一种高强度高韧性钢板及其制造方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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，本发明专利技术钢生产工艺简单，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。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高韧性钢板及其制造方法
本专利技术属于冶金
，具体涉及一种高强度高韧性钢板及其制造方法。
技术介绍
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桩腿需要厚度120mm以上的高强度高韧性齿条用特厚板，要求屈服强度≥690MPa，抗拉强度790-930MPa。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℃，但合金含量高，钢锭加热时间长，需要先将钢锭开坯轧制成钢坯，生产效率低，且钢锭心部易产生较大的缩孔疏松缺陷，在轧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％)，且钢锭轧制加热温度高，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，需要粗轧开坯，开坯对钢锭心部质量改善不明显，开坯加热温度和轧制加热温度分别为1290℃和1100℃，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。
技术实现思路
本专利技术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，结合控轧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≥690MPa，抗拉强度790-930MPa，-40℃冲击功>100J。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高强度高韧性钢板，以重量百分比计的成分组成包括：C0.12-0.17％，Si0.20-0.30％，Mn0.70-0.94％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni1.70-2.10％，Cr0.80-1.40％，Mo0.45-0.80％，Cu0.05-0.14％，Nb0.03-0.06％，V0.02-0.05％，Ti0.010-0.020％，Al0.020-0.050％，B0.0010-0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质。以下对本专利技术所含合金元素的作用及其用量的选择具体分析说明：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，本专利技术C含量选择为0.12-0.17％。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，因此本专利技术Si含量控制在0.20-0.30％。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，因此本专利技术Mn含量控制在0.70-0.94％。Nb：Nb可以提高奥氏体再结晶停止温度，细化轧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％。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％。Ti：Ti可以固定钢中的N元素，形成TiN以阻止在加热、轧制、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％。Al：Al是脱氧元素，可以降低钢中的O含量，与N形成AlN可以有效细化晶粒。本专利技术中Al的含量控制在0.020-0.050％。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％。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，本专利技术中将Ni的含量控制在1.70-2.10％。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％。Mo：Mo可以显著提高钢板的淬透性和强度，提高回火稳定性，本专利技术中Mo的含量控制在0.45-0.80％。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，本专利技术中Cu的含量控制在0.05～0.14％。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，本专利技术钢P含量控制在≤0.012％，S含量控制在≤0.005％。一种高强度高韧性钢板的制造方法，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℃，保温6-10小时，出炉经高压水除鳞后进行两阶段轧制，奥氏体再结晶区轧制开始温度为1000-1150℃，未再结晶区轧制开始温度为850-900℃，轧后冷床冷却，随后缓冷；4)对轧后钢板进行热处理：淬火温度为910-940℃，回火温度为620-650℃。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150-180mm，组织为回火索氏体和贝氏体。与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少在于：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；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；3)采用合理的轧制和热处理工艺，生产工艺简单，钢板组织均匀，性能优异。附图说明图1实施例1中钢板的显微组织照片；图2实施例2中钢板的显微组织照片。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步详细的说明。根据本专利技术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-两阶段轧制-矫直-冷床冷却-缓冷-淬火-回火等工艺步骤，制造厚度为150-180mm的特厚钢板。锻造后的热轧、热处理的具体工艺参数为：钢坯加热到1180-1220℃，保温6-10小时，出炉经高压水除鳞后进行两阶段轧制，奥氏体再结晶区轧制开始温度为1000-1150℃，未再结晶区轧制开始温度为850-900℃，轧后冷床冷却，随后缓冷；对轧后钢板进行热处理：淬火温度为910-940℃，回火温度为620-650℃。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。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.％)CSiMnPSNiCrMoCuNbVTiB实施例10.160.300.920.00500.00181.720.930.450.050.0430.0340.0170.0021实施例20.本文档来自技高网...

【技术保护点】
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≤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％，Al 0.020‑0.050％，B 0.0010‑0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高韧性钢板的制造方法，其特征在于，所述钢板以重量百分比计的成分组成包括：C0.12-0.17％，Si0.20-0.30％，Mn0.70-0.94％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni1.70-2.10％，Cr0.80-1.40％，Mo0.45-0.80％，Cu0.05-0.14％，Nb0.03-0.06％，V0.02-0.05％，Ti0.010-0.020％，Al0.020-0.050％，B0.0010-0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质；钢板的制造方法包括以下工艺步骤：1)在炼钢工序中，采用电炉冶炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨汉，曲锦波，陆春洁，张娟，
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