3.5～5min；步骤3，LF精炼：(1)钢包进入LF工位时开始吹氩，加入金属Ni、Mo和Cu，最后加入铝、铬铁合金和钼铁合金进行钢水成分的微调，使钢水含有的成分按质量百分比为C：≤0.07％，Si：0.15～0.25％，Mn：4.85～5.55％，P：≤0.013％，S≤0.005％，Al：0.01～0.03％，Cu≤0....

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令种，蔡兆镇，朱苗勇，杨杰，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21