CN102644025B - 一种高强韧钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强韧钢板及其制备方法。本发明的钢板以重量百分比计的化学成分为：C 0.03～0.09％，Si 0.20～0.35％，Mn 0.80～1.60％，Nb 0.06～0.08％，Cu 1.00～1.35％，Ni 1.00～1.80％，Al 0.62～0.68％，P≤0.020％，S≤0.010％以及余量的Fe和杂质。本发明通过合金成分的合理设计，采用控轧控冷和回火工艺，制得的钢板屈服强度≥650MPa，抗拉强度710～900MPa，-60℃Charpy冲击吸收能量≥90J。本发明成本低，生产工艺简单，强度、低温韧性和焊接性能优良，可广泛用于海洋平台和船舶建造，市场前景广阔。
Description
技术领域
本本发明涉及一种高强度和高韧性钢板及其制备方法，具体涉及具有屈服强度≥650MPa，抗拉强度710～900MPa，-60℃下的Charpy冲击吸收能量KV2≥90J的钢板及其制备方法。
背景技术
在随着深海能源的开发及船舶逐渐向大型化发展，普通的360MPa和500MPa级海洋平台及船舶用钢已不能满足要求，这为高强度和高韧性海洋用钢的应用提供了广阔的市场前景。同时，钢铁行业不断增长的制造成本压力，使得钢铁企业必须最大限度的降低生产成本。因此，开发性能更优异、成本更低的超高强度船板钢已成为船体制造和海洋平台建设工业可持续发展的紧迫需要。
目前，国内生产的高强度海洋及船舶用钢板，其强度级别主要是相对较低的320～500MPa，对于更高强度级别(屈服强度≥620MPa)钢板，随着强度级别的升高，钢中C含量普遍较高(C≥0.10％)，使得钢板在焊接时需要进行焊前预热与焊后处理、焊接工艺复杂，不但使下游用户的使用成本增高，也浪费了大量能源。同时，在此类钢板中，为增加淬透性钢中一般都添加了Cr、Mo等贵重合金元素(一般都≥0.5％)，且钢板生产时，轧后需要进行调质热处理(淬火+回火)，大大增加了钢板的生产成本，也延续了交货期，严重制约了高强度海洋及船舶用钢板大规模生产。
公开号为CN 1840724A的发明专利提出屈服强度960MP以上超高强度钢板及其制造方法，虽然其屈服强度达到了960MPa，但冲击韧性仅在-40℃下满足要求。
公开号为CN 102021489A的发明专利提出一种易焊接时效高强度钢及其热处理工艺，其屈服强度最低可达到865MPa，但其成分设计复杂，钢中复合添加了Cr、Mo和V等元素，且冲击韧性指标仅在-20℃下满足要求。
公开号为CN 101363101A的发明专利所提出一种大厚度调质高强度钢板及其生产方法，其屈服强度达到了750MPa级，但冲击韧性仅在-40℃下满足要求，钢中C含量(质量分数)在0.15～0.17％，其焊接性能不佳。并且钢中添加了1.10～1.20％Cr、0.40～0.60％Mo元素，轧后钢板需要进行调质处理，制造工序长、钢板制造成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足。提供一种屈服强度≥650MPa，抗拉强度710～900MPa，保证-60℃Charpy冲击吸收能量≥90J的钢板及其制备方法。该钢板成分设计合理，C含量低，添加Al元素进行强化，省去贵重的Mo和Cr等合金元素，制造工艺简单。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种高强韧钢板，其特征在于：该钢板以重量百分比计的化学组分为：C0.03～0.09％，Si 0.20～0.35％，Mn 0.80～1.60％，Nb 0.06～0.08％，Cu 1.00～1.35％，Ni1.00～1.80％，Al 0.62～0.68％，P≤0.020％，S≤0.010％以及余量的Fe和杂质；
该钢板的制备方法包括的工艺步骤为；
在冶炼浇铸工序中，是按上述成分冶炼钢水并浇铸成一定尺寸的连铸板坯；
在加热保温工序中，是将具有与所述钢板相同组分的连铸板坯加热至1150～1250℃，保温1～3小时；使钢中的合金元素充分固溶，发挥其强韧化作用，保证最终成品成份及性能的均匀性
在轧制工序中，是将坯料依次进行再结晶区轧制和未再结晶区轧制，再结晶区轧制开轧温度为1050～1120℃，再结晶区压缩比≥50％，未再结晶区开轧温度为850～900℃，未再结晶区压缩比≥60％；
在控制冷却工序中，是对轧后的钢板进行加速冷却，冷却速率控制在15～30℃/s，终冷温度控制在380～450℃，后空冷至室温；
在热处理工序中，是将空冷至室温的钢板直接回火处理，即将钢板在600～700℃等温回火，保温时间1～2小时，然后后将钢板空冷至室温。
本发明针对目前市场对于屈服强度大于650MPa级钢板的需求，采用优化后的化学成分配比，并采取控制轧制与控制冷却工艺(TMCP)和回火热处理方法，制造出具有高强度和高韧性的钢板、其焊接性能优良，可广泛用于海洋平台和船舶建造，应用前景广阔。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1)本发明的一种高强度和高韧性钢板及其制备方法，具有高强度和良好的低温韧性匹配，其成分设计经济合理，使用低C及Fe-Cu-Ni-Al合金化，省去了传统成分设计中普遍添加极其昂贵的Cr、Mo元素；2)本发明的成分设计碳当量低，所得钢板焊接性能优良，可采用免预热焊接；3)省去了传统工艺中再加热固熔淬火工序，达到简化生产工艺，提高生产效率，改善材料力学性能的目的，在大批量工业化生产时具有明显的成本优势和较高的可操作性。
附图说明
图1为实施例1制得的钢板纵向断面的金相组织照片；
具体实施方式
实施例1
本实施例涉及的一种高强度和高韧性钢板厚度为15mm，其包含的组分及其重量百分比为：C 0.04％、Si 0.30％、Mn 0.98％、P 0.0075％、S 0.0027％、Nb 0.07％、Cu 1.31％、Ni 1.76％、Al 0.65％以及余量的Fe及不可避免的杂质元素。
根据上述钢板化学成分配制冶炼原料，经80kg真空感应炉冶炼并浇注成铸锭，锻压成规格为140mm×100mm×450mm坯料；
将钢坯加热到1180℃，保温120min；
钢坯第一阶段粗轧的开轧温度为1100℃，总压缩比为52％，第二阶段精轧的开轧温度为850℃，总压缩比为69％，轧后钢板厚度为15mm；
对热轧后的钢板进行气雾冷却，冷却速率约18℃/s，终冷温度约为400℃；
热轧钢板直接经过回火处理，回火温度为700℃，保温时间为60min，然后空冷至室温，制得成品钢板。所得力学性能如表1。
表1实施例1中所制得钢板力学性能
实施例2
本实施例涉及的一种高强度和高韧性钢板厚度为30mm，其包含的组分及其重量百分比为：C 0.04％、Si 0.25％、Mn 1.00％、P 0.008％、S 0.007％、Nb 0.07％、Cu 1.26％、Ni1.00％、Al 0.66％以及余量的Fe及不可避免的杂质元素。
根据上述钢板化学成分配制冶炼原料，经80kg真空感应炉冶炼并浇注成铸锭，锻压成规格为140mm×220mm×220mm坯料；
将钢坯加热到1180℃，保温120min；
钢坯第一阶段粗轧的开轧温度为1100℃，总压缩比为55％，第二阶段精轧的开轧温度为880℃，总压缩比为70％，轧后钢板厚度为30mm；
对热轧后的钢板进行气雾冷却，冷却速率约19℃/s，终冷温度约为394℃；
热轧钢板直接经过回火处理，回火温度为625℃，保温时间为90min，然后空冷至室温，制得成品钢板。所得力学性能如表2。
表2实施例2中所制得钢板力学性能
实施例3
本实施例涉及的一种高强度和高韧性钢板厚度为30mm，其包含的组分及其重量百分比为：C 0.08％、Si 0.28％、Mn 1.6％、P 0.009％、S 0.007％、Nb 0.08％、Cu 1.02％、Ni 1.52％、Al 0.67％以及余量的Fe及不可避免的杂质元素。
根据上述钢板化学成分配制冶炼原料，经80kg真空感应炉冶炼并浇注成铸锭，锻压成规格为140mm×220mm×220mm坯料；
将钢坯加热到1180℃，保温120min；
钢坯第一阶段粗轧的开轧温度为1100℃，总压缩比为55％，第二阶段精轧的开轧温度为850℃，总压缩比为70％，轧后钢板厚度为30mm；
对热轧后的钢板进行气雾冷却，冷却速率约16℃/s，终冷温度约为445℃；
热轧钢板直接经过回火处理，回火温度为625℃，保温时间为90min，后空冷至室温，制得成品钢板。所得力学性能如表3。
表3实施例3中所制得船板钢力学性能
Claims (1)
1.一种高强韧钢板，其特征在于：该钢板以重量百分比计的化学组分为：C0.03～0.09％，Si0.20～0.35％，Mn0.80～1.60％，Nb0.06～0.08％，Cu1.00～1.35％，Ni1.00～1.80％，Al0.62～0.68％，P≤0.020％，S≤0.010％以及余量的Fe和杂质；
该钢板的制备方法包括的工艺步骤为；
在冶炼浇铸工序中，是按上述成分冶炼钢水并浇铸成一定尺寸的连铸板坯；
在加热保温工序中，是将具有与所述钢板相同组分的连铸板坯加热至1150～1250℃，保温1～3小时；
在轧制工序中，是将加热保温后的坯料依次进行再结晶区轧制和未再结晶区轧制，再结晶区轧制开轧温度为1050～1120℃，再结晶压缩比≥50％，未再结晶区开轧温度为850～900℃，未再结晶区压缩比≥60％；
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Denomination of invention: The invention relates to a high strength and toughness steel plate and a preparation method thereof Effective date of registration: 20210901 Granted publication date: 20131225 Pledgee: China Construction Bank Zhangjiagang branch Pledgor: INSTITUTE OF RESEARCH OF IRON & STEEL,SHAGANG,JIANGSU PROVINCE Registration number: Y2021980008707 |