一种高强韧海洋装备用钢板制造技术

本发明专利技术公开了一种高强韧海洋装备用钢板，其化学成分按重量百分比包括：C：0.10～0.15％、Si：0.31～0.45％、Mn：1.25～1.65％、P≤0.02％、S≤0.005％、Ni：0.21～0.41％、Mo：0.10～0.30％、Al：0.015～0.055％、V：0.03～0.08％、Nb：0.02～0.08％、Ti：0.005～0.03％，余量为Fe和不可避免杂质，并满足0.110％≤Nb+V+Ti≤0.130％。按以上化学成分的设计，并配合本发明专利技术的制造工艺，可实现钢板高强度、高韧性及良好的耐腐蚀性能等要求，而且钢板H含量≤0.5ppm，降低了氢脆敏感性。

A High Strength and Toughness Steel Plate for Marine Equipment

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧海洋装备用钢板
本专利技术涉及钢铁材料领域，尤其涉及一种高强韧海洋装备钢板。
技术介绍
为了提高海洋经济的生产效益和海洋资源的应用能力，大量海洋工程装备被应用于海洋资源的勘探和采集。海洋工程装备在服役过程中要面对很多极端的自然环境，同时随着其结构规模越来越庞大，部件的维修以及更换费用很高，深海海工装备对海工钢的强韧性、抗疲劳性、耐腐蚀性、良好的焊接性、抗层状撕裂能力提出了更高的要求。因此，高强韧耐腐蚀钢成为大型海洋工程装备用钢的主要发展方向。目前，主要通过加入各类微合金元素来实现强韧性匹配。其中，Ni、Mn、C元素主要通过固溶强化的方式提高合金钢的抗拉强度，而Mn、Ni元素可以扩大奥氏体相区，提高钢中残余奥氏体体积分数，改善材料的低温韧性，但Mn含量过高会使轧制和冶炼过程变得困难，过多的Ni、Mn元素还会导致材料的碳当量较高，恶化材料焊接性。Ti、Nb、V、Cu等作为微量合金元素加入高强钢中，通过形成复杂碳氮化物或团簇，来改善基体的强韧性，TiN以及Ti的氧化物等形成弥散纳米相的碳氮化物在高温时仍能保持稳定，可抑制奥氏体晶粒长大，通过细晶强化提高强度和韧性。同时，Nb、Cu等元素能够形成大量直径小于50nm的团簇，通过析出强化作用可以提高合金钢的强度。然而，钢的强度越高环境断裂敏感性越大，特别是在潮湿空气、水介质、有机溶剂等环境中都表现出氢脆敏感性，由于氢脆断裂具有延迟性和突发性，难以通过正常检查程序发现合金构件是否会发生氢脆断裂，所以氢脆断裂带来的危害要比其他断裂造成的危害大得多，严重制约了高强钢在复杂海洋环境中的应用。因此，迫切需要对高强韧钢的组分及含量进行优化设计，并通过合理的合金化、热处理及轧制工艺，以达到最合适的强韧性匹配来满足钢铁材料实际服役环境的性能要求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述存在的缺陷，提供一种高强韧海洋装备用钢，通过常规加入C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)元素，增加钢板强度，通过Nb(铌)、V(钒)、Ti(钛)微合金化细化晶粒，提高钢板强韧性和冲击韧性，加入Ni(镍)元素改善低温冲击韧性和耐腐蚀性能。为了稳定Nb、V、Ti形成的碳化物，加入Mo(钼)元素，同时加入该元素还起到改善点蚀的作用。在以上合金共同作用下，通过合理的化学成分设计以及轧制工艺，从而在保证高强度、高韧性及良好的耐腐蚀性能等要求下，大幅度降低材料氢脆敏感性，此外，还简化了生产工艺、缩短了生产流程，从而降低生产能耗。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种高强韧海洋装备用钢板，钢板化学成分按重量百分比包括：C：0.10～0.15％、Si：0.31～0.45％、Mn：1.35～1.65％、P≤0.02％、S≤0.005％、Ni：0.21～0.41％、Mo：0.10～0.30％、Al：0.015～0.1％、V：0.02～0.08％、Nb：0.02～0.10％、Ti：0.005～0.05％，余量为Fe和不可避免杂质，并满足0.110％≤Nb+V+Ti≤0.130％。进一步，所述钢板的化学成分按重量百分比包括：C：0.12～0.15％、Si：0.31～0.36％、Mn：1.25～1.45％、P≤0.01％、S≤0.005％、Ni：0.34～0.41％、Mo：0.10～0.25％、Al：0.022～0.035％、V：0.05～0.08％、Nb：0.02～0.05％、Ti：0.01～0.03％，余量为Fe和不可避免杂质，并满足0.110％≤Nb+V+Ti≤0.130％。作为优选方案，所述钢板化学成分质量百分比为：C：0.12％，Si：0.35％，Mn：1.45％，P：0.009％，S：0.003％，Ni：0.36％，Mo：0.15％，Al：0.033％，V：0.062％，Nb：0.043％，Ti：0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质。进一步，所述钢板厚度为20-60mm。进一步，所述钢板制造方法包括以下工序：冶炼、铸造、加热、轧制、冷却和堆垛，具体工序条件如下：(1)冶炼、铸造：按所述成分及重量百分比混合均匀熔炼成铁水，将铁水经深脱S处理后，在转炉内加入铁水和废钢，利用转炉吹氧脱C，然后出钢转入钢包，经LF炉精炼及真空脱气处理后铸造成铸坯；(2)加热：将铸坯加热到1215～1245℃，加热速率8～12min/cm，保温段温度为1180～1240℃；(3)轧制：将加热保温后的坯料依次进行再结晶区轧制和未再结晶区轧制，再结晶区轧制开轧温度为1050～1120℃，未再结晶区开轧温度为850～900℃。(4)冷却：轧制后水冷，冷却速率控制在15～30℃/s，终冷温度控制在380～450℃。(5)堆垛：待钢板温度在300～350℃时进行堆垛缓冷，堆冷时间≥24h。进一步，所述钢板制造工序(1)中，铁水深脱S处理时，到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经搅拌脱S，脱S周期≤21min。进一步，所述钢板制造工序(1)中，出钢温度为1650～1710℃，出钢过程中加入含有V和Nb元素的合金；出钢完成后吹入惰性气体，惰性气体为氩气或氮气，吹入惰性气体的时间为2-5min。进一步，所述钢板制造工序(1)中，LF炉精炼过程中，进行电加热，并通过前期大功率加热进行扩散脱氧处理，电加热温度控制范围为高于液相线温度60～90℃，达到要求温度后，加入含Ti元素的合金。进一步，所述钢板经LF炉精炼后，[N]≤30ppm，[O]≤25ppm，[H]≤1.5ppm。进一步，所述钢板制造工序(1)中，真空脱气处理过程中，采用吹气搅拌或电磁搅拌，其中，吹起搅拌的气体为氩气或氮气；真空脱气处理后，[N]≤10ppm，[O]≤5ppm，[H]≤0.5ppm。有益效果与现有技术相比，本专利技术提供的一种高强韧海洋装备用钢板，具有如下有益效果：(1)本专利技术提供的钢板，主要采用Nb、V、Ti复合微合金化，通过第二相沉淀析出相细化晶粒，提高钢板强韧性和冲击韧性，添加少量的Ni改善低温冲击韧性和耐腐蚀性能；加入少量Mo，有助于稳定Nb、V、Ti形成的碳化物，同时还起到改善点蚀的作用。(2)本专利技术钢板成分及配比设计合理，尤其对Nb、V、Ti复合微合金含量进行了优化，通过合理的化学成分设计以及控轧控冷工艺，不仅保证了高强度、高韧性及良好的耐腐蚀性能能等要求，还大幅度降低了钢板中H含量，从而降低氢脆敏感性。(3)本专利技术对钢板的生产工艺进行了简化，缩短了生产流程，从而有助于降低生产能耗。附图说明图1为实施例1及对比例1-6力学性能测试结果；图2为实施例1及对比例1-6耐腐蚀速率测试结果；图3为实施例1及实施例14-17力学性能测试结果。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本专利技术所保护的范围。本专利技术涉及的一种高强韧海洋装备用钢板厚度范围在20-60mm，钢板化学成分质量百分比为：C：0.10～0.15％、Si：0.31～0.45％、Mn：1.25～1.65％、P≤0.02％、S≤0.005％、Ni：0.21～0.41％、Mo：0.10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强韧海洋装备用钢板，其化学成分按重量百分比包括：C：0.10～0.15％、Si：0.31～0.45％、Mn：1.25～1.65％、P≤0.02％、S≤0.005％、Ni：0.21～0.41％、Mo：0.10～0.30％、Al：0.015～0.055％、V：0.03～0.08％、Nb：0.02～0.08％、Ti：0.005～0.03％，余量为Fe和不可避免杂质，并满足0.110％≤Nb+V+Ti≤0.130％。

【技术特征摘要】
1.一种高强韧海洋装备用钢板，其化学成分按重量百分比包括：C：0.10～0.15％、Si：0.31～0.45％、Mn：1.25～1.65％、P≤0.02％、S≤0.005％、Ni：0.21～0.41％、Mo：0.10～0.30％、Al：0.015～0.055％、V：0.03～0.08％、Nb：0.02～0.08％、Ti：0.005～0.03％，余量为Fe和不可避免杂质，并满足0.110％≤Nb+V+Ti≤0.130％。2.根据权利要求1所述的一种高强韧海洋装备用钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分按重量百分比包括：C：0.12～0.15％、Si：0.31～0.36％、Mn：1.25～1.45％、P≤0.01％、S≤0.005％、Ni：0.34～0.41％、Mo：0.10～0.25％、Al：0.022～0.035％、V：0.05～0.08％、Nb：0.02～0.05％、Ti：0.01～0.03％，余量为Fe和不可避免杂质，并满足0.110％≤Nb+V+Ti≤0.130％。3.根据权利要求1所述的一种高强韧海洋装备用钢板，其特征在于，所述钢板化学成分质量百分比为：C：0.12％，Si：0.35％，Mn：1.45％，P：0.009％，S：0.003％，Ni：0.36％，Mo：0.15％，Al：0.033％，V：0.062％，Nb：0.043％，Ti：0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质。4.如权利要求1～3任一项所述的一种高强韧海洋装备用钢板的制备方法，包括以下步骤：(1)冶炼、铸造：按所述成分及重量百分比混合均匀熔炼成铁水，将铁水经深脱S处理后，在转炉内加入铁水和废钢，利用转炉吹氧脱C，然后出钢转入钢包，经LF炉精炼及真空脱气处理后铸造成铸坯；(2)加热：将铸坯...

【专利技术属性】
技术研发人员：周梓荣，王艳林，
申请(专利权)人：东莞市东莞理工科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44