本发明属于特种钢冶炼，具体涉及一种经济型大厚度低压缩比海洋工程用eh460钢板及其制备方法。
背景技术：
1、随着石油资源的短缺和油价的不断上涨，海洋资源开发显得日益重要，海洋工程用钢作为海洋工程装备的关键结构材料，需求量也不断增加。而随着海洋石油开采由近海走向深海,其服役环境更加恶劣，修理维护工作难度更大、成本更高，因此海洋工程用钢急需向更高强度、低温韧性、焊接性、耐腐蚀性以及大厚度、轻量化的趋势发展。
2、海洋工程用钢因服役环境的特殊性需具备高强度，良好的低温冲击韧性、焊接性能、耐腐蚀性、抗层状撕裂性等综合机械性能。本专利依托国内最大断面连铸坯优势，在满足ccs船级社规范要求(碳当量≤0.50％，裂纹敏感指数pcm≤0.25％，压缩比≥3)的前提下可生产极限规格150mm厚eh460钢板。并将其碳当量控制在0.45％以下，大幅度提高了海上作业效率。就目前生产技术能力，在船级社规范要求的前提下采用连铸坯生产无法满足本专利中涉及最大厚度达150mm的eh460钢板的性能要求。
3、经检索，中国专利cn108149137a公开了“一种海洋工程用eh460特厚钢板及其制造方法”，采用钢锭生产，且加入大量的v、ni、cu等贵重元素，碳当量及裂纹敏感指数超船级社规范要求；中国专利cn110791711a公开了“一种特厚vl e460级别调质型高强度船板生产方法”，采用钢锭生产，加入大量ni合金，匹配二次淬火+回火热处理工艺，生产成本高，工艺流程长；中国专利cn106011647a一种460mpa级别特厚板及其生产方法，厚度介于60-100mm，采用控轧+超快冷工艺，钢板性能均匀性较差。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种经济型大厚度低压缩比海洋工程用eh460钢板及其制备方法，生产出高强度、高低温冲击韧性、易焊接、具有优良抗层状撕裂性能及耐腐蚀性能的钢板。
2、本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种经济型大厚度低压缩比海洋工程用eh460钢板，该钢板的化学成分基于船级社规范要求，控制钢种p、s等有害元素含量，提高钢材的纯净度。充分利用al、nb、v、ti晶粒细化元素，提高钢板强度及韧性。并添加ni、cu等合金元素，提高钢板的耐海水腐蚀性能，化学成分按重量百分比计为：c：0.12～0.16％，si：0.15～0.35％，mn：1.30～1.50％，p：≤0.010％，s：≤0.008％，nb：0.020～0.050％，v：0.020～0.050％，al：0.020～0.040％，ti：0.010～0.020％，cr：0.10-0.20％，ni：0.20～0.40％，cu:0.10-0.30％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
3、所述钢板的碳当量cev≤0.45％，冷裂纹敏感指数pcm≤0.24％。其中碳当量cev、冷裂纹敏感指数pcm由熔炼分析成分采用如下公式计算，
4、cev(％)＝c+mn/6+(cr+mo+v)5+(ni+cu)/15……………………………(1)
5、pcm(％)＝c+si/30+(mn+cu+cr)/20+ni/60+mo/15+v/10+5b…………………(2)
6、优选地，钢板的化学成分按重量百分比为c：0.13％，si：0.30％，mn：1.50％，p：≤0.008％，s：≤0.002％，nb：0.040％，v：0.030％，al：0.030％，ti：0.015％,cr：0.15％，ni：0.25％，cr：0.15％，cu：0.20％，cev：≤0.45％，pcm：≤0.24％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
7、本发明钢化学成分设计原理：
8、c：通过固溶强化和析出强化可以显著提高钢板强度，同时对于大厚度钢板，可以提高钢的淬透性，但是过高的c含量会产生中心偏析，影响钢板的低温韧性及延展性，不利于后续焊接，本发明中碳含量控制0.12～0.16％范围内。
9、si：主要用于脱氧，并以固溶强化形式提高钢的强度及耐腐蚀性，同时降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。但若其含量超过上限，又损害钢材的韧性及焊接性能，轧制后表面易形成氧化铁皮，影响钢材表面质量。因此控制其范围在0.15～0.35％。
10、mn：具有推迟奥氏体向铁素体转变的作用，有助于细化铁素体，提高强度和低温韧性。但过高的mn会损坏材料的焊接性能和降低材料的耐蚀性能，另外，mn具有较高的偏析趋向，易在钢板芯部产生偏析，降低钢板芯部的冲击性能。本发明规定锰含量介于1.30～1.50％的范围内。
11、nb：细化晶粒元素，在轧制过程中，通过应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶从而细化晶粒，改善了钢的强韧性。但过高的nb不利于焊接性能，且成本较高，因此，本发明中规定铌含量介于0.020～0.050％范围内。
12、v：细化晶粒元素，v(c，n)在化合物奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，抑制奥氏体的再结晶并阻止晶粒长大，从而起到细化铁素体晶粒、提高钢的强韧性作用。本发明中规定v含量介于0.020～0.050％。
13、ti：用来固定钢种n元素，阻止坯料加热、轧制，特别是焊接时奥氏体晶粒的粗化，改善母材和焊接热影响区的低温韧性。本发明中规定v含量介于0.010～0.020％。
14、al：作为脱氧剂，可以减少钢中的夹杂物含量，细化晶粒。但al过量会影响连铸坯表面质量，产生表面裂纹。因此，全al含量应控制在0.020～0.040％。
15、cu：提高钢的耐蚀性、强度，改善焊接性、成型性与机加工性等。与ni同时使用，还可以避免热脆性。cu最优含量范围为0.10～0.30％。
16、ni：在钢中起到固溶强化作用，同时可以稳定奥氏体组织，改善钢的低温韧性。ni和残余cr、p复合作用，还有助于提高钢的耐海水腐蚀性。但ni含量太高时，钢板表面易生成黏性较强的氧化铁皮，影响钢材表面质量。同时ni合金价格昂贵，为了降低生产成本提高市场竞争力。故在本发明中，规定镍含量介于0.20～0.40％。
17、cr：显著提高钢的淬透性，增加回火稳定性。对于大厚度钢板，可改善厚度方向上的性能均匀性，但过量的cr和mn同时加入钢中，会导致低熔点cr-mn复合氧化物形成，在热加工过程中形成表面裂纹，严重恶化焊接性能。故本发明中，cr含量介于0.10-0.20％。
18、p、s：在钢中p、s均为有害元素，降低钢材的物理性能及力学性能，故控制p、s含量越低越好。
19、本发明另提供上述一种经济型大厚度低压缩比海洋工程用eh460钢板及其制备方法，具体工序如下：
20、1、冶炼工艺
21、选用优质废钢，lf精炼升温速度控制在3-5℃/min，冶炼时间控制在40min以上；rh精炼真空度≤133pa，真空时间25-40min；破真空后定氢[h]≤1.2ppm，并进行成品样n含量分析，[n]含量控制在50ppm以下；随后进行喂丝(硅钙线)，喂丝结束后进行吹氩，软吹时间控制在15-20min。
22、2、连铸工艺
23、浇铸前中间包预热时间≥5h，浇铸全过程采用低过热度保护浇注，过热度控制在25-40℃，严格控制浇注速度≤0.55m/min，以保证连铸坯中心偏析≤c1.0级。
24、3、连铸坯缓冷
25、铸坯下线后，进行缓冷处理，要求铸坯堆垛入坑或加罩。缓冷温度≥600℃，时间≥72小时，随后在200℃以上进行表面缺陷清理。
26、4、轧制及冷却
27、将坯料加热至1150～1250℃，加热速率控制在12～14min/cm，并保证高温段+均热段时间≥200min，充分固溶钢中合金元素。坯料出炉后经22mpa高压水除磷，避免轧制时因氧化物压入影响钢板表面质量。随后进行热轧，采用低速大压下工艺轧制，使变形渗透到连铸坯芯部，从而加强塑性变形引起的加工硬化效果，而通过降低轧制速度，可大幅度降低钢板轧制过程中的变形抗力，避免对设备造成损害。较低的轧制速度也为钢板在轧制过程中实现完全塑性变形提供了充分的时间，轧制速度的降低与大压下相结合，还有利于消除源于炼钢工序的内部裂纹、疏松、孔隙等缺陷。轧制后进行空冷。钢板下线后进行扩氢堆缓冷，≥400℃高温下缓冷48小时以上。
28、5、热处理：
29、采用调质热处理工艺生产。
30、淬火工艺：淬火温度为880～920℃，在炉时间为1.4～1.8min/mm。
31、回火工艺：回火温度为620-660℃，在炉时间为3.0～4.0min/mm。
32、钢板在厚度方向上均为细小的粒状贝氏体+针状铁素体混合组织，平均晶粒尺寸为10-20μm。
33、与现有技术相比，本发明的优点在于：
34、1)采用低碳微合金成分设计，降低制造成本，提高市场竞争力的同时控制碳当量cev≤0.45％，冷裂纹敏感指数pcm≤0.24％，确保钢板具有良好的焊接性能及抗层状撕裂性能，为海上工程作业提供便利。
35、2)成分设计中添加nb、v、ti等细化晶粒元素，通过nb扩大奥氏体再结晶区，提高终轧温度，有利于减少道次，在钢板轧后冷却和回火后空气中冷却过程中通过nb的有效析出，钉轧铁素体晶粒三角晶界、晶界、晶内来限制铁素体的快速长大。结合v、ti沉淀强化作用，使钢板兼具高强度及良好的低温韧性。
36、3)采用连铸坯替代钢锭生产大厚度海洋工程用eh460钢板，不仅简化了工艺流程，提高了生产效率，而且提高了金属收得率、成材率，降低了生产成本。
37、4)在低压缩比的条件下，通过低速大压下的轧制技术，使变形渗透到连铸坯中心，从而弥合了钢板芯部缺陷，保证了钢板厚度方向上的性能均匀性。
38、5)为降低生产成本，采用低ni成分设计，匹配合理的轧制、调质工艺，得到均匀细小的粒状贝氏体+针状铁素体组织，有效地保证了钢板芯部-40℃的低温冲击韧性。
39、6)采用高纯净度钢水冶炼技术，严格控制钢中p、s、o、h等有害元素。夹杂物满足：a≤1.0、b≤1.0、c≤1.0、d≤1.0、ds≤0.5要求。在连铸过程中，控制连铸坯低倍质量，中心偏析≤c0.5，中心疏松≤0.5。
1.一种经济型大厚度低压缩比海洋工程用eh460钢板，其特点在于：该钢板的化学成分按质量百分比为：c：0.12～0.16％，si：0.15～0.35％，mn：1.30～1.50％，p：≤0.010％，s：≤0.008％，nb：0.020～0.050％，v：0.020～0.050％，al：0.020～0.040％，ti：0.010～0.020％，cr：0.10-0.20％，ni：0.20～0.40％，cu:0.10-0.30％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的一种经济型大厚度低压缩比海洋工程用eh460钢板，其特征在于：所述钢板的碳当量cev≤0.45％，冷裂纹敏感指数pcm≤0.24％。其中碳当量cev、冷裂纹敏感指数pcm由熔炼分析成分采用如下公式计算，
3.根据权利要求1所述的一种经济型大厚度低压缩比海洋工程用eh460钢板，其特征在于：所述钢板的化学成分按重量百分比为c：0.13％，si：0.30％，mn：1.50％，p：≤0.008％，s：≤0.002％，nb：0.040％，v：0.030％，al：0.030％，ti：0.015％,cr：0.15％，ni：0.25％，cr：0.15％，cu:0.20％，cev：0.45％，pcm≤0.24％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
4.根据权利要求1所述的一种经济型大厚度低压缩比海洋工程用eh460钢板，其特征在于：所述钢板厚度1/4处横向拉伸性能的屈服强度介于463-516mpa，抗拉强度介于565-602mpa的范围，延伸率≥24.0％，厚度1/2处横向拉伸性能的屈服强度介于429-473mpa，抗拉强度介于548-580mpa的范围，延伸率≥25.0％，-40℃下厚度1/4处夏比纵向冲击功≥128j，1/2处夏比纵向冲击功≥116j。
5.根据权利要求1所述的一种经济型大厚度低压缩比海洋工程用eh460钢板，其特征在于：所述钢板的基体组织为均匀细小的粒状贝氏体+针状铁素体的混合组织，晶粒尺寸介于10～20μm。
6.一种如权利要求1所述的一种经济型大厚度低压缩比海洋工程用eh460钢板的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
7.根据权利要求4所述的一种经济型大厚度低压缩比海洋工程用eh460钢板的制备方法，其特征在于：步骤(1)中lf精炼升温速度控制在3-5℃/min，时间控制在40min以上；rh精炼真空度≤133pa，真空时间25-40min；破真空后定氢[h]≤1.2ppm，并进行成品样n含量分析，[n]含量控制在50ppm以下；破真空后进行喂丝，喂丝结束后进行吹氩，软吹时间控制在15-20min。
8.根据权利要求4所述的一种经济型大厚度低压缩比海洋工程用eh460钢板的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的低速大压下工艺为中间五个道次中有三道次满足压下量≥30mm，压下率12％～20％，轧制速度：规格小于等于120mm厚为2.0-3.0m/s,规格大于120mm厚为1.0-2.0。
9.根据权利要求4所述的一种经济型大厚度低压缩比海洋工程用eh460钢板的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中钢板出炉后进入淬火机，淬火机水量调至最大2000m3/h，上下水比控制在0.6-0.8范围内，保证钢板板型，水压控制在550mpa左右，水温控制在≤28℃，使钢板淬至室温且无返红现象。
