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CN116445812A - 一种超低屈强比高韧海洋结构用厚板及其热处理方法 - Google Patents

一种超低屈强比高韧海洋结构用厚板及其热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超低屈强比高韧海洋结构用厚板及其热处理方法，钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.11‑0.14%、Si：0.15～0.50%、Mn：1.55～1.65%、P≤0.012%、S≤0.005%、Ni 0.60‑0.70%、Nb 0.025‑0.040%、Al≥0.020%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；采用明火加热常化炉对钢板进行正火热处理，所述常化炉从炉门到炉尾等距离分为3个区，炉后匹配水冷装置。本发明提供的钢板为铁素体+富碳马奥岛两相组织，晶粒度10‑11级，屈服比≤0.65，实现了超低屈强比。

Description

一种超低屈强比高韧海洋结构用厚板及其热处理方法
技术领域
本发明涉及一种超低屈强比高韧海洋结构用厚板及其热处理方法。
背景技术
海洋结构用钢的工作环境特殊，除了需承受重力载荷之外，还需要考虑到风载荷、海流载荷、冰载荷、地震载荷等影响。其次，随着海洋开采向深海区域的延伸，对海洋结构的安全性和可靠性也提出了更高的要求，体现在建造海洋结构所用的钢板上，一是厚度越来越大；二是在满足一定的强度、良好的焊接性等前提下，还要具备更高的塑性、低温韧性以及屈强比、厚度均匀性等更高级别的要求；尤其是屈强比作为衡量屈服强度与抗拉强度间距的大小，屈强比越高，材料发生变形不久就会断裂，材料的使用安全性能越差。通过研究热处理过程中的组织演变规律，调控微观相形貌及组成，是获得高级别、高性能海洋结构用钢的一项关键技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超低屈强比高韧海洋结构用厚板及其热处理方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种超低屈强比高韧海洋结构用厚板，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.11-0.14％、Si：0.15～0.50％、Mn：1.55～1.65％、P≤0.012％、S≤0.005％、Ni0.60-0.70％、Nb 0.025-0.040％、Al≥0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明所述超低屈强比高韧海洋结构用厚板，其厚度为70-120mm。
本发明所述超低屈强比高韧海洋结构用厚板的热处理方法，具体为：采用明火加热常化炉对钢板进行正火热处理，所述常化炉从炉门到炉尾等距离分为3个区，炉后匹配水冷装置。
本发明所述热处理方法，其中，钢板正火时，所述常化炉的3个区温度设置如下：1区设定900-910℃，2区设定880-890℃，3区设定860-870℃；钢板在各区的加热时间为(0.9～1.1)min/mm*T，T为钢板厚度，单位mm。
本发明所述热处理方法，其中，所述钢板出炉后入水冷却，并分阶段控制冷速，先以3-5℃/s的速度冷至640-660℃，再以8-10℃/s的速度冷至450-470℃，最后出水空冷至室温。
本发明所述钢板正火热处理后，钢板表面、1/4厚、1/2厚处-40℃横向冲击功均可达到120J以上；常温拉伸：屈服强度325-360MPa，抗拉强度550MPa-600MPa，断后伸长率≥25％；尤其地实现了超低屈强比，满足≤0.65。
本发明所述钢板正火热处理后为铁素体+富碳马奥岛两相组织，富碳马奥岛两相组织占比为20％-30％，晶粒度10-11级。
本发明所述超低屈强比高韧海洋结构用厚板性能标准参考EN10225，检测方法参考标准EN ISO6892-1、EN ISO148-1。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明采用低碳高锰的成分体系，再添加一定量Nb、Ni合金元素。低碳是保证高塑韧性的基础；高锰，一是锰能固溶强化铁素体，保证钢板强度，二是锰能强烈的降低钢的马氏体转变点，为后续两相组织打好基础；镍合金不仅能稳定奥氏体组织，而且能显著提高基体的韧度，是高韧性能的保证；微量铌合金能起到细化晶粒的作用。
2、热处理过程中，控制正火炉内的温度场。创新采取入炉1区设定900-910℃，高温快速加热，提升奥氏体形核率；2区至3区逐级递减温度设定，保证奥氏体充分均匀化得前提下，防止奥氏体长大。
3、出炉采取阶段时冷却。在本发明的成分体系下，结合钢板冷却过程中铁素体、贝氏体、马氏体的生成条件，先慢冷获得一部分细小均匀铁素体组织，再快速冷却避开贝氏体区域，停留至马氏体的开始转变点，最后在空气中缓冷使得富碳奥氏体被保留下来，最终获得铁素体+富碳马奥岛的两相组织。
4、一定比例的富碳马奥岛组织是获得低屈强比、高韧的关键技术因素。因生成铁素体后，钢中碳集中在马奥组织中，使其具有较高的固溶强度，而固溶强化对抗拉强度的贡献明显大于屈服强度；其次稳定的残余奥氏体对钢板的塑韧性也有明显的提升效果。
5、本发明方法具有产品质量稳定、可实现批量生产的特点。
附图说明
图1为本发明实施例1超低屈强比高韧海洋结构用厚板热处理后的金相组织图。
图2为本发明实施例2超低屈强比高韧海洋结构用厚板热处理后的金相组织图。
图3为本发明实施例3超低屈强比高韧海洋结构用厚板热处理后的金相组织图。
图4为本发明实施例4超低屈强比高韧海洋结构用厚板热处理后的金相组织图。
图5为本发明对比例5超低屈强比高韧海洋结构用厚板热处理后的金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.11％、Si：0.23％、Mn：1.60％、P：0.012％、S：0.003％、Ni：0.66％、Nb：0.031％、Al：0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度110mm。
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板的热处理方法，具体为：采用明火加热常化炉对钢板进行正火热处理，炉子从炉门到炉尾等距离分为3个区，炉后匹配水冷装置；具体如下所述：
(1)钢板正火时，1区设定904℃，2区设定890℃，3区设定865℃，形成递减温度场。钢板在各区的加热时间0.94min/mm*T，T为钢板厚度，单位mm。
(2)钢板出炉后入水冷却，并分阶段控制冷速，先以4.1℃/s的速度冷至644℃，再以8℃/s的速度冷至459℃，最后出水空冷至室温。
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板热处理后的力学性能见表1；钢板热处理后组织见图1(500X)，为铁素体+富碳马奥岛两相组织，富碳马奥岛两相组织占比为23％，晶粒度10.5级。
表1实施例1钢板力学性能
实施例2
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.13％、Si：0.15％、Mn：1.58％、P：0.010％、S：0.002％、Ni：0.64％、Nb：0.025％、Al：0.037％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度96mm。
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板的热处理方法，具体为：采用明火加热常化炉对钢板进行正火热处理，炉子从炉门到炉尾等距离分为3个区，炉后匹配水冷装置；具体如下所述：
(1)钢板正火时，1区设定910℃，2区设定887℃，3区设定860℃，形成递减温度场。钢板在各区的加热时间0.90min/mm*T，T为钢板厚度，单位mm。
(2)钢板出炉后入水冷却，并分阶段控制冷速，先以3℃/s的速度冷至660℃，再以8.8℃/s的速度冷至470℃，最后出水空冷至室温。
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板热处理后的力学性能见表2；钢板热处理后组织见图2(500X)，为铁素体+富碳马奥岛两相组织，富碳马奥岛两相组织占比为25％，晶粒度10级。
表2实施例2钢板力学性能
实施例3
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.12％、Si：0.50％、Mn：1.55％、P：0.008％、S：0.001％、Ni：0.60％、Nb：0.028％、Al：0.058％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度88mm。
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板的热处理方法，具体为：采用明火加热常化炉对钢板进行正火热处理，炉子从炉门到炉尾等距离分为3个区，炉后匹配水冷装置；具体如下所述：
(1)钢板正火时，1区设定902℃，2区设定885℃，3区设定870℃，形成递减温度场。钢板在各区的加热时间1.03min/mm*T，T为钢板厚度，单位mm。
(2)钢板出炉后入水冷却，并分阶段控制冷速，先以3.6℃/s的速度冷至652℃，再以9.2℃/s的速度冷至450℃，最后出水空冷至室温。
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板热处理后的力学性能见表3；钢板热处理后组织见图3(500X)，为铁素体+富碳马奥岛两相组织，富碳马奥岛两相组织占比为30％，晶粒度10级。
表3实施例3钢板力学性能
实施例4
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.14％、Si：0.44％、Mn：1.62％、P：0.006％、S：0.005％、Ni：0.70％、Nb：0.036％、Al：0.061％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度70mm。
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板的热处理方法，具体为：采用明火加热常化炉对钢板进行正火热处理，炉子从炉门到炉尾等距离分为3个区，炉后匹配水冷装置；具体如下所述：
(1)钢板正火时，1区设定900℃，2区设定880℃，3区设定868℃，形成递减温度场。钢板在各区的加热时间1.1min/mm*T，T为钢板厚度，单位mm。
(2)钢板出炉后入水冷却，并分阶段控制冷速，先以4.7℃/s的速度冷至658℃，再以10℃/s的速度冷至453℃，最后出水空冷至室温。
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板热处理后的力学性能见表4；钢板热处理后组织见图4(500X)，为铁素体+富碳马奥岛两相组织，富碳马奥岛两相组织占比为20％，晶粒度10.5级。
表4实施例4钢板力学性能
实施例5
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.13％、Si：0.36％、Mn：1.65％、P：0.004％、S：0.004％、Ni：0.69％、Nb：0.040％、Al：0.044％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度120mm。
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板的热处理方法，具体为：采用明火加热常化炉对钢板进行正火热处理，炉子从炉门到炉尾等距离分为3个区，炉后匹配水冷装置；具体如下所述：
(1)钢板正火时，1区设定907℃，2区设定883℃，3区设定862℃，形成递减温度场。钢板在各区的加热时间1.0min/mm*T，T为钢板厚度，单位mm。
(2)钢板出炉后入水冷却，并分阶段控制冷速，先以5℃/s的速度冷至640℃，再以9.7℃/s的速度冷至466℃，最后出水空冷至室温。
本实施例超低屈强比高韧海洋结构用厚板热处理后的力学性能见表5；钢板热处理后组织见图5(500X)，为铁素体+富碳马奥岛两相组织，富碳马奥岛两相组织占比为28％，晶粒度11级。
表5实施例5钢板力学性能
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种超低屈强比高韧海洋结构用厚板，其特征在于，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.11-0.14％、Si：0.15～0.50％、Mn：1.55～1.65％、P≤0.012％、S≤0.005％、Ni 0.60-0.70％、Nb0.025-0.040％、Al≥0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的一种超低屈强比高韧海洋结构用厚板，其特征在于，所述钢板厚度为70-120mm。
3.基于权利要求1或2所述超低屈强比高韧海洋结构用厚板的热处理方法，其特征在于，采用明火加热常化炉对钢板进行正火热处理，所述常化炉从炉门到炉尾等距离分为3个区，炉后匹配水冷装置。
4.根据权利要求3所述超低屈强比高韧海洋结构用厚板的热处理方法，其特征在于，钢板正火时，所述常化炉的3个区温度设置如下：1区设定900-910℃，2区设定880-890℃，3区设定860-870℃；钢板在各区的加热时间为(0.9～1.1)min/mm*T，T为钢板厚度，单位mm。
5.根据权利要求3所述超低屈强比高韧海洋结构用厚板的热处理方法，其特征在于，所述钢板出炉后入水冷却，并分阶段控制冷速，先以3-5℃/s的速度冷至640-660℃，再以8-10℃/s的速度冷至450-470℃，最后出水空冷至室温。
6.根据权利要求3所述超低屈强比高韧海洋结构用厚板的热处理方法，其特征在于，所述钢板正火热处理后，钢板表面、1/4厚、1/2厚处-40℃横向冲击功均可达到120J以上；常温拉伸：屈服强度325-360MPa，抗拉强度550MPa-600MPa，断后伸长率≥25％；屈强比≤0.65。
7.根据权利要求3所述超低屈强比高韧海洋结构用厚板的热处理方法，其特征在于，所述钢板正火热处理后为铁素体+富碳马奥岛两相组织，富碳马奥岛两相组织占比为20％-30％，晶粒度10-11级。
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