高强韧性钢板及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及合金钢及其炼钢、乳钢和热处理技术，特别是指一种高强韧性钢板及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 材料性能控制技术的发展是一个不断提高钢板强度和韧性的过程。过去，钢板的 高强度和高韧性是通过合金化及热处理实现的。然而，合金化会带来生产成本高、焊接性能 差等一系列问题，从而使板厚和韧性受到了限制。从20世纪60年代始，建立了利用控制轧 制温度来细化晶粒的控制轧制技术（CR)，该技术对减少合金、提高钢板焊接性能等方面发 挥了很大的作用。
[0003] 在较低温度下，运用CR技术.能得到高强度高韧性钢，但生产率低。由于CR是基 于晶粒细化的过程.虽然能提高屈服强度和韧性，但没有合金化，不能提高抗拉强度因此， 这种工艺不能有效地提高钢板的焊接性。70年代后期，研宄工作直接转到TMCP技术的开发 上，通过CR及加速冷却（ACC)，控制奥氏体相向铁素体相转变，从而提高钢板强度和韧性， 减少合金消耗，提高焊接性能。目前这种技术正广泛用于各个用钢领域，包括造船业、海上 钻井平台用钢、管线钢和建筑用钢。
[0004] TMCP技术的开发，有效解决了钢板强度和韧性的问题，但同时也带来了钢板板形 问题。特别是屈服强度大于480MPa的钢板，由于必须采用快速冷却，才能达到性能要求，在 快速冷却过程中，特别是轧制板形较差，又没有预矫设备的情况下，冷却后的钢板存在板形 瓢曲的现象，同时也造成了钢板性能的不均匀。
[0005] 为解决上述问题，公开号CN1487101A的中国发明专利申请公开了一种提高现有 针状铁素体管线钢强度的方法，其方法为：在现有热机械控制轧制生产过程后增加析出强 化热处理过程，热处理温度为550°C~650°C，保温时间为1~10h，其热处理过程可以是轧 后冷却到550°C~650°C的温度，也可以是在热处理炉中重新加热到550°C~650°C。此方 法的热处理时间较长，浪费能源，如果是冷却到550°C~650°C的温度进行保温，操作上存 在困难。
[0006][0007] 因此，提供一种便于操作、可以使钢板性能均匀的高强韧性钢板的制备方法显得 十分必要。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于克服上述现有【背景技术】的不足之处，而提供一种高强韧性钢板 和一种便于操作、可以使钢板性能均匀的高强韧性钢板的制备方法。
[0009] 本发明的目的是通过如下措施来达到的：一种高强韧性钢板，钢中化学成分及 重量百分比为：c:0? 032 ~0? 11%，Si:0? 10 ~0? 26%，Mn:1. 51 ~1. 80%，Nb:0? 03 ~ 0. 06%，Ti:0. 012 ~0. 020%，V彡 0. 052%、Mo彡 0. 20%，Ni彡 0. 40%，Cr彡 0. 30 %， Cu彡0? 15%，P彡0? 018%，S彡0? 0020%，其余为Fe和不可避免杂质。
[0010] 优选地，钢中化学成分及重量百分比为：C:0. 032~0.056%，Si:0. 22~0.26%， Mn:1.65 ~1.80%，Nb:0.045 ~0.06%，Ti:0.018 ~0.020%，V彡 0.030%、M〇 彡 0? 18%， Ni彡 0? 18%，Cr彡 0? 26%，Cu彡 0? 04%，P彡 0? 012%，S彡 0? 0012%，其余为Fe和不可 避免杂质。
[0011] 进一步地，钢中化学成分及重量百分比为：C:0. 046%，Si:0. 24%，Mn:1. 72%， Nb：0. 052%,Ti：0. 018%,V：0. 018%,Mo：0. 18%,Ni：0. 18%,Cr：0. 26%,Cu：0. 04%,P： 0. 012%，S:0. 0010%，其余为Fe和不可避免杂质。
[0012] 更进一步地，高强韧性钢板的屈服强度为486~560MPa、抗拉强度为545~ 682MPa、断后伸长率为30~44%、-20°C冲击吸收功为185~362J。
[0013] 上述化学成分的作用如下：
[0014] C:碳是钢中最经济、最基本的强化元素，固溶强化和析出强化对提高钢板的强度 有明显作用，但提高碳含量对钢的延性、韧性和焊接性有负面的影响，高强韧钢的发展过程 是不断降低碳含量的过程，因此，本发明的碳含量控制在〇. 032~0. 11%。
[0015] Si:硅起固溶强化作用，同时避免因添加过量导致钢板的塑、韧性显著恶化。
[0016] Mn:锰元素可以提高钢的强度，但是含量高时，将降低钢的低温韧性。
[0017] Nb:铌是微合金化钢中最主要的元素之一，对晶粒细化的作用十分明显。铌可以 显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温轧制。铌还可以抑制 奥氏体晶粒长大，具有显著地细晶强化和析出强化作用。但是，在高强度贝氏体钢中，添加 过量的铌会促使M-A岛的形成，降低焊接热影响区的韧性。因此，本发明的铌含量控制在 0. 03 ~0. 06%。
[0018] Ti:钛是强固N元素，细小的TiN粒子可有效的阻止铸坯再加热时的奥氏体晶粒长 大，有助于提高Nb在奥氏体中的固溶度，同时还可以改善焊接热影响区的冲击韧性。
[0019] Mo:钼显著推迟奥氏体向铁素体的转变，抑制铁素体和珠光体的形成，促进具有 高密度位错亚结构的贝氏体/针状铁素体的形成。使得钢在轧制后一个较宽的冷却速度 范围内能够得到贝氏体/针状铁素体组织。但是，过量的钼会导致钢的低温韧性恶化，且 钼属于贵重金属，加入量增加会显著提高钢的制造成本。因此，本发明的钼含量控制为 Mo彡 0. 20%。
[0020] Ni:镍能够有效提高钢的淬透性，具有一定的固溶强化作用，还能显著改善钢的低 温韧性，Ni的加入只要是改善Cu在钢种易引起的热脆性，且对韧性有利，镍属于贵重金属， 加入量增加会显著提高钢的制造成本。因此，本发明的镍含量控制为Ni< 0. 40%
[0021] Cu:可通过固溶强化作用提高钢的强度，同时，铜改善钢的耐蚀性。
[0022] Cr:络通过固溶强化和晶粒细化提高强度。
[0023] P:磷元素增加回火脆性及冷脆敏感性。
[0024] S:硫元素增加钢的热脆性，然而，硫含量高时，对焊接性能不利。因此，本发明的硫 含量控制为S< 0. 0020%。
[0025] 一种高强韧性钢板的制备方法，包括如下步骤：
[0026] 1)转炉冶炼并连铸成厚度为200~300mm的铸坯；
[0027] 2)将步骤1)所得的铸坯加热到1150~1200°C;
[0028] 3)将步骤2)加热后的铸坯进行粗轧和精轧：
[0029] 在粗轧阶段，控制粗轧开轧温度为1080~1110°C，粗轧道次的压下率为15~ 20%，粗轧的总压下率为60~70% ;
[0030] 在精轧阶段，控制精轧开轧温度不高于1025°C，并控制精轧最后两道次的压下率 为12~16%，终轧温度控制在780~850°C;
[0031] 4)冷却步骤3)轧制后的钢板，控制开冷温度为730~800°C，然后以5~40°C/s 的冷却速度将钢板冷却至300~650°C，再空冷至室温；
[0032] 5)将步骤4)冷却后的钢板热处理，控制热处理温度为400~500°C，热处理保温 时间为20~30min;
[0033] 6)将步骤5)热处理后的钢板空冷至室温，即得高强韧性钢板。
[0034] 优选地，步骤5)中，控制热处理温度为400~450°C，热处理保温时间为20~ 25min；
[0035] 控制粗轧开轧温度1080~1110°C，可以保证钢板在高温大压下下，晶粒充分破 碎；
[0036] 控制粗轧道次压下率为15~20%，钢板在未再结晶温度区，奥氏体的晶粒充分破 碎，同时可以抑制晶粒的过度长大；
[0037] 控制钢板的精轧开轧温度不高于1050°C，可以保证不同规格钢板的终轧温度和开 冷温度达标。
[0038] 控制精轧最后两道次的压下率为12~16%，可以保