高热输入焊接的耐低温抗腐蚀货油舱用钢及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种高热输入焊接的耐低温抗腐蚀货油舱用钢及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C：0.04～0.13％、Si：0.10～0.40％、Mn：0.60～1.30％、P：0.005～0.012％、S≤0.006％、Al：0.01～0.05％、Sn：0.03～0.15％、Nb：0.005～0.020％、Ti：0.005～0.025％、Ni：0.15％～0.40％、Cu：0.15～0.50％、Cr：0.10～0.25％、Ca：0.007％～0.024％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明专利技术主要针对极区航线油船的储运罐上甲板和内底板设计的耐腐蚀钢，该钢具有优异的低温韧性，且可进行大热输入量焊接。且可进行大热输入量焊接。且可进行大热输入量焊接。

【技术实现步骤摘要】
高热输入焊接的耐低温抗腐蚀货油舱用钢及其制造方法


[0001]本专利技术涉及低合金船舶用钢
，具体而言是一种高热输入焊接的耐低温抗腐蚀货油舱用钢及其制造方法。

技术介绍

[0002]随着经济和社会的发展，对原油需求和消耗持续增大，也推动了原油运输的极速增长。同时，气候变暖使得北极航线的运输成为可能，通过北极东北航道的油船数量显著增加。在原油储运过程中，作为主要储运容器的货油舱(COT)内底板会覆盖着一层含有油泥、高浓度Cl
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卤水及H2S的沉积油膜，使油舱内底板发生严重的局部点状腐蚀，腐蚀坑最深可达10mm，这种腐蚀成为了原油船运营中的极大安全隐患。航行北极航道的油船，需要承受低温环境，其货油舱结构用钢需要具备良好的可焊性、低温韧性和耐腐蚀性等优异的综合力学性能。
[0003]2012年，国际海事组织(IMO)强制要求采用货油舱涂层防护或采用耐腐蚀钢建造的方式，以保证货油舱结构钢抵御高氯离子和温度交变、酸性气相介质的腐蚀，防止油船因腐蚀而产生的原油泄露造成海洋环境污染、危及油船安全等问题。然而，涂层防护仅能维持5
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7年，在油船25年的全寿命周期内，需要进行3
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4次的修复和重新喷涂，不仅提高了维护的工时，而且作业环境恶劣；而因回坞修复导致油船停运，则大大增加了油船的运营成本。与此同时，随着油船建造的大型化、高效化发展趋势，船企在油船建造过程中，其工作量的80％来自于焊接工序，因此，对货油舱体用耐蚀钢实现高热输入焊接的意愿更为强烈，目前适用于油船的耐蚀钢仅能满足50KJ/cm及以下常规低热输入量的焊接要求，对于适用高热输入焊接的耐蚀钢尚未见报道。为提高造船效率，大型船厂普遍引进了多丝埋弧焊、FCB、气电立焊等高热输入焊接设备，以实现油船建造的高效化。因此，对于适合高热输入焊接的油船用耐蚀钢提出迫切需求。
[0004]目前，国内外对货油舱用耐腐蚀钢有一些研究，经检索发现了部分专利和文献，但其所记载的内容与本专利技术技术方案所述成分、生产方法、易焊接性、耐腐蚀性、低温韧性等方面存在明显不足。
[0005]相关专利1：CN103290337A《一种原油油船货油舱上甲板用耐腐蚀钢》提供了一种仅用于货油舱上甲板的普通强度和高强度耐蚀钢，ECL为1.95mm，低温韧性仅满足
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20℃，没有给出焊接性评价指标，更未提及是否具备高热输入焊接特性。
[0006]相关专利2：CN103305761A《一种原油油船货油舱内底板用耐腐蚀钢》提供了一种仅用于货油舱上甲板的普通强度和高强度耐蚀钢，其低温韧性仅满足
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20℃，同样的，没有给出焊接性评价指标，更未提及是否具备高热输入焊接特性。
[0007]相关专利3：CN103469101A《一种高Nb原油船货轮舱底板用耐蚀钢》提供了一种含有高Nb成分体系的32Kg强度级别货油舱内底板用钢，质量等级仅为A级(常温)，无法满足0℃及更低温度条件下的应用。
[0008]相关专利4：JP 4935578《船舶用耐蚀钢材》和相关专利5：JP 5130828《高强度船舶
用耐蚀钢材的制造方法》，提供了一种具有良好低温韧性(质量等级为E级，
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40℃)的耐腐蚀钢，但其焊接热输入量仅为60kJ/cm，并且未提供基于IMO标准下的上甲板和内底板腐蚀性能评价效果。
[0009]相关专利6：CN102974661A《一种原油货油仓耐蚀钢板的矫直工艺》，涉及一种钢板厚度为30
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50mm货油仓用钢板的矫直工艺，未提及材料的成分、制造工艺等关键技术。
[0010]综上所述，现有技术对具备耐腐蚀、耐低温高韧性、适宜高热输入焊接的等综合性能的油船货油舱用钢的产品开发尚存在不足，无法满足船厂高效建造需要和适宜极区航行耐低温且耐高硫高酸油气腐蚀原油船货油舱对材料综合性能的需求。

技术实现思路

[0011]根据上述技术问题，而提供一种高热输入焊接的耐低温抗腐蚀货油舱用钢及其制造方法。
[0012]本专利技术采用的技术手段如下：
[0013]高热输入焊接的耐低温抗腐蚀货油舱用钢，其化学成分重量百分比为：
[0014]C：0.04～0.13％、Si：0.10～0.40％、Mn：0.60～1.30％、P：0.005～0.012％、S≤0.006％、Al：0.01～0.05％、Sn：0.03～0.15％、Nb：0.005～0.020％、Ti：0.005～0.025％、Ni：0.15～0.40％、Cu：0.15～0.50％、Cr：0.10～0.25％、Ca：0.007～0.024％，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0015]优选地，还具有重量百分比为：Sb：0.02～0.15％、W：0.03～0.10％、Mo：0.05～0.15％、RE：0.05～0.10％中的一种或多种。
[0016]优选地，不可避免杂质中包括N、H、O，且N的重量百分比为0.0020～0.0060％，H的重量百分比≤0.00015％，O的重量百分比≤0.0020％。
[0017]优选地，Ti/N为2.43～3.56。
[0018]优选地，Ni+Cu≥0.35％，且Ni/Cu≥0.70；Ca/S为1.8～4。
[0019]优选地，适宜高热输入焊接的货油舱用耐腐蚀钢所制成的钢板厚度为8～50mm，屈服强度要求≧355MPa(36Kg)的耐蚀钢的显微组织中珠光体的体积分数≤30％，屈服强度要求≧370MPa(40Kg)和≧420MPa的耐蚀钢的贝氏体体积分数≤35％。
[0020]以下详细阐述本专利技术的酸性原油储运罐用耐腐蚀钢中各合金成分作用机理，其中百分符号％代表重量百分比：
[0021]C：是保证钢强度的必要元素，含量在0.04％及以上，但当含量超过一定量时，将提高焊接裂纹敏感性，导致焊接性能的恶化。此外C含量的增加还会增加钢中的含片层渗碳体的珠光体相含量，在酸性环境下珠光体成为阴极，能促进腐蚀，而且焊接后钢板再熔合线附近的HAZ(热影响区)位置易产生MA，显著降低材料的低温韧性，因此上限为0.13％。
[0022]Si：是炼钢过程中主要的脱氧成分，为了得到充分的脱氧效果必须含0.10％以上。但若超过上限则会降低母材及焊接部位的韧性，以固溶形式存在的Si提高强度的同时也能提高韧脆转变温度，因此Si含量为0.10～0.40％。
[0023]Mn：是保证钢的强度和韧性的必要元素，Mn与S结合形成MnS，避免晶界处形成FeS而导致的热裂纹，同时Mn也是良好的脱氧剂。锰作为低成本的强韧化元素，其含量过低，无法保证材料的强度，但当Mn含量高于1.30％时，会加重铸坯偏析并恶化粗晶热影响区
(CGHAZ)的低温韧性，因此Mn含量应该控制在0.60～1.30％。
[0024]P：是钢中不可避免的杂质元素，会恶化钢的韧性和焊接性能。研究表明，当P含量高于0.012％时，其在上甲板酸性气相介质条件下的腐蚀性显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高热输入焊接的耐低温抗腐蚀货油舱用钢，其特征在于，其化学成分重量百分比为：C：0.04～0.13％、Si：0.10～0.40％、Mn：0.60～1.30％、P：0.005～0.012％、S≤0.006％、Al：0.01～0.05％、Sn：0.03～0.15％、Nb：0.005～0.020％、Ti：0.005～0.025％、Ni：0.15～0.40％、Cu：0.15～0.50％、Cr：0.10～0.25％、Ca：0.007～0.024％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高热输入焊接的耐低温抗腐蚀货油舱用钢，其特征在于，还具有重量百分比为：Sb：0.02～0.15％、W：0.03～0.10％、Mo：0.05～0.15％、RE：0.05～0.10％中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的高热输入焊接的耐低温抗腐蚀货油舱用钢，其特征在于，不可避免杂质中包括N、H、O，且N的重量百分比为0.0020～0.0060％，H的重量百分比≤0.00015％，O的重量百分比≤0.0020％。4.根据权利要求3所述的高热输入焊接的耐低温抗腐蚀货油舱用钢，其特征在于，Ti/N为2.43～3.56。5.根据权利要求1所述的高热输入焊接的耐低温抗腐蚀货油舱用钢，其特征在于，Ni+Cu≥0.35％，且Ni/Cu≥0.70；Ca/S为1.8～4。6.高热输入焊接的耐低温抗腐蚀货油舱用钢的制造方法，其特征在于，包括：加热：将具有权利要求1～5任一权利要求所述成分的钢板坯加热到1100℃～1150℃，所述钢板坯的加热时间为3～5小时；轧制：...

【专利技术属性】
技术研发人员：严玲，王华，王长顺，张鹏，王晓航，李广龙，王东旭，齐祥羽，李博雍，韩鹏，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：