[发明专利]海洋工程用F550高强高韧性钢板及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁技术领域，尤其是一种海洋工程用F550高强高韧性钢板及其生产方法。

背景技术

随着陆地资源的日益紧张，石油天然气的开采逐步向海洋区域发展，尤其是在国家发展海洋战略的背景下，海洋平台的建造迎来了一个新的高速发展时期。海洋平台常见的包括自升式、半潜式、座底式等方式，其中半潜式海洋平台具有作业水域深、摆动幅度小，稳定性好的特点，作业能达到1000米甚至3000米以上。海洋平台用高强高韧性钢板广泛应用于钻台、桩靴、悬臂梁、支撑轨道等结构的制造，其特点是高强度、高韧性、大厚度、良好的焊接性，技术含量高，生产难度大。

海洋油气资源的开发不再局限于气候良好的地区，也向北海北部等寒冷地带推进，海洋平台用钢开始应用在-40℃～-60℃冰洋海域。因此，保证平台用钢良好的低温韧性对平台工作人员安全至关重要，往往需要屈服强度550MPa级别以上，冲击韧性满足-60℃的F550钢板。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种性能优良的海洋工程用F550高强高韧性钢板；本发明还提供了一种海洋工程用F550高强高韧性钢板的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明化学成分的质量百分含量为：C 0.08%～0.12%、Si≤0.10%、Mn 1.0%～1.35%、P≤0.010%、S≤0.003%、Ni 0.4%～1.0%、Cr 0.2%～0.5%、Mo 0.2%～0.50%、Cu 0.2%～0.3%、Nb 0.020%～0.030%、V 0.03%～0.05%、Ti 0.015%～0.025%、TAl≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述钢板的最大厚度为100mm。

本发明化学成分设计原理为：以适量的碳、锰固溶强化；加入少量的Nb、V细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；加入Ti进行脱氧固氮，生成TiO小颗粒能够阻碍焊接热影响区晶粒长大，提高焊接性能；另外采用低Si设计进一步提高焊接性能；加入适量的Mo、Ni与Cr提高钢板低温韧性与一定的淬透性；并通过后续合理的淬火+回火工艺，使钢板获得高密度位错，进行位错强化，使钢板具有良好的力学性能。另外加入适量的Cu与Ni起到耐海洋大气、海水的腐蚀作用，同时提高钢板低温冲击韧性。各组分及含量在本发明中的作用是：

C：对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响，碳通过间隙固溶可显著提高钢板强度；但碳含量过高时会影响钢的焊接性能及低温韧性。

Si：在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si能起到固溶强化作用；但高Si将降低钢的焊接性能。

Mn：能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能，且价格低廉，可降低钢板的生产成本；但锰含量过高时加热存在晶粒粗大的风险，降低焊接性能。

P和S：在一般情况下都是钢中的有害元素，会增加钢的脆性，P使钢的焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；S降低钢的延展性和韧性，在轧制时会造成裂纹；因此应尽量减少P和S在钢中的含量。

Cr：其含量对钢板的强度、塑性和低温冲击韧性均有较大影响；这是由于Cr既能固溶于铁素体和奥氏体中，又能与钢中的C形成多种碳化物。Cr固溶于奥氏体时，可提高钢的淬透性，当Cr与C形成复杂碳化物，并在钢中弥散析出时，可起到弥散强化作用；由于Cr 提高淬透性和固溶强化的作用，能提高钢在热处理状态下的强度和硬度，因而广泛应用于低合金结构钢中；但是Cr在钢中起到强化作用的同时亦使塑性有所降低，并增加回火脆性；因此可根据对强塑性的要求，确定合适的Cr含量。

Ni：对钢板的强度和塑性均略有提高，但低温冲击韧性提高幅度较大；这是由于Ni在钢中只形成固溶体，而且固溶强化作用不明显，而主要是通过在塑性变形时增加晶格滑移面来提高材料塑性；Ni还可提高合金钢的淬透性，并能改善钢在低温下的韧性，使韧脆转变温度下降。

Mo：对钢板强度、塑性和低温冲击韧性均有较大提高；这是由于Mo固溶于铁素体和奥氏体时，可使钢的C曲线右移，从而显著提高钢的淬透性；而且Mo能显著提高钢的再结晶温度，提高回火稳定性，调质后可获得细晶粒的索氏体，使强韧性得到改善，当形成Mo的碳化物时，可起到弥散强化作用；因此随Mo含量增加，强韧性得到提高；但Mo元素属贵重合金元素，一般加入量不宜过高；以0.5%以下为宜。

Cu：能够细化晶粒，对钢板的塑性及低温冲击韧性有较大的提高，另外Cu与Ni复合加入能够在钢板表面形成致密氧化膜，起到耐海水及海洋大气的腐蚀作用。