一種高強(qiáng)度高韌性鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度高韌性鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，海洋平臺等海上油氣資源開發(fā)的重大基礎(chǔ)裝 備發(fā)展迅速，對海洋工程用鋼提出了迫切需求。隨著平臺結(jié)構(gòu)的不斷大型化，自升式平臺結(jié) 構(gòu)中的粧腿需要厚度120mm以上的高強(qiáng)度高韌性齒條用特厚板，要求屈服強(qiáng)度彡690MPa， 抗拉強(qiáng)度790-930MPa。
[0003] 專利CN103725986A公開了低溫下使用的高韌性F級特厚齒條鋼板及其制造 方法，鋼板添加了較高的Cu(0.2-0. 4% )、Ni(最高達(dá)到2.80% )，雖然其沖擊性能可 以達(dá)到-60 °C，但合金含量高，鋼錠加熱時間長，需要先將鋼錠開坯乳制成鋼坯，生產(chǎn) 效率低，且鋼錠心部易產(chǎn)生較大的縮孔疏松缺陷，在乳制過程中難以完全愈合；專利 CN102392193B公開了一種特厚調(diào)質(zhì)型海洋平臺用鋼板及其生產(chǎn)方法，鋼板添加了較高的 Ni (2. 35% -2. 55% )，且鋼錠乳制加熱溫度高，熱處理加熱和冷卻時間長，生產(chǎn)效率低，生 產(chǎn)成本較高；專利CN102605280A公開的海洋平臺用特厚高強(qiáng)度優(yōu)良低溫韌性鋼板及其制 造方法，需要粗乳開坯，開坯對鋼錠心部質(zhì)量改善不明顯，開坯加熱溫度和乳制加熱溫度分 別為1290°C和1100°C，與常規(guī)生產(chǎn)加熱溫度相差較大，影響正常生產(chǎn)。目前，現(xiàn)有的厚鋼板 成本高，鋼錠心部存在縮孔疏松等缺陷，不能滿足海洋工程用鋼的質(zhì)量要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度高韌性鋼板及其制造方法，通過合理的成分設(shè) 計，采用鍛造工藝改善鑄錠心部質(zhì)量，結(jié)合控乳控冷和調(diào)質(zhì)即淬火加回火工藝保證性能優(yōu) 異，制得鋼板厚度可達(dá)到150_180mm，組織為回火索氏體加貝氏體，屈服強(qiáng)度彡690MPa，抗 拉強(qiáng)度 790-930MPa，-40°C沖擊功 >100J。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種高強(qiáng)度高韌性鋼板，以重量百分比計的成分組成包括：C 0. 12-0. 17%， Si 0. 20-0. 30 %, Mn 0. 7〇-〇. 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%, Nb 0.03-0. 06 %, V 0. 02-0. 05 %, Ti 0.010-0. 020%，A1 0.020-0. 050%，B 0.0010-0. 0025%，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
[0007] 以下對本發(fā)明所含合金元素的作用及其用量的選擇具體分析說明：
[0008] C :C是保證強(qiáng)度的主要元素，提高鋼的淬透性，以固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，但含量 過高會對韌性和焊接性能產(chǎn)生不利的影響，因此，本發(fā)明C含量選擇為0. 12-0. 17%。
[0009] Si :Si主要起脫氧作用，并以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，但含量過高會造成韌 性下降，因此本發(fā)明Si含量控制在0. 20-0. 30%。
[0010] Mn:Mn起固溶強(qiáng)化作用，可顯著提高鋼的強(qiáng)度，并提高淬透性，改善熱加工性能， 但過多的Mn易產(chǎn)生偏析，特別是對于特厚鋼板，偏析會惡化鋼板心部的性能，因此本發(fā)明 Mn含量控制在0. 70-0. 94%。
[0011] Nb :Nb可以提高奧氏體再結(jié)晶停止溫度，細(xì)化乳制過程中的奧氏體晶粒；同時易 與C、N結(jié)合生成碳氮化物析出相，阻止奧氏體晶粒長大，同時產(chǎn)生析出強(qiáng)化的效果，但含量 過高時強(qiáng)化效果的增加不明顯，因此Nb的含量控制在0. 03-0. 06%。
[0012] V:V是強(qiáng)碳化物形成元素，形成碳化物阻止奧氏體晶粒長大，通過細(xì)晶強(qiáng)化 和析出強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，含量過高時，會導(dǎo)致鋼的韌性降低，因此V的含量控制在 0? 02-0. 05%〇
[0013] Ti :Ti可以固定鋼中的N元素，形成TiN以阻止在加熱、乳制、焊接等過程中的晶 粒長大，改善鋼板母材和焊接熱影響區(qū)的韌性，但過量的Ti會惡化鋼的韌性，因此Ti的含 量控制在 0? 010-0. 020%。
[0014] A1 :A1是脫氧元素，可以降低鋼中的0含量，與N形成A1N可以有效細(xì)化晶粒。本 發(fā)明中A1的含量控制在0. 020-0. 050%。
[0015] B :B可強(qiáng)烈提高鋼的淬透性和強(qiáng)度，但含量過高會導(dǎo)致韌性降低，因此B的含量控 制在 0? 0010-0. 0025%。
[0016] Ni :Ni可以顯著改善鋼的低溫韌性，對沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度具有有利的作 用，并且能提高鋼板強(qiáng)度，但含量過高會增加成本，且會造成鋼板表面氧化鐵皮難以除掉， 本發(fā)明中將Ni的含量控制在1. 70-2. 10%。
[0017] Cr:Cr為縮小奧氏體相區(qū)元素，可提高鋼的淬透性，并通過固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng) 度，在Mn含量受到限制的情況下，添加適量的Cr，保證鋼板達(dá)到所需的強(qiáng)度，因此Cr的含量 控制在 0? 80-1. 40%。
[0018] Mo :Mo可以顯著提高鋼板的淬透性和強(qiáng)度，提高回火穩(wěn)定性，本發(fā)明中Mo的含量 控制在 0? 45-0. 80%。
[0019] Cu :Cu可以提高鋼的強(qiáng)度，改善鋼的耐大氣腐蝕和耐海水腐蝕性能，但是含量過 高時會惡化熱影響區(qū)的韌性，本發(fā)明中Cu的含量控制在0. 05~0. 14%。
[0020] P、S :P、S作為鋼中的有害元素，要求越低越好，但是考慮到煉鋼可操作性和生產(chǎn) 成本，本發(fā)明鋼P(yáng)含量控制在彡0.012%，S含量控制在彡0.005%。
[0021] -種高強(qiáng)度高韌性鋼板的制造方法，包括以下工藝步驟：
[0022] 1)在煉鋼工序中，采用電爐冶煉、LF精煉、VD處理，采用鋼錠模保護(hù)澆注成扁鋼 錠；
[0023] 2)鋼錠脫模后在壓機(jī)上進(jìn)行鍛造，鍛后進(jìn)行熱處理；
[0024] 3)將鍛造后的鋼坯加熱到1180-1220°C，保溫6-10小時，出爐經(jīng)高壓水除鱗后進(jìn) 行兩階段乳制，奧氏體再結(jié)晶區(qū)乳制開始溫度為1000_1150°C，未再結(jié)晶區(qū)乳制開始溫度為 850-900 °C，乳后冷床冷卻，隨后緩冷；
[0025] 4)對乳后鋼板進(jìn)行熱處理：淬火溫度為910-940°C，回火溫度為620-650°C。
[0026] 優(yōu)選的，所述的高強(qiáng)度高韌性鋼板的制造方法制得的鋼板厚度為150-180_，組織 為回火索氏體和貝氏體。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少在于：
[0028] 1)優(yōu)化合金元素含量，降低了 Ni等合金元素添加量，減少了生產(chǎn)成本；
[0029] 2)采用鍛造方法，破碎枝晶，改善心部缺陷，減輕顯微偏析，使組織細(xì)化并均勻化， 改善鋼錠心部質(zhì)量，提高鋼板心部性能；
[0030] 3)采用合理的乳制和熱處理工藝，生產(chǎn)工藝簡單，鋼板組織均勻，性能優(yōu)異。
【附圖說明】
[0031] 圖1實(shí)施例1中鋼板的顯微組織照片；
[0032] 圖2實(shí)施例2中鋼板的顯微組織照片。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)成分范圍及制造方法，經(jīng)電爐冶煉-LF精煉-VD處理-保護(hù)澆 注-脫模鍛造-鍛后熱處理-加熱-高壓水除磷-兩階段乳制-矯直-冷床冷卻-緩冷-淬 火-回火等工藝步驟，制造厚度為150-180_的特厚鋼板。
[0035] 鍛造后的熱乳、熱處理的具體工藝參數(shù)為：
[0036] 鋼坯加熱到1180-1220°C，保溫6-10小時，出爐經(jīng)高壓水除鱗后進(jìn)行兩階段乳制， 奧氏體再結(jié)晶區(qū)乳制開始溫度為1000-1150°C，未再結(jié)晶區(qū)乳制開始溫度為850-900 °C， 乳后冷床冷卻，隨后緩冷；對乳后鋼板進(jìn)行熱處理：淬火溫度為910-940°C，回火溫度為 620-650°C。實(shí)施例1和2制得的鋼板化學(xué)成分見表1，鋼板的力學(xué)性能見表2,鋼板的顯微 組織如圖1和2所示。
[0037] 表1實(shí)施例1和2中高強(qiáng)度高韌性特厚鋼板的化學(xué)成分（wt. % )
[0038]
[0041] 盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí) 現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于 特定的細(xì)節(jié)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高強(qiáng)度高韌性鋼板，其特征在于，所述鋼板以重量百分比計的成分組成包 括：C 0? 12-0. 17 %，Si 0? 20-0. 30 %，Mn 0? 70-0. 94 %，P 彡 0? 012 %，S 彡 0? 005 %，Ni 1. 70-2. 10%, Cr 0. 80-1. 40%, Mo 0. 45-0. 80 %, Cu 0. 05-0. 14%, Nb 0.03-0. 06 %, V 0.02-0. 05%，Ti 0.010-0. 020%，Al 0.020-0. 050%，B 0.0010-0. 0025%，其余為 Fe 及不 可避免的雜質(zhì)。2. -種高強(qiáng)度高韌性鋼板的制造方法，其特征在于，包括以下工藝步驟： 1) 在煉鋼工序中，采用電爐冶煉、LF精煉、VD處理，采用鋼錠模保護(hù)澆注成扁鋼錠； 2) 鋼錠脫模后在壓機(jī)上進(jìn)行鍛造，鍛后進(jìn)行熱處理； 3) 將鍛造后的鋼坯加熱到1180-1220°C，保溫6-10小時，出爐經(jīng)高壓水除鱗后進(jìn)行 兩階段乳制，奧氏體再結(jié)晶區(qū)乳制開始溫度為1000_1150°C，未再結(jié)晶區(qū)乳制開始溫度為 850-900 °C，乳后冷床冷卻，隨后緩冷； 4) 對乳后鋼板進(jìn)行熱處理：淬火溫度為910-940°C，回火溫度為620-650°C。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度高韌性鋼板的制造方法，其特征在于，所述的制造方 法制得的鋼板厚度為150-180_，組織為回火索氏體和貝氏體。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度高韌性鋼板及其制造方法，包括下述重量百分比含量的化學(xué)成分組成：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％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明通過合理的成分設(shè)計，采用電爐冶煉、模鑄、鍛造、控軋控冷和調(diào)質(zhì)(即淬火加回火)工藝，制得的鋼板厚度可達(dá)150-180mm，組織為回火索氏體加貝氏體，屈服強(qiáng)度≥690MPa，抗拉強(qiáng)度790-930MPa，-40℃沖擊功>100J，本發(fā)明鋼生產(chǎn)工藝簡單，具有良好的低溫韌性，可用于制造自升式海洋平臺用樁腿齒條等裝置。
【IPC分類】C21D8/02, C22C38/54
【公開號】CN105039865
【申請?zhí)枴緾N201510529075
【發(fā)明人】楊漢, 曲錦波, 陸春潔, 張娟
【申請人】江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月26日