CN105039865A

CN105039865A - 一种高强度高韧性钢板及其制造方法

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Publication number: CN105039865A
Application number: CN201510529075.3A
Authority: CN
Inventors: 杨汉; 曲锦波; 陆春洁; 张娟
Original assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2035-08-26
Also published as: CN105039865B

Abstract

本发明公开了一种高强度高韧性钢板及其制造方法，包括下述重量百分比含量的化学成分组成：C？0.12-0.17％，Si？0.20-0.30％，Mn？0.70-0.94％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni？1.70-2.10％，Cr？0.80-1.40％，Mo？0.45-0.80％，Cu？0.05-0.14％，Nb0.03-0.06％，V0.02-0.05％，Ti？0.010-0.020％，Al？0.020-0.050％，B0.0010-0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过合理的成分设计，采用电炉冶炼、模铸、锻造、控轧控冷和调质(即淬火加回火)工艺，制得的钢板厚度可达150-180mm，组织为回火索氏体加贝氏体，屈服强度≥690MPa，抗拉强度790-930MPa，-40℃冲击功>100J，本发明钢生产工艺简单，具有良好的低温韧性，可用于制造自升式海洋平台用桩腿齿条等装置。

Description

一种高强度高韧性钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高强度高韧性钢板及其制造方法。

背景技术

随着我国海洋工程装备产业的发展，海洋平台等海上油气资源开发的重大基础装备发展迅速，对海洋工程用钢提出了迫切需求。随着平台结构的不断大型化，自升式平台结构中的桩腿需要厚度120mm以上的高强度高韧性齿条用特厚板，要求屈服强度≥690MPa，抗拉强度790-930MPa。

专利CN103725986A公开了低温下使用的高韧性F级特厚齿条钢板及其制造方法，钢板添加了较高的Cu(0.2-0.4％)、Ni(最高达到2.80％)，虽然其冲击性能可以达到-60℃，但合金含量高，钢锭加热时间长，需要先将钢锭开坯轧制成钢坯，生产效率低，且钢锭心部易产生较大的缩孔疏松缺陷，在轧制过程中难以完全愈合；专利CN102392193B公开了一种特厚调质型海洋平台用钢板及其生产方法，钢板添加了较高的Ni(2.35％-2.55％)，且钢锭轧制加热温度高，热处理加热和冷却时间长，生产效率低，生产成本较高；专利CN102605280A公开的海洋平台用特厚高强度优良低温韧性钢板及其制造方法，需要粗轧开坯，开坯对钢锭心部质量改善不明显，开坯加热温度和轧制加热温度分别为1290℃和1100℃，与常规生产加热温度相差较大，影响正常生产。目前，现有的厚钢板成本高，钢锭心部存在缩孔疏松等缺陷，不能满足海洋工程用钢的质量要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度高韧性钢板及其制造方法，通过合理的成分设计，采用锻造工艺改善铸锭心部质量，结合控轧控冷和调质即淬火加回火工艺保证性能优异，制得钢板厚度可达到150-180mm，组织为回火索氏体加贝氏体，屈服强度≥690MPa，抗拉强度790-930MPa，-40℃冲击功>100J。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强度高韧性钢板，以重量百分比计的成分组成包括：C0.12-0.17％，Si0.20-0.30％，Mn0.70-0.94％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni1.70-2.10％，Cr0.80-1.40％，Mo0.45-0.80％，Cu0.05-0.14％，Nb0.03-0.06％，V0.02-0.05％，Ti0.010-0.020％，Al0.020-0.050％，B0.0010-0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质。

以下对本发明所含合金元素的作用及其用量的选择具体分析说明：

C：C是保证强度的主要元素，提高钢的淬透性，以固溶强化提高钢的强度，但含量过高会对韧性和焊接性能产生不利的影响，因此，本发明C含量选择为0.12-0.17％。

Si：Si主要起脱氧作用，并以固溶强化形式提高钢的强度，但含量过高会造成韧性下降，因此本发明Si含量控制在0.20-0.30％。

Mn：Mn起固溶强化作用，可显著提高钢的强度，并提高淬透性，改善热加工性能，但过多的Mn易产生偏析，特别是对于特厚钢板，偏析会恶化钢板心部的性能，因此本发明Mn含量控制在0.70-0.94％。

Nb：Nb可以提高奥氏体再结晶停止温度，细化轧制过程中的奥氏体晶粒；同时易与C、N结合生成碳氮化物析出相，阻止奥氏体晶粒长大，同时产生析出强化的效果，但含量过高时强化效果的增加不明显，因此Nb的含量控制在0.03-0.06％。

V：V是强碳化物形成元素，形成碳化物阻止奥氏体晶粒长大，通过细晶强化和析出强化提高钢的强度，含量过高时，会导致钢的韧性降低，因此V的含量控制在0.02-0.05％。

Ti：Ti可以固定钢中的N元素，形成TiN以阻止在加热、轧制、焊接等过程中的晶粒长大，改善钢板母材和焊接热影响区的韧性，但过量的Ti会恶化钢的韧性，因此Ti的含量控制在0.010-0.020％。

Al：Al是脱氧元素，可以降低钢中的O含量，与N形成AlN可以有效细化晶粒。本发明中Al的含量控制在0.020-0.050％。

B：B可强烈提高钢的淬透性和强度，但含量过高会导致韧性降低，因此B的含量控制在0.0010-0.0025％。

Ni：Ni可以显著改善钢的低温韧性，对冲击韧性和韧脆转变温度具有有利的作用，并且能提高钢板强度，但含量过高会增加成本，且会造成钢板表面氧化铁皮难以除掉，本发明中将Ni的含量控制在1.70-2.10％。

Cr：Cr为缩小奥氏体相区元素，可提高钢的淬透性，并通过固溶强化提高钢的强度，在Mn含量受到限制的情况下，添加适量的Cr，保证钢板达到所需的强度，因此Cr的含量控制在0.80-1.40％。

Mo：Mo可以显著提高钢板的淬透性和强度，提高回火稳定性，本发明中Mo的含量控制在0.45-0.80％。

Cu：Cu可以提高钢的强度，改善钢的耐大气腐蚀和耐海水腐蚀性能，但是含量过高时会恶化热影响区的韧性，本发明中Cu的含量控制在0.05～0.14％。

P、S：P、S作为钢中的有害元素，要求越低越好，但是考虑到炼钢可操作性和生产成本，本发明钢P含量控制在≤0.012％，S含量控制在≤0.005％。

一种高强度高韧性钢板的制造方法，包括以下工艺步骤：

1)在炼钢工序中，采用电炉冶炼、LF精炼、VD处理，采用钢锭模保护浇注成扁钢锭；

2)钢锭脱模后在压机上进行锻造，锻后进行热处理；

3)将锻造后的钢坯加热到1180-1220℃，保温6-10小时，出炉经高压水除鳞后进行两阶段轧制，奥氏体再结晶区轧制开始温度为1000-1150℃，未再结晶区轧制开始温度为850-900℃，轧后冷床冷却，随后缓冷；

4)对轧后钢板进行热处理：淬火温度为910-940℃，回火温度为620-650℃。

优选的，所述的高强度高韧性钢板的制造方法制得的钢板厚度为150-180mm，组织为回火索氏体和贝氏体。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：

1)优化合金元素含量，降低了Ni等合金元素添加量，减少了生产成本；

2)采用锻造方法，破碎枝晶，改善心部缺陷，减轻显微偏析，使组织细化并均匀化，改善钢锭心部质量，提高钢板心部性能；

3)采用合理的轧制和热处理工艺，生产工艺简单，钢板组织均匀，性能优异。

附图说明

图1实施例1中钢板的显微组织照片；

图2实施例2中钢板的显微组织照片。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明。

根据本发明的化学成分范围及制造方法，经电炉冶炼-LF精炼-VD处理-保护浇注-脱模锻造-锻后热处理-加热-高压水除磷-两阶段轧制-矫直-冷床冷却-缓冷-淬火-回火等工艺步骤，制造厚度为150-180mm的特厚钢板。

锻造后的热轧、热处理的具体工艺参数为：

钢坯加热到1180-1220℃，保温6-10小时，出炉经高压水除鳞后进行两阶段轧制，奥氏体再结晶区轧制开始温度为1000-1150℃，未再结晶区轧制开始温度为850-900℃，轧后冷床冷却，随后缓冷；对轧后钢板进行热处理：淬火温度为910-940℃，回火温度为620-650℃。实施例1和2制得的钢板化学成分见表1，钢板的力学性能见表2，钢板的显微组织如图1和2所示。

表1实施例1和2中高强度高韧性特厚钢板的化学成分(wt.％)

	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	Cu	Nb	V	Ti	B
														实施例1	0.16	0.30	0.92	0.0050	0.0018	1.72	0.93	0.45	0.05	0.043	0.034	0.017	0.0021
实施例2	0.17	0.27	0.90	0.0080	0.0030	2.08	1.04	0.58	0.11	0.031	0.041	0.019	0.0020

表2实施例1和2中高强度高韧性特厚钢板的力学性能

尽管本发明的实施方案已公开如上，但对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims

1.一种高强度高韧性钢板，其特征在于，所述钢板以重量百分比计的成分组成包括：C0.12-0.17％，Si0.20-0.30％，Mn0.70-0.94％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni1.70-2.10％，Cr0.80-1.40％，Mo0.45-0.80％，Cu0.05-0.14％，Nb0.03-0.06％，V0.02-0.05％，Ti0.010-0.020％，Al0.020-0.050％，B0.0010-0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.一种高强度高韧性钢板的制造方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

2)钢锭脱模后在压机上进行锻造，锻后进行热处理；

3.根据权利要求2所述的高强度高韧性钢板的制造方法，其特征在于，所述的制造方法制得的钢板厚度为150-180mm，组织为回火索氏体和贝氏体。