一种低温性能优良的超高强调质海工钢板及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种低温性能优良的超高强调质海工钢板及其制造方法。钢中含有：C：0.07％～0.12％；Si：0.15％～0.40％；Mn：1.15％～1.60％；P≤0.012％；S≤0.002％；Ni：0.15％～0.50％；Cr≤0.2％；或V≤0.040％中的一种；Mo：0.10％～0.25％；Ti：0.008％～0.025％；Alt：0.015％～0.040％，余量为铁和不可避免的杂质。板坯均热温度1130～1180℃，一阶段开轧温度1050～1150℃，前两个道次的轧制速度≤1.2m/s、且单道次压下率≥15％，二阶段开轧温度≤890℃，终轧温度≥800℃；淬火温度880～910℃，保温20～40min；回火温度600～630℃，总在炉时间3.5～4min/mm*板厚。钢板低温性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种低温性能优良的超高强调质海工钢板及其制造方法
本专利技术属于钢铁材料制备领域，特别涉及一种屈服强度在420MPa以上、低温性能优良的调质海工钢板及其制造方法。
技术介绍
钢铁作为海洋工程装备的关键结构材料，广泛应用于海上风电、生产平台以及海底管道等。海上结构用钢板的服役环境恶劣，不仅要承受重力载荷，还要承受风载荷、波浪载荷、海流载荷、冰载荷、地震载荷，且海洋工程装备的服役期比船舶类长50％，对钢铁材料的要求极高，其采用的钢板逐渐向高强度、高韧性、易焊接性、良好的耐腐蚀性以及大厚度、大规格化方向发展。420MPa级海工装备及海上环境使用的钢材，在海上结构中应用广泛。其对钢板强度、低温冲击性能、低温CTOD性能、抗层状撕裂性能、内部质量外形尺寸等方面的要求很高，生产技术难度非常大。目前普遍采用TMCP或TMCP+T工艺生产的屈服强度420MPa超高强度钢板，单大厚度规格(60mm以上)对轧机和矫直设备的能力要求极高，板型和钢板的性能均匀性很难保证，且已有部分业主明确提出海洋工程装备主体结构的部分关键结构材料采用调质态420MPa超高强度钢板的需求。申请号CN20201030411.7的专利技术专利“一种420MPa低碳易焊接海工结构钢板及其制造方法”，通过采用较低碳、较低碳当量设计，结合控轧后快速冷却+回火，生产出10～100mm规格，易焊接、耐腐蚀，能抵御海上风浪反复冲击摆动受力以及应力腐蚀海工钢，但其同时含有Cu、Cr、Mo、Ni、V、B等多种合金元素，添加的合金元素多且复杂，加大了生产难度，降低了生产效率，提高了成本。申请号CN20141007919.3的专利技术专利“一种高强度特厚钢板及其生产方法”，提供一种厚度规格为266mm，屈服强度在460MPa以上的特厚钢板及其生产方法。但其-20℃冲击韧性均值在32～45J之间，无法满足目前海工钢-40℃冲击韧性的要求。申请号CN201310481191.3的专利技术专利“一种420MPa级正火态特厚规格结构用钢板及其制造方法”，结合400mm特厚连铸坯生产100～120mm的特厚钢板，采用钢坯轧制+正火处理后采用加速冷却技术，生产的钢板强度高，屈服强度不小于420MPa，低温韧性和塑性好。但其C元素含量过高，不利于焊接。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术不足，结合大厚度连铸板坯，采用合金成分-冶炼-轧制-热处理工艺耦合设计，提出一种低温性能优良的420MPa级调质海工钢板及其制造方法，本专利技术420MPa级调质海工钢板具有超高强度(屈服强度≥420MPa，抗拉强度500～640MPa，屈强比≤0.85，断后延伸率≥19％)，低温韧性(-40℃横向冲击功最小单值≥100J)和Z向性能(Z向断面收缩率≥60％，Z向抗拉强度≥500MPa)优异以及大厚度尺寸(成品厚度范围60～100mm)的特点。本专利技术从合金元素筛选与配比、钢质洁净度控制、调质工艺优化、显微组织强韧性匹配等几个方面进行了大量而系统的试验研究，最终确定了可满足本专利技术目的成分体系及其制造工艺。具体技术方案为：一种低温性能优良的超高强调质海工钢板，该钢板的化学成分质量百分比如下：C：0.07％～0.12％；Si：0.15％～0.40％；Mn：1.15％～1.60％；P≤0.012％；S≤0.002％；Ni：0.15％～0.50％；Cr≤0.2％或V≤0.040％中的一种；Mo：0.10％～0.25％；Ti：0.008％～0.025％；Alt：0.015％～0.040％，余量为Fe和不可避免的杂质，碳当量Ceq≤0.42％、裂纹敏感性指数Pcm≤0.22％，其中，Ceq＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5，Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。本专利技术钢中各合金成分的作用机理如下：C：是有效提高钢板强度的廉价元素，但随着碳含量的提高，则显著降低钢板的塑性、低温韧性和抗焊接裂纹敏感性，碳含量低，在调质后钢的硬度、强度偏低，但是塑性和韧性较高。从经济性和产品性能角度考虑，优选C含量控制在0.07％～0.12％。Si：以固溶强化形式提高钢的强度，脱氧元素，过低则影响脱氧效果，过高会对表面质量、韧性及焊接性能产生不利影响，综合考虑，本专利技术Si含量优选选择范围为0.15％～0.40％。Mn：是保证钢的强度和韧性的必要元素，Mn与S结合形成MnS，避免晶界处形成FeS而导致的热裂纹，同时Mn也是良好的脱氧剂。适量的锰可以改善钢的强度和韧性，但过高则在铸坯中产生偏析，进而造成轧制后难以消除的组织带状，降低钢板横向性能和抗层状撕裂性。为了提高本专利技术材料的强韧性，因此本专利技术中Mn含量范围为1.15％～1.60％。P：是对冲击值带来不利影响的元素，可以在板坯中心部位偏析以及在晶界聚集等损害低温韧性，本专利技术中控制P含量≤0.012％。S：是对冲击值带来不利影响的元素，可以形成硫化物夹杂，成为裂纹源，本专利技术中S含量控制在不高于0.002％。Ni：Ni具有固溶强化作用，能促使合金钢形成稳定奥氏体组织，具备使Ar3点最低和碳当量或冷裂纹敏感系数Pcm的增加最小的特性，能提高钢的强度和韧性，因此本专利技术Ni含量控制在0.15％～0.50％。Cr：提高钢的淬透性的重要元素，对于厚规格船板及海洋平台用钢而言添加适量Cr含量可以有效提高淬透性以弥补厚度带来的强度损失，改善厚度方向上性能的均匀性；Cr还可以增强钢的回火稳定性，Cr可以与C生成碳化物析出，增强钢的强度。但太高的铬和锰同时加入钢中，会导致低熔点Cr-Mn复合氧化物形成，在热加工过程中形成表面裂纹，同时会严重恶化焊接性能。因此本专利技术Cr含量控制在Cr0～0.2％。V：在钢中加入V可以细化组织晶粒，提高强度和韧性。添加量小于0.02％时效果不明显；V还可以提高钢的淬透性，进而提高调质钢强度，但V含量过高易形成大颗粒夹杂物，钢的韧性与可焊接性降低。在适量的N含量基础上，V可以充分析出，使钢中颗粒尺寸和间距明显减小，能够产生沉淀强化，起到提高强度的作用，本专利技术中V含量控制在0～0.040％。Mo：可以提高淬透性和热强性、防止回火脆性、扩大γ相区，推迟γ→α相变时先析出铁素体形成、促进针状铁素体形成的主要元素，对控制相变组织起重要作用，能有效提高材料强度；降低相变温度，降低贝氏体转变的临界冷速，有利于在较宽的冷速范围内促进贝氏体转变，使厚钢板具有较好的工艺适应性，能有效改善钢板厚度方向上强韧性能的稳定性。因此本专利技术Mo含量控制在Mo：0.10％～0.25％。Ti：Ti与N在高温时形成TiN，板坯加热奥氏体化时，TiN会抑制奥氏体晶粒长大。Ti与C在较低温度区间形成TiC，细小的TiC颗粒有利于提高钢板的低温冲击性能。Ti含量过高，则会形成粗大的方形TiN析出，钢板在受力时应力会集中在TiN颗粒附近，成为微裂纹的形核长大源，降低钢板的疲劳性能。本专利技术Ti元素优选含量控制在0.008％～0.025％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温性能优良的超高强调质海工钢板，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.07％～0.12％；Si：0.15％～0.40％；Mn：1.15％～1.60％；P≤0.012％；S≤0.002％；Ni：0.15％～0.50％；Cr≤0.2％或V≤0.040％中的一种；Mo：0.10％～0.25％；Ti：0.008％～0.025％；Alt：0.015％～0.040％，余量为铁和不可避免的杂质，Ceq≤0.42％、Pcm≤0.22％，其中，Ceq＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5，Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。/n

【技术特征摘要】
1.一种低温性能优良的超高强调质海工钢板，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.07％～0.12％；Si：0.15％～0.40％；Mn：1.15％～1.60％；P≤0.012％；S≤0.002％；Ni：0.15％～0.50％；Cr≤0.2％或V≤0.040％中的一种；Mo：0.10％～0.25％；Ti：0.008％～0.025％；Alt：0.015％～0.040％，余量为铁和不可避免的杂质，Ceq≤0.42％、Pcm≤0.22％，其中，Ceq＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5，Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。


2.根据权利要求1所述的一种低温性能优良的超高强调质海工钢板，其特征在于，所述钢板屈服强度≥420MPa，抗拉强度500～640MPa，屈强比≤0.85，断后延伸率≥19％，-40℃横向冲击功最小单值≥100J，Z向断面收缩率≥60％，Z向抗拉强度≥500MPa，-20℃CTOD≥0.25。


3.根据权利要求1或2所述的一种低温性能优良的超高强调质海工钢板，其特征在于，成品钢板厚度60～100mm。


4.一种如权利要求1或2或3所述的低温性能优良的超高强调质海...

【专利技术属性】
技术研发人员：金耀辉，韩鹏，赵坦，朱隆浩，王华，陈华，王东旭，李家安，于浩男，李广龙，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21