80mm调质海工钢EH550的生产开发与应用

杨春卫，宋增强

（北京首钢股份有限公司，北京 100043）

与造船业相比，海洋工程用钢需求总量不大，但因工业生产需求量较稳定，用钢的材料成本在造船业整体占比较少，所以海工用钢的成本就大大降低，积极鼓励海洋工程建设可提升炼钢企业的利润。

在风浪的作用下海洋平台会遭受海上漂浮物的撞击，为了确保海洋平台使用的安全性需要高强度钢塔尖海洋平台；同时采用高强度钢可减轻海洋平台的重量，保证海洋平台的承载力。对于固定式平台用钢，目前多采用屈服强度为360MPa级；半潜式平台的甲板、立柱和下浮体大部分使用高于500MPa的钢板，将460MPa～690MPa超高强度钢板用在悬臂梁、海洋平台的桩腿、桩靴、齿条升降机、悬臂梁等相关部位，在陆地资源逐渐稀缺的大环境下，能源的开发也逐步由浅部海域向深部海域转移，深部开采区不再受气候条件的限制，寒冷地带也可进行能源开采，船舶及海洋平台用钢开始应用于-40℃～-70℃冰洋海域。因此，保证船舶及平台用钢良好的低温韧性对于平台工作人员安全至关重要，E级钢板大量使用。

1 成分设计及工艺路线

海洋平台长期处于波浪、海潮、风暴及寒冷流冰等严峻的工作环境中，服役期间要承受复杂的动态载荷，对钢板的强度、低温冲击韧性、抗层状撕裂、焊接性能等要求较高。在开发过程中，充分考虑成分设计、铸坯质量、加热制度、两阶段控制轧制、加速冷却工艺、后续的调质处理以及实际生产装备情况，采用最经济最优化的生产方式，使产品性能达到技术要求并且稳定控制。

1.1 成分设计

根据GB/T712-2011标准和各国船级社规范，调质工艺下，为了提高钢板淬透性，80mm厚EH550添加了Cr、B、Ni、Mo元素；为保证低温韧性，添加了少量的Ni；严格控制S、P等杂质元素含量，降低杂质对心部低温韧性和各向异性的影响；添加了微合金元素Nb、V、Ti，发挥其细晶强化和析出强化作用，提高强度改善韧性；严格控制B含量[3-5]。

1.2 性能要求

钢板机械性能要求见表1：

表1 EH550机械性能要求

1.3 工艺路线

选用400mm*2400mm铸坯，开发80mm规格的EH550海工钢，生产工艺路线设计为：铁水预处理→100吨顶底复吹转炉→LF炉精炼→RH真空脱气→板坯连铸→步进梁式加热炉→高压水除鳞→4300mm轧机→快速冷却→热矫直→喷号→精整→探伤→抛丸→淬火→回火→喷号→取样检验→入库→发货。

2 炼钢

海工板的冶炼过程采用洁净钢生产技术[1，2]，一是减少钢中磷、硫、氮、氢等有害元素杂质元素的含量；二是控制钢中非金属夹杂物的数量和形态。LF炉：Si、Mn合金按内控配到位，目标RH合金不做调整，白渣保持时间15min以上，目标硫0.0020%；RH炉：禁止废钢调温，真空处理时间按13～15min控制，深真空时间8min以上，硅钙线按200m/炉控制，根据钢水钙含量做适当调整但不低于150m/炉，软吹10min以上； 连铸：过热度按照15℃～25℃控制，保持拉速稳定，轻压下正常使用，目标中心偏析1.0级以下。

3 轧钢

在控制轧制过程中, 道次变形量和总变形量对钢材的组织和性能影响较大,首先，在奥氏体再结晶区轧制时，应使形变在厚度方向充分渗透至中心部分，以使奥氏体再结晶充分进行，达到晶粒尺寸均匀细化。生产过程中要求道次压下率大于10%，总变形率大于60%，尽可能加大道次压下量，至少有两道次压下量≥20%。同时在高温再结晶区，向钢中加入少量的微合金元素Ti（质量分数小于等于0.020%），可在较高温度下析出细小的TiN颗粒，对奥氏体晶粒产生钉扎作用，从而限制奥氏体晶粒长大。

另外，在奥氏体未再结晶区轧制时保证一定形变率（≥50%），同时使钢板厚度方向的形变累积效果均匀。生产过程中要求待温厚度至少要大于两倍板厚，精轧阶段累计压下率≥50%。

4 热处理

研究了淬火工艺和回火工艺参数对钢板性能的影响，80mm板热处理淬火采用930℃，回火温度640℃，回火时间4h±10min，回火后空冷冷却至室温。

4.1 淬火温度影响分析

研究了淬火温度对80mm厚EH550的影响，当分别采用900℃和950℃淬火时，提高淬火温度时屈服强度和抗拉强度均有提高，约120MPa左右；而经930℃和950℃淬火并进行660℃回火后，高温淬火的屈服强度和抗拉强度均小幅度降低约25MPa，-40℃的冲击功高于900℃淬火约90J。

4.2 回火温度影响分析

图1 为回火温度对80mm厚工业淬火EH550的影响。可以看出，屈服强度和抗拉强度随着回火温度的提高而降低，而低温韧性呈呈先增加后降低的趋势。

图1 80mm厚EH550的回火温度研究

4.3 回火时间的影响分析

图2 回火时间对力学性能的影响

回火时间是保证钢板的力学性能的重要参数，回火时间过短可能导致回火处理不充分，时间过长将导致强度等性能降低，也同时影响生产成本。研究了回火时间对50mmEH550钢板力学性能的影响，回火温度为600℃，回火时间＞50min时，屈服强度、抗拉强度、断后伸长率及-40℃冲击韧性等各项指标均满足EH550的标准要求，回火时间较短时，抗拉强度偏低，超过120min时，回火时间进一步提高，屈服及抗拉强度变化不明显，但冲击韧性明显降低。综合来看，当为保证力学性能确定回火时间为（2.4-3T）min[6]。

5 实物质量

5.1 金相组织

从图3～图4可看出：组织主要以回火索氏体为主，具有良好的强韧性。

图3 钢板1/4处金相组织

图4 钢板1/2处金相组织

5.2 力学性能

钢板屈服强度为648MPa～769MPa，抗拉强720MPa～807MPa，延伸率为19.5%～22.5%，厚度1/4处-40℃冲击功224-306J。钢板强度、塑性及低温韧性满足标准要求。抗层状撕裂性能良好，Z向性能50%以上[7]。

6 结语

通过低碳、添加Cr、Mo、B等淬透性元素，以洁净钢冶炼、调质处理等关键生产技术，生产出具有优良低温韧性的调质态海工钢EH550，综合力学性能良好，满足标准要求，适合批量生产。