一种大厚度齿条钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强钢板及其生产方法，尤其是一种自升式海洋平台粧腿用大厚度齿条钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002]随着我国海洋开发的不断发展，近海石油的开采逐步向深海区域发展，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。自升式海洋平台具有建造周期短、造价低、应用广等特点，整个平台重量靠深埋在海底的粧腿支撑，平台升降是用齿条与齿轮的啮合转动进行，因此所制造齿条的钢板要求高强度、高韧性、大厚度，技术含量高，生产难度大。
[0003]目前常用厚度规格齿条钢板有114.3mm、127mm、152.4mm、177.8mm等，冲击韧性满足实验温度一般为_40°C。随着平台工作水域的不断加深，齿条钢板规格将向着更厚，冲击实验温度更低(-60 °C)的方向发展，厚度规格大于200_同时要求板厚1/2处-60 °C冲击韧性的齿条钢板将得到越来越多的应用。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种强韧性匹配良好的大厚度齿条钢板;本发明还提供了一种大厚度齿条钢板的生产方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明化学成分的质量百分含量为:C0.09%?0.13%、Si0.20%?0.40%、Μη I.0%?I.2%、Ρ < 0.010%、S < 0.003%、Ni 3.3%?3.6%、Cr 0.80%?1.0%、Mo 0.70%?0.80%、Cu 0.20%?0.30%、他 0.010%?0.030%、V 0.02%?0.05%、ΤΑ1 0.060%?0.080%,B 0.001%?0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0006]本发明所述钢板的最大厚度为210mm。
[0007]本发明钢板采用的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Mo、Ni与Cr提高钢板低温韧性与一定的淬透性。其中，各组分及含量在本发明中的作用如下所述:
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韧性。
[0008]S1: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;但含量超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。
[0009]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。
[0010]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，在乳制时会造成裂纹；因此应尽量减少P和S在钢中的含量。
[0011]Cr:Cr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;因此可根据对强韧性的要求，确定合适的Cr含量。
[0012]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；由于钢板厚度规格较厚，为保证-600C冲击韧性，Ni的含量3.3%?3.6%为宜。
[0013]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。
[0014]Nb: Nb的加入是为了促进钢乳制态显微组织的晶粒细化，同时可提高强度和韧性；铌可在控乳过程中通过抑制奥氏体再结晶有效地细化显微组织，并析出强化基体;Nb可降低钢的过热敏感性及回火脆性，焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。
[0015]V:钢的优良脱氧剂;钢中加钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性;钒与碳形成的碳化物，起到析出强化作用。
[0016]TAl(全铝):钢中常用的脱氧剂;钢中加入少量的Al，可细化晶粒，提高冲击韧性；Al还具有抗氧化性和抗腐蚀性能;Al与N化合，起到固氮提高硼元素收得率从而提高淬透性的作用，招含量过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
[0017]本发明方法包括冶炼、模铸、加热、乳制、热堆垛和热处理工序，所述冶炼工序所得钢水化学成分的质量百分含量如上所述；
所述热处理工序采用淬火+淬火+回火工艺:第一次淬火过程中的加热温度为880?8900C，保温时间1.8?2min/mm;第二次淬火过程中的加热温度为860?870°C，保温时间1.5?1.8min/mm;回火过程中，加热温度630?640°C，保温时间3.0?3.5min/mm，出炉后空冷。
[0018]本发明方法所述模铸工序:浇注温度为1530?1540°C，下线后钢锭堆垛缓冷224小时。
[0019]本发明方法所述加热工序:钢锭加热温度最高12200C，均热温度1180?1200°C，均热时间9?I Oh;总加热时间2 24h。所述加热工序中，700 °C以下时升温速度不大于80 °C /h，在700±10°C保温1.5?2小时，700?900°(:升温速度不大110°(:/11，在900±10°(:保温2.0?2.5小时。
[0020]本发明方法所述乳制工序:采用差温乳制工艺；I阶段乳制温度为910?1120°C，单道次压下量为10%?20%，累计压下率为30%?60%;然后进行晾钢并借助高压水降低钢板表面温度；Π阶段乳制开乳温度为850?880°C，累计压下率为30%?50%。所述乳制工序中，I阶段乳制的开乳温度为1080?1120°C，终乳温度为910?940°C ； Π阶段乳制的终乳温度小于850。。。
[0021 ] 本发明方法所述热堆垛工序:堆垛温度2 5500C，堆垛时间2 48小时。
[0022]本发明方法所述热处理工序的淬火过程中，淬火在带有搅动装置及循环水的水槽中进行，入水时间不少于2小时，钢板出水后返红温度不大于40°C。
[0023]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明通过合理的成分设计，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Mo、Ni与Cr提高钢板低温韧性与一定的淬透性;使本发明在钢板厚度达210mm时，板厚1/2处仍具有优良的强韧性匹配的力学性能。
[0024]本发明方法通过合理的钢板中合金元素的配比，并通过淬火+淬火+回火的热处理工艺，使钢板获得以回火索氏体+少量回火贝氏体的基体组织，能确保板厚210_板厚1/2处钢板力学性能良好，使钢板具有良好的组织、综合性能。本发明方法采用差温乳制工艺，乳制过程中通过晾钢及加速冷却，使钢板形成由表及里的温度梯度，在II阶段乳制时进而形成由表及里的变形抗力梯度，从而使钢板乳制变形渗透至心部，压合心部疏松、缩孔缺陷，细化初始组织为后续热处理做好组织准备，热处理后钢板有优良的综合性能；低温韧性有相当大的富裕量，可广泛用于极地严寒海域或深海海域的自升式钻井平台粧腿结构的制造，应用前景广阔。
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