一种高韧性高强度厚钢板及其生产方法技术

本发明专利技术涉及一种高韧性高强度厚钢板及其生产方法，钢板的化学组成以重量百分比计包括：C：0.20～0.24％、Si：0.25～0.36％、Mn：0.50～0.75％、Cr：1.00～1.20％、Ni：1.65～2.4％、Mo：0.28～0.42％、Nb：0.006～0.018％、Ti：0.005～0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明专利技术采用不含B成分体系，对Mn、Ni、Cr、Mo合金元素进行合理设计，满足Mn+Cr＜Ni，3.8％＜Si+Mn+Cr+Ni+Mo＜5％，通过淬火+亚温淬火+回火工艺，制得的钢板厚度≥80mm，屈服强度Rp0.2≥1200MPa，抗拉强度Rm≥1450MPa，断后伸长率≥12％，屈强比≤0.85，‑40℃冲击功≥65J，整个厚度方向组织性能均匀，硬度波动较小，截面布氏硬度值波动幅度在10HB以内。可广泛用于各类重型工程机械、矿山机械、煤矿机械、大型建筑、桥梁、水电、海洋平台等高强高韧特厚钢板应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冶金
，具体涉及一种高韧性高强度厚钢板及其生产方法。
技术介绍
随着我国重型装备大型化、建筑结构高层化、铁路桥梁大跨度化，核电、军工、船舶、海工、能源、交通、建筑、机械制造等行业得到了快速发展。钢结构不断向着大型化、高强化、轻量化发展，一些结构件的约束力越来越大，普通强度级别、韧性级别、厚度规格的钢板已不能满足钢结构的设计需求，对高强度(≥690MPa)、大厚度(≥80mm)钢板的需求越来越大。如矿山用的特大重型挖掘机，钢板强度最高达800MPa，厚度最大达250mm；深海采油平台用的齿条钢，厚度达220mm，强度达690MPa；水电站发电机组用钢，强度最高达800MPa，最大厚度达300mm。上述装备的结构件用钢不但实现了强度和厚度的提高，同时还要求钢板具有良好的低温韧性、厚度方向均匀性等性能。目前，有不少高强钢的专利，如专利CN104513936A、CN104561827A，分别介绍了一种屈服强度1100MPa和900～1000MPa高强钢及其生产方法，该两个专利均采用含B、V成分体系，分别通过离线淬火+回火和在线淬火+回火工艺生产，其屈服强度较低，板厚较薄，且均为卷板；如专利CN102181788A，介绍了一种屈服强度1100～1200MPa级超高强钢，采用含V成分体系，通过离线淬火+回火工艺生产，其强度较低，板厚较薄，为卷板；如专利CN103194684A，介绍了一种耐磨钢板，该专利采用含B、Ti成分体系，通过在线淬火+回火工艺生产，抗拉强度大于1200MPa，-40℃冲击功大于50J，钢板厚度最厚仅为50mm；如专利CN102828126A，介绍了一种屈服强度1200MPa级高强韧厚板，该专利采用低碳高Mn含B、V成分体系，通过直接淬火工艺生产，屈服强度达1200MPa，但其可生产的厚度范围仅为12～50mm，规格较薄；如专利CN103194676A，介绍了一种1000MPa超级铁素体钢，该专利采用高Ti成分体系，通过热轧工艺生产，强度较低，且其为卷板，规格较薄。上述介绍的诸多专利中，从成分上看，专利CN104513936A、CN104561827A、CN102181788A、CN103194684A、CN102828126A、CN103194676A等基本上采用含B或B+V或B+高Ti成分体系，B易在晶界偏聚，V、Ti易形成大尺寸析出相，对韧性不利，尤其在超高速冲击载荷作用下，易在析出硬质点上产生裂纹，从而导致断裂；从工艺上看，专利CN102134680A、CN102560274A、CN102691010B、CN104046908A等基本上都是采用离线淬火+回火、在线淬火+回火、在线淬火等，组织为全马氏体组织，组织中无软相存在；从厚度规格上来看，现有专利技术基本都是卷板，少量为厚板，且其厚度最大仅为50mm(专利CN102828126A)；从性能上看，现有专利技术钢板的屈服强度普遍不足1200MPa，强度较低，同时，随着强度增加其冲击韧性均较差。从强化方式来看，现有高强钢专利技术专利普遍采用固溶强化+相变强化+析出强化等复合强化的方式，即钢中含有V等析出强化元素，而析出相在超高速冲击载荷下易成为裂纹源。高强钢板随着强度的提高，其韧性将会恶化；同时，随着厚度的增加，其强度和韧性均会不同程度降低，且会出现厚度方向组织性能不均的现象。因此，现有钢板的生产技术均很难达到同时拥有超高强(屈服强度≥1200MPa)、高韧性(-40℃冲击功≥65J)和大厚度(厚度≥80mm)。
技术实现思路
针对现有技术存在的诸多问题，本专利技术的目的在于提出一种高韧性高强度厚钢板及其生产方法，该专利技术采用不含B成分体系，对Mn、Ni、Cr、Mo合金成分的合理设计，通过淬火+亚温淬火+回火工艺，利用固溶强化、相变强化，制得的钢板厚度≥80mm，屈服强度Rp0.2≥1200MPa，抗拉强度Rm≥1450MPa。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高韧性高强度厚钢板，化学成分以重量百分比计包括：C：0.20～0.24％、Si：0.25～0.36％、Mn：0.50～0.75％、Cr：1.00～1.20％、Ni：1.65～2.4％、Mo：0.28～0.42％、Nb：0.006～0.018％、Ti：0.005～0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质，同时需满足Mn+Cr＜Ni，3.8％＜Si+Mn+Cr+Ni+Mo＜5％。以下对本专利技术的高强度厚钢板中所含组分的作用及其用量的选择具体分析说明：C：C对钢板的强度和韧性有着重要的作用。当C含量较高时，对韧性不利，当C含量较低时，对强度不利。本专利技术中，综合考虑钢板的强韧性匹配，C含量选择在0.20～0.24％。Si：Si可提高钢的强度并起到脱氧的作用，在本专利技术中主要是脱氧，同时Si可显著的减慢马氏体在低温回火时的分解速度。本专利技术中，Si的含量控制在0.25～0.36％。Mn：Mn是不能降低奥氏体晶粒长大倾向的元素，易引起粗晶，同时增强回火脆性，易形成带状和纤维组织。本专利技术中，Mn的含量控制得很低，为0.50～0.75％。Cr：Cr在钢中的主要作用是提高淬透性，降低淬火时的临界冷却速度。Cr增加钢的回火脆性倾向，提高钢的韧脆转变温度。Cr是中等碳化物形成元素，在各种碳化物中，Cr碳化物是最细小的一种，可均匀的分布在钢中，使组织细化又均匀分布，提高钢的塑性韧性。本专利技术中，Cr的含量控制在1.00～1.20％。Ni：Ni的晶格常数与γ-Fe相近，可形成连续固溶体，有利于提高钢的淬透性。Ni可阻止高温时晶粒的长大，保持细晶粒组织。Ni既提高强度，又不降低韧性。Ni能显著改善淬火低温回火钢的韧性，随着Ni含量的增加，ak值不断提高，韧脆转变温度不断下降，但Ni元素较昂贵，因此钢中Ni的含量控制在1.65～2.4％。Mo：Mo降低钢的马氏体相变临界冷却速度，提高钢的淬透性。Mo与杂质元素发生交互作用，抑制杂质元素向晶界偏聚，减弱回火脆性。与Cr、Mn等并存时，Mo可降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性。Mo可细化晶粒，提高韧性。本专利技术中，Mo的含量控制在0.28～0.42％。Nb、Ti：Nb可生成高度分散的碳化物，细化晶粒而提高钢的韧性，本专利技术主要是利用其来细化晶粒。Ti在钢中可起析出强化和固N的作用，本专利技术主要是利用Ti的固N作用。考虑到析出物会影响钢在高速冲击载荷下的断裂韧性，因此，钢中Nb和Ti的含量控制得非常少，分别为Nb 0.006～0.018％、Ti 0.005～0.015％。Si、Mn是除P外在钢中固溶强化作用最大的元素，Ni次之，Mo、Cr的强化作用较小，Cr，Mn的含量小于1％时，塑性有所增加，Ni在小于5％范围内均使塑性增加，超过以上含量则钢的ak值有不同程度的降低，其中Mn使ak值急剧降低，Cr使ak值下降较慢，而Ni使ak值下降得最慢。Ni既提高强度，又不降低韧性。因此，钢中合金元素含量Mn＜Cr＜Ni。Cr与Mo结合，能使淬火钢中残余奥氏体增加，Cr与Ni结合，能大大提高钢的强度和塑性，Mo与Cr、Ni结合可大大提高淬透性。所述高韧性高强度厚钢板的生产方法包括以下步骤：(1)按上述的化学成分，冶炼、浇铸、轧制成钢板；(2)热处理采用淬火+亚温淬火+本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高韧性高强度厚钢板，其特征在于，所述的钢板化学成分以重量百分比计包括：C：0.20～0.24％、Si：0.25～0.36％、Mn：0.50～0.75％、Cr：1.00～1.20％、Ni：1.65～2.4％、Mo：0.28～0.42％、Nb：0.006～0.018％、Ti：0.005～0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质，同时需满足Mn+Cr＜Ni，3.8％＜Si+Mn+Cr+Ni+Mo＜5％。

【技术特征摘要】
1.一种高韧性高强度厚钢板，其特征在于，所述的钢板化学成分以重量百分比计包括：C：0.20～0.24％、Si：0.25～0.36％、Mn：0.50～0.75％、Cr：1.00～1.20％、Ni：1.65～2.4％、Mo：0.28～0.42％、Nb：0.006～0.018％、Ti：0.005～0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质，同时需满足Mn+Cr＜Ni，3.8％＜Si+Mn+Cr+Ni+Mo＜5％。2.一种高韧性高强度厚钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板的生产方法包括以下步骤：(1)按照权利要求1所述的化学成分，采用高炉→铁水喷粉脱硫→顶底复吹转炉→LF钢包精炼→RH真空脱气→钙处理→氩气软搅拌→板坯连铸的工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：镇凡，张宽，曲锦波，
申请(专利权)人：江苏省沙钢钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32