一种高强度高韧性钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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 构中的粧腿需要厚度120mm以上的高强度高韧性齿条用特厚板，要求屈服强度彡690MPa， 抗拉强度790-930MPa。
[0003] 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 °C，但合金含量高，钢锭加热时间长，需要先将钢锭开坯乳制成钢坯，生产 效率低，且钢锭心部易产生较大的缩孔疏松缺陷，在乳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% )，且钢锭乳制加热温度高，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，需要粗乳开坯，开坯对钢锭心部质量改善不明显，开坯加热温度和乳制加热温度分 别为1290°C和1100°C，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】
[0004] 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，结合控乳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，屈服强度彡690MPa，抗 拉强度 790-930MPa，-40°C冲击功 >100J。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种高强度高韧性钢板，以重量百分比计的成分组成包括：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%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
[0007] 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：
[0008] 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%。
[0009] 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%。
[0010] 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%。
[0011] Nb :Nb可以提高奥氏体再结晶停止温度，细化乳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%。
[0012] 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%〇
[0013] Ti :Ti可以固定钢中的N元素，形成TiN以阻止在加热、乳制、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%。
[0014] A1 :A1是脱氧元素，可以降低钢中的0含量，与N形成A1N可以有效细化晶粒。本 发明中A1的含量控制在0. 020-0. 050%。
[0015] 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%。
[0016] 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%。
[0017] 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%。
[0018] 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%。
[0019] 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%。
[0020] 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含量控制在彡0.012%，S含量控制在彡0.005%。
[0021] -种高强度高韧性钢板的制造方法，包括以下工艺步骤：
[0022] 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；
[0023] 2)钢锭脱模后在压机上进行锻造，锻后进行热处理；
[0024] 3)将锻造后的钢坯加热到1180-1220°C，保温6-10小时，出炉经高压水除鳞后进 行两阶段乳制，奥氏体再结晶区乳制开始温度为1000_1150°C，未再结晶区乳制开始温度为 850-900 °C，乳后冷床冷却，随后缓冷；
[0025] 4)对乳后钢板进行热处理：淬火温度为910-940°C，回火温度为620-650°C。
[0026] 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150-180_，组织 为回火索氏体和贝氏体。
[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：
[0028] 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；
[0029] 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；
[0030] 3)采用合理的乳制和热处理工艺，生产工艺简单，钢板组织均匀，性能优异。
【附图说明】
[0031] 图1实施例1中钢板的显微组织照片；
[0032] 图2实施例2中钢板的显微组织照片。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明。
[0034] 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-两阶段乳制-矫直-冷床冷却-缓冷-淬 火-回火等工艺步骤，制造厚度为150-180_的特厚钢板。
[0035] 锻造后的热乳、热处理的具体工艺参数为：
[0036] 钢坯加热到1180-1220°C，保温6-10小时，出炉经高压水除鳞后进行两阶段乳制， 奥氏体再结晶区乳制开始温度为1000-1150°C，未再结晶区乳制开始温度为850-900 °C， 乳后冷床冷却，随后缓冷；对乳后钢板进行热处理：淬火温度为910-940°C，回火温度为 620-650°C。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。
[0037] 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. % )
[0038]
[0041] 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。
【主权项】
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：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%，其余为 Fe 及不 可避免的杂质。2. -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： 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°C，保温6-10小时，出炉经高压水除鳞后进行 两阶段乳制，奥氏体再结晶区乳制开始温度为1000_1150°C，未再结晶区乳制开始温度为 850-900 °C，乳后冷床冷却，随后缓冷； 4) 对乳后钢板进行热处理：淬火温度为910-940°C，回火温度为620-650°C。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150-180_，组织为回火索氏体和贝氏体。
【专利摘要】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。
【IPC分类】C21D8/02, C22C38/54
【公开号】CN105039865
【申请号】CN201510529075
【发明人】杨汉, 曲锦波, 陆春洁, 张娟
【申请人】江苏省沙钢钢铁研究院有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月26日