一种超高强度海洋工程用钢及其制造方法技术

技术编号：44996689 阅读：2 留言：0更新日期：2025-04-15 17:10

本发明专利技术涉及一种超高强度海洋工程用钢及其制造方法，属于海洋工程用钢技术领域，解决了现有技术中超高强度钢低温韧性不佳、焊接性较差、耐蚀性不足、制造及焊接成本较高等问题。本发明专利技术提供了一种超高强度海洋工程用钢，所述海洋工程用钢中各组分按质量百分比计为：C：0.020％～0.050％，Ni：6.00％～10.00％，Cu：1.50％～3.50％，Mo：0.60％～1.0％，Cr：0.80％～1.50％，Mn：0.60％～1.0％，Si：0.10％～0.30％，V：0.040％～0.060％，Ti：0.010％～0.020％，0＜N≤0.04％，P≤0.005％，S≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。所述海洋工程用钢综合性能优异，强韧性匹配度好、焊接性能优异且可实现低温预热焊接。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋工程用钢，尤其涉及一种超高强度海洋工程用钢及其制造方法。

技术介绍

1、近年来，随着世界各国对海洋资源及贸易开发利用的重视，船舶、海洋平台、深潜器等海洋装备业迅速崛起，也正朝着轻量化、高端化、低成本化方向发展。这对装备建造用结构钢的综合性能提出了新的要求，如需要更高强度的钢代替低强钢，以达到装备减重的目的，需要更优异的低温韧性，以保证装备在受到冲击载荷时的安全性，以及良好的焊接性及耐蚀性等，以实现装备建造及服役时的低成本和可靠性。

2、目前，现有的1000mpa级超高强度钢一般多用于工程机械制造用，设计思路为在低碳的基础上采用cr-mo-v/nb系合金化技术，并通过淬火回火调质热处理工艺得到纳米级微合金碳化物和回火马氏体组织，来实现高强度。但该类高强钢的焊接性较差，为避免钢板焊后在焊接接头处出现冷裂纹，焊前钢板需要在200℃及以上温度预热，导致焊接成本较高；且该类高强度钢普遍低温韧性储备不足，服役安全隐患较大。

3、近年来，为满足高端海洋装备建造需求，进一步提高超高强度钢的低温韧性及焊接等综合性能，研究者通过合金设计以及工艺改进，开发了1000mpa级超高强钢，如公开号为cn 112779472 a的专利技术专利中描述了低温韧性优异的1gpa级海洋工程用钢板及其制备方法，具有良好的强韧性匹配，其屈服强度可达到1000mpa，-80℃低温韧性可达到150j，然而该钢的焊接性能较差，且为了获得较高的低温韧性，须进行两次淬火，工艺成本较高。

4、综上所述，现有的钢种在设计研发时重点

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种超高强度海洋工程用钢及其制造方法，用以解决现有技术中超高强度钢强韧性匹配度低、低温韧性不佳、焊接性较差、制造及焊接成本较高等问题中的至少一个。

2、本专利技术提供了一种超高强度海洋工程用钢，所述海洋工程用钢中各组分按质量百分比计为：c：0.020％～0.050％，ni：6.00％～10.00％，cu：1.50％～3.50％，mo：0.60％～1.0％，cr：0.80％～1.50％，mn：0.60％～1.0％，si：0.10％～0.30％，v：0.040％～0.060％，ti：0.010％～0.020％，0＜n≤0.04％，p≤0.005％，s≤0.003％，余量为fe及不可避免的杂质；且ceq＝[c]+([mn]+[si])/6+([ni]+[cu])/15+([cr]+[mo]+[v])/5≤1.63％；pcm＝[c]+[si]/30+[ni]/60+([mn]+[cr]+[cu])/20+[mo]/15+[v]/10+5[b]≤0.57％，其中[x]为对应元素x的质量百分比。

3、优选的，所述海洋工程用钢中各组分按质量百分比计为：c：0.023％～0.042％，ni：6.56％～7.01％，cu：1.55％～2.89％，mo：0.65％～0.76％，cr：0.86％～1.26％，mn：0.62％～0.75％，si：0.11％～0.23％，v：0.041％～0.048％，ti：0.011％～0.015％，n：0.02％～0.035％，p≤0.005％，s≤0.003％，余量为fe及不可避免的杂质；且ceq＝[c]+([mn]+[si])/6+([ni]+[cu])/15+([cr]+[mo]+[v])/5≤1.28％；pcm＝[c]+[si]/30+[ni]/60+([mn]+[cr]+[cu])/20+[mo]/15+[v]/10+5[b]≤0.47％，其中[x]为对应元素x的质量百分比。

4、优选的，所述海洋工程用钢中各组分按质量百分比计为：c：0.043％～0.048％，ni：7.15％～9.6％，cu：2.9％～3.49％，mo：0.78％～0.97％，cr：0.88％～1.47％，mn：0.76％～1.0％，si：0.24％～0.30％，v：0.049％～0.058％，ti：0.016％～0.019％，n：0.036％～0.038％，p≤0.005％，s≤0.003％，余量为fe及不可避免的杂质；且ceq＝[c]+([mn]+[si])/6+([ni]+[cu])/15+([cr]+[mo]+[v])/5≤1.52％；pcm＝[c]+[si]/30+[ni]/60+([mn]+[cr]+[cu])/20+[mo]/15+[v]/10+5[b]≤0.54％，其中[x]为对应元素x的质量百分比。

5、具体的，所述钢的微观组织由回火马氏体及纳米级析出相构成，其中马氏体的体积分数为97.0％～99.0％，纳米级析出相的体积分数为1.0％～3.0％，两者之和为100％。

6、具体的，所述纳米级析出相由富cu相、(v，mo)c相组成，所述纳米级析出相的粒度尺寸范围为5～20nm；析出强化增量占屈服强度的20％以上。

7、具体的，所述海洋工程用钢屈服强度≥1000mpa，延伸率≥16％。-80℃夏比v型缺口冲击功≥200j，-80℃断面纤维率≥80％，韧脆转变温度低于-100℃，年腐蚀速率≤0.14mm/a，且可实现低温预热焊接。

8、本专利技术还提供了一种所述海洋工程用钢的制造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：s1转炉冶炼、s2板坯连铸、s3低温加热、s4分段轧制、s5固溶热处理及淬火、s6回火热处理；其中，所述s4分段轧制包括再结晶区轧制和非再结晶区轧制。

9、具体的，所述s3低温加热步骤的具体工艺参数为：加热温度为1150～1180℃，保温90～120min。

10、具体的，所述再结晶区轧制的具体工艺参数为：在再结晶区温度范围内进行共计2～5道次大压下率轧制，开轧温度：1050～1150℃，终轧温度：980～1000℃，轧速≤1.5m/s，其中2～3道次的压下量≥20％；

11、所述非再结晶区轧制的具体工艺参数为：在非再结晶区温度范围内进行共计3～10道次低温大压下量轧制，开轧温度：920～980℃，终轧温度：820～880℃，轧后层流冷却至室温，其中3～6道次压下量≥18％。

12、具体的，所述s5固溶热处理及淬火步骤的具体工艺参数为：将轧后的钢板进行固溶热处理，固溶温度为800～880℃，固溶时间为1.5～2h，然后进行淬火，水淬速度控制在5～10m/min，冷速≥20℃/s，钢板表面终冷温度≤200℃。

13、具体的，所述s6时效热处理步骤的具体工艺参数为：将淬火后的钢板在热处理炉中进行时效热处理，加热温度为550～580℃，时效时间100～120min，然后进行空冷至室温。

14、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：

15、1、本专利技术通过合理的成分设计，在保证海洋工程用钢高强度的同时，实现了强韧性的本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种超高强度海洋工程用钢，其特征在于，所述海洋工程用钢中各组分按质量百分比计为：C：0.020％～0.050％，Ni：6.00％～10.00％，Cu：1.50％～3.50％，Mo：0.60％～1.0％，Cr：0.80％～1.50％，Mn：0.60％～1.0％，Si：0.10％～0.30％，V：0.040％～0.060％，Ti：0.010％～0.020％，0＜N≤0.04％，P≤0.005％，S≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；且Ceq＝[C]+([Mn]+[Si])/6+([Ni]+[Cu])/15+([Cr]+[Mo]+[V])/5≤1.63％；Pcm＝[C]+[Si]/30+[Ni]/60+([Mn]+[Cr]+[Cu])/20+[Mo]/15+[V]/10+5[B]≤0.57％，其中[X]为对应元素X的质量百分比。

2.根据权利要求1所述的海洋工程用钢，其特征在于，所述海洋工程用钢中各组分按质量百分比计为：C：0.023％～0.042％，Ni：6.56％～7.01％，Cu：1.55％～2.89％，Mo：0.65％～0.76％，Cr：0.86％～1.

3.根据权利要求1所述的海洋工程用钢，其特征在于，所述海洋工程用钢中各组分按质量百分比计为：C：0.043％～0.048％，Ni：7.15％～9.6％，Cu：2.9％～3.49％，Mo：0.78％～0.97％，Cr：0.88％～1.47％，Mn：0.76％～1.0％，Si：0.24％～0.30％，V：0.049％～0.058％，Ti：0.016％～0.019％，N：0.036％～0.038％，P≤0.005％，S≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；且Ceq＝[C]+([Mn]+[Si])/6+([Ni]+[Cu])/15+([Cr]+[Mo]+[V])/5≤1.52％；Pcm＝[C]+[Si]/30+[Ni]/60+([Mn]+[Cr]+[Cu])/20+[Mo]/15+[V]/10+5[B]≤0.54％，其中[X]为对应元素X的质量百分比。

4.根据权利要求1所述的海洋工程用钢，其特征在于，所述钢的微观组织由回火马氏体及纳米级析出相构成，其中马氏体的体积分数为97.0％～99.0％，纳米级析出相的体积分数为1.0％～3.0％，两者之和为100％。

5.根据权利要求4所述的海洋工程用钢，其特征在于，所述纳米级析出相由富Cu相、(V，Mo)C相组成，所述纳米级析出相的粒度尺寸范围为5～20nm；析出强化增量占屈服强度的20％以上。

6.根据权利要求1所述的海洋工程用钢，其特征在于，所述海洋工程用钢屈服强度≥1000MPa，延伸率≥16％，-80℃夏比V型缺口冲击功≥200J，-80℃断面纤维率≥80％，韧脆转变温度低于-100℃，年腐蚀速率≤0.14mm/a，且可实现低温预热焊接。

7.一种权利要求1～6任一项所述海洋工程用钢的制造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1转炉冶炼、S2板坯连铸、S3低温加热、S4分段轧制、S5固溶热处理及淬火、S6时效热处理；其中，所述S4分段轧制包括再结晶区轧制和非再结晶区轧制。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述S3低温加热步骤的具体工艺参数为：加热温度为1150～1180℃，保温90～120min。

9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述再结晶区轧制的具体工艺参数为：在再结晶区温度范围内进行2～5道次大压下率轧制，开轧温度：1050～1150℃，终轧温度：980～1000℃，轧速≤1.5m/s，其中2～3道次的压下量≥20％；

10.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述S5固溶热处理及淬火步骤的具体工艺参数为：将轧后的钢板进行固溶热处理，固溶温度为800～880℃，固溶时间为1.5～2h，然后进行淬火，水淬速度控制在5～10m/min，冷速≥20℃/s，钢板表面终冷温度≤200℃；

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【技术特征摘要】

1.一种超高强度海洋工程用钢，其特征在于，所述海洋工程用钢中各组分按质量百分比计为：c：0.020％～0.050％，ni：6.00％～10.00％，cu：1.50％～3.50％，mo：0.60％～1.0％，cr：0.80％～1.50％，mn：0.60％～1.0％，si：0.10％～0.30％，v：0.040％～0.060％，ti：0.010％～0.020％，0＜n≤0.04％，p≤0.005％，s≤0.003％，余量为fe及不可避免的杂质；且ceq＝[c]+([mn]+[si])/6+([ni]+[cu])/15+([cr]+[mo]+[v])/5≤1.63％；pcm＝[c]+[si]/30+[ni]/60+([mn]+[cr]+[cu])/20+[mo]/15+[v]/10+5[b]≤0.57％，其中[x]为对应元素x的质量百分比。

2.根据权利要求1所述的海洋工程用钢，其特征在于，所述海洋工程用钢中各组分按质量百分比计为：c：0.023％～0.042％，ni：6.56％～7.01％，cu：1.55％～2.89％，mo：0.65％～0.76％，cr：0.86％～1.26％，mn：0.62％～0.75％，si：0.11％～0.23％，v：0.041％～0.048％，ti：0.011％～0.015％，n：0.02％～0.035％，p≤0.005％，s≤0.003％，余量为fe及不可避免的杂质；且ceq＝[c]+([mn]+[si])/6+([ni]+[cu])/15+([cr]+[mo]+[v])/5≤1.28％；pcm＝[c]+[si]/30+[ni]/60+([mn]+[cr]+[cu])/20+[mo]/15+[v]/10+5[b]≤0.47％，其中[x]为对应元素x的质量百分比。

3.根据权利要求1所述的海洋工程用钢，其特征在于，所述海洋工程用钢中各组分按质量百分比计为：c：0.043％～0.048％，ni：7.15％～9.6％，cu：2.9％～3.49％，mo：0.78％～0.97％，cr：0.88％～1.47％，mn：0.76％～1.0％，si：0.24％～0.30％，v：0.049％～0.058％，ti：0.016％～0.019％，n：0.036％～0.038％，p≤0.005％，s≤0.00...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正延，柴锋，罗小兵，李丽，柴希阳，陈雪慧，梁丰瑞，杨才福，薛东妹，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人