本发明属于超高强度海工钢轧制-热处理技术领域，具体说是的提高特厚超高强度海工钢表面低温冲击韧性的表面超细晶轧制和调质热处理工艺。
背景技术：
当今海洋工程用钢受轻量化及降成本等因素的推动，向超高强度、高韧化、大厚度方向不断发展，尤其是对自升式海洋平台的桩腿、悬臂梁、升降电动齿轮、齿条机构等关键部位，要求更加苛刻，需要690MPa级或者以上的特厚超高强度海工钢，并要有优良的低温韧性、焊接性能和耐腐蚀开裂性能，厚度规格需要在100mm或者以上，最大达259mm。特厚超高强海工钢，通常釆用调质处理（淬火+回火），以得到回火马氏体为主的基体组织，这种组织中具有含高密度位错的板条和微小碳化物，具有优异的强韧性匹配。
通常认为，由于厚度效应的影响，特厚海工钢在淬火过程中，钢板表面冷速最大，可以获得较为均匀的回火马氏体组织，理论上应该具有优良的低温冲击韧性；但相关试验和研究中发现，特厚超高强度钢板的表面低温冲击韧性却很低（一般-60℃条件下表面冲击功≤150J，-80℃条件下表面冲击功≤80J），低温冲击韧性远低于1/4处（有些甚至低于心部），例如文献报道的152mm厚度Ni-Cr-Mo-B超厚板（海洋工程用低合金高强度超厚钢板的淬透性与强韧性研究，钢铁研究总院博士学位论文，2013）和120mm厚度10CrNi5MoV特厚船板钢（10CrNi5Mo钢特厚板组织与性能关系研究，昆明理工大学硕士学位论文，2010），己成为这类特厚调质钢板的共性问题。这类表面韧性低下的现象为特厚钢板的“表面效应”，分析认为特厚板表面过快的冷速（过高的过冷度）可以使得表面区域的马氏体相变形核率降低，导致表面马氏体板条束和板条块相对粗化并具有高密度位错，从而成为引发特厚钢板表面效应的重要原因。由于特厚超高强度海工钢表面低温冲击韧性低下，显著降低钢板的NDT（铁素体无塑性转变温度）性能。
通过TMCP+热处理工艺，例如TMCP+Q+T（控轧控冷+淬火+回火）、TMCP+L+T（控轧控冷+亚温淬火+回火）、TMCP+T（控轧控冷+回火），可以提高钢板的冲击韧性，例如现有专利（低屈强比低裂纹敏感性Q550CF调质钢及生产方法，CN201410240349.2、一种低屈强比高韧性钢板及其制造方法，CN201110287965.X、等）和文献（低C含Cu NV-F690特厚板的精细组织和强韧性，金属学报，2012、热处理工艺对690 MPa级低屈强比高强钢组织性能的影响，材料热处理学报，2013、等）报道。
多步热处理工艺，例如Q+L+T（淬火+两相区淬火+回火）、Q+Q+T（淬火+二次淬火+回火），也可以提高钢板的冲击韧性。例如现有专利（一种提高调质钢冲击韧性的方法，CN201410263730.0、一种提高高强度厚钢板低温冲击韧性的方法，CN200910241508.X、等）和文献（热处理工艺对690MPa级低屈强比高强钢组织性能的影响，材料热处理学报，2013、两相区二次淬火对高强度船体钢低温韧性的影响，金属热处理，2012、等）报道。
通过专利和文献的检索，很多方法可以提高钢板的冲击韧性，但几乎没有检索到专门针对特厚超高强度钢板表面低温冲击韧性的提高进行研究。利用细化表面原奥氏体晶粒轧制技术，通过调质（淬火+回火）热处理工艺，提高特厚超高强度海工钢表面低温冲击韧性，对特厚超高强度海工钢的研究和应用具有重要意义。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，如何对钢板采用表面超细晶轧制，通过淬火+回火热处理，在保证钢板拉伸性能（屈服强度、抗拉强度、延伸率），不降低1/4处和心部的超低温冲击韧性情况下，显著提高特厚超高强海工钢表面超低温冲击韧性。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种提高特厚超高强度海工钢表面低温冲击韧性的方法，采用表面超细晶轧制+调质热处理工艺，表面超细晶轧制，再结晶区粗轧，中间坯表面快速冷却至Ar3-(50～100)℃，待表面返温至Ac3+(10～60)℃，中间坯心部热量返温到表面，通过正火细化表面原奥氏体晶粒；非再结晶区精轧，轧后加速冷却至Ar1-(50～150)℃，进一步细化特厚板表面原奥氏体尺寸，表面得到超细化的奥氏体晶粒；
调质热处理，淬火温度为Ac3+(30～80)℃，保温时间为1.4～1.8min/mm，特厚板表面冷却速度大，形成细小均匀的板条马氏体组织；回火温度为Ac1-(80～150)℃，保温时间为2.0～4.5min/mm，特厚板表面得到细小均匀的回火马氏体组织，具有含高密度位错板条和细小碳化物。
本发明还提出一种采用以上轧制和热处理工艺的提高表面低温冲击韧性的超高强度海工钢制备方法；以及同时采用以上制备方法制得的表面低温冲击韧性优异的超高强度海工钢。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的提高特厚超高强度海工钢表面低温冲击韧性的方法，其中轧制是在4700mm四辊可逆轧机上进行；中间坯表面快速冷却和轧后加速冷却是在控制冷却装置（DQ+ACC)上进行；淬火加热是在常化炉中进行，水冷过程中完成；回火加热是在回火炉中进行，空冷过程中完成。
本发明的有益效果是：表面超细晶轧制，再结晶区粗轧，中间坯表面加速冷却至Ar3-(50～100)℃，待表面返温至Ac3+(10～60)℃，中间坯心部热量返温到表面，通过正火细化表面原奥氏体晶粒，特厚板表面得到超细化的奥氏体晶粒；非再结晶区精轧，轧后加速冷却至Ar1-(50～150)℃，进一步细化特厚板表面原奥氏体尺寸，表面得到超细化的奥氏体晶粒，特厚板表面得到针状铁素体和粒状贝氏体的混合组织，原奥氏体晶粒以及铁素体基体晶粒尺寸细小，均匀。调质热处理，淬火温度为Ac3+(30～80)℃，保温时间为1.4～1.8min/mm，特厚板表面快速冷却，形成细小的板条马氏体组织，作为硬相组织，使钢具有超高的抗拉强度；回火温度为Ac1-(80～150)℃，保温时间为2.0～4.5min/mm，特厚板表面板条马氏体组织转变为α-铁素体和渗碳体，钢的抗拉强度降低，而冲击韧性明显改善，能够大幅度提高特厚超高强度海工钢表面的低温冲击韧性。
具体实施方式
实施例 1
本实施例是一种提高特厚超高强海工钢表面低温冲击韧性的方法，采用表面超细晶轧制，即再结晶区粗轧，中间坯表面快速冷却至Ar3-(50～80)℃，待表面返温至Ac3+(30～60)℃，非再结晶区精轧，轧后加速冷却至Ar1-(50～110)℃；通过调质热处理，即淬火温度为Ac3+(30～60)℃，保温时间为1.4～1.8min/mm，回火温度为Ac1-(80～110)℃，保温时间为2.0～4.5min/mm。轧制是在4700mm四辊可逆轧机上进行；中间坯表面快速冷却和轧后加速冷却是在控制冷却装置（DQ+ACC)上进行；淬火加热是在常化炉中进行，水冷过程中完成；回火加热是在回火炉中进行，空冷过程中完成。本实施例所制造的超高强度海工钢拉伸性能满足船级社和GB 712-2011的要求，同时-60℃表面冲击功为130～170J，1/4处冲击功为150～180J；-80℃表面冲击功为100～140J，1/4处冲击功为130～160J。
实施例 2
本实施例是一种提高特厚超高强海工钢表面低温冲击韧性的方法，采用表面超细晶轧制，即再结晶区粗轧，中间坯表面快速冷却至Ar3-(60～90)℃，待表面返温至Ac3+(20～50)℃，非再结晶区精轧，轧后加速冷却至Ar1-(60～130)℃；通过调质热处理，即淬火温度为Ac3+(40～70)℃，保温时间为1.4～1.8min/mm，回火温度为Ac1-(100～130)℃，保温时间为2.0～4.5min/mm。轧制是在4700mm四辊可逆轧机上进行；中间坯表面快速冷却和轧后加速冷却是在控制冷却装置（DQ+ACC)上进行；淬火加热是在常化炉中进行，水冷过程中完成；回火加热是在回火炉中进行，空冷过程中完成。本实施例所制造的超高强度海工钢拉伸性能满足船级社和GB 712-2011的要求，同时-60℃表面冲击功为150～190J，1/4处冲击功为170～200J；-80℃表面冲击功为120～160J，1/4处冲击功为150～180J。
实施例 3
本实施例是一种提高特厚超高强海工钢表面低温冲击韧性的方法，采用表面超细晶轧制，即再结晶区粗轧，中间坯表面快速冷却至Ar3-(70～150)℃，待表面返温至Ac3+(10～40)℃，非再结晶区精轧，轧后加速冷却至Ar1-(70～150)℃；通过调质热处理，即淬火温度为Ac3+(50～80)℃，保温时间为1.4～1.8min/mm，回火温度为Ac1-(120～150)℃，保温时间为2.0～4.5min/mm。轧制是在4700mm四辊可逆轧机上进行；中间坯表面快速冷却和轧后加速冷却是在控制冷却装置（DQ+ACC）上进行；淬火加热是在常化炉中进行，水冷过程中完成；回火加热是在回火炉中进行，空冷过程中完成。本实施例所制造的超高强度海工钢拉伸性能满足船级社和GB 712-2011的要求，同时-60℃表面功冲击功为170～210J，1/4处冲击功为190～220J；-80℃表面冲击功为140～180J，1/4处冲击功为170～200J。
由于采用上述技术方案，本具体实施方式制造的表面低温冲击韧性优异的特厚超高强度海工钢，采用表面超细晶轧制，即再结晶区粗轧，中间坯表面快速冷却至Ar3-(50～100)℃，待表面返温至Ac3+(10～60)℃，非再结晶区精轧，轧后加速冷却至Ar1-(50～150)℃；通过调质热处理，即淬火温度为Ac3+(30～80)℃，保温时间为1.4～1.8min/mm，回火温度为Ac1-(80～150)℃，保温时间为2.0～4.5min/mm。表面超细晶轧制，再结晶区粗轧，中间坯表面加速冷，再待表面返温，通过表面正火细化表面原始奥氏体晶粒尺寸，特厚板表面得到超细化的奥氏体晶粒；非再结晶区精轧，轧后加速冷，进一步细化特厚板表面原奥氏体尺寸，表面得到超细化的奥氏体晶粒，特厚板表面得到针状铁素体和粒状贝氏体的混合组织，原奥氏体晶粒以及铁素体基体晶粒尺寸细小，均匀。调质热处理，淬火过程，特厚板表面快速冷却，形成细小的板条马氏体组织，作为硬相组织，使钢具有超高的抗拉强度；回火过程，特厚板表面板条马氏体组织转变为α-铁素体和渗碳体，钢的抗拉强度降低，而冲击韧性明显改善，能够大幅度提高特厚超高强度海工钢表面的低温冲击韧性。
超高强度海工钢经过表面超细晶轧制+调质热处理工艺，可以大幅提高特厚超高强度海工的表面冲击韧性，在保证钢板拉伸性能（屈服强度、抗拉强度、延伸率），不降低1/4处和心部的超低温冲击韧性。可以广泛用于需要420MPa～690MPa级及690MPa级以上超高强度的船体结构和海洋平台等。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。