止裂韧性钢板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种止裂韧性钢板及其制备方法，按质量百分含量计，包括C 0.04‑0.12％、Si 0.10‑0.50％、Mn 0.75‑2.0％、Cu 0.10‑0.50％、Ni 0.10‑1.00％、Cr 0.05‑0.50％、Al 0.010‑0.060％、Nb 0.010‑0.060％，其余为铁以及不可避免的杂质。制备方法包括步骤：(1)将各化学成分加热至1100‑1200℃；(2)热轧程序；(3)热轧后控制冷却，得到所述钢板。本发明专利技术的止裂韧性钢板具有高止裂性能、高的强度和较好的低温冲击韧性，同时具备了优良的止裂性能，满足超大型集装箱船体特殊部位构件性能要求；该制备方法工艺简单，且制作成本低。

【技术实现步骤摘要】
止裂韧性钢板及其制备方法
本专利技术涉及钢板制造技术，尤其涉及脆性裂纹传播停止特性优良的结构用厚钢板及其制造方法。
技术介绍
近年来，对于船舶、海洋工程结构的安全性以及由于安全性而引起环境保护问题的意识正在逐步提高。对于大型焊接结构，例如船舶和海洋工程结构中的焊接结构，在发生事故时，尤其是在事故的碰撞过程中，这些焊接结构不可避免地会起裂，因这些结构所存在着裂缝、局部脆性区，或者由于结构的几何应力集中、具有焊接残余应力，因此这些结构都有可能发生裂纹起裂。另随着船舶的大型化，造船用钢板也向厚板化的方向发展，特别是集装箱船，由于其船体结构的要求，在舱口围板、上甲板等部位已经使用厚度达到50-90mm的厚板作为高强度部件。因板厚效应而引起破裂韧性降低，而且焊接热输入也进一步增大，所以焊接部的破裂韧性存在进一步降低的趋势。因此，对脆性对裂纹传播停止特性的要求也进一步提高。作为使止裂性提高的方法，例如已知控制晶体粒径的方法、控制脆化第二相的方法、以及控制织构的方法。由显微组织结构分析得知，晶粒尺寸与材料的强度、塑性和断裂韧性有密切关系。晶粒越细小，晶粒内的空位数目和位错均减少，塞积位错数目下降，只能产生轻度的应力场，从而将推迟微孔和微裂纹的萌发，致使断裂应变增加，材料断裂所需的能量加大，即提高了断裂韧性。因此，细化晶粒成为提高钢铁材料韧性的最主要和最有效的方法。提高钢板断裂韧性的有效方法是通过微观组织微细化使韧性提高。公开号为CN102994874B的专利公开的高止裂韧性钢板厚度为10～50mm，厚度较薄大大限制了产品的应用范围。公开号为CN104561831A的专利，其微观组织为针状铁素体+多边形铁素体，针状铁素体的相比例≥90％。由于以铁素体为主体，因此难以形成为高强度、并且板厚度厚的钢板。另外其在所述控制冷却步骤中，冷却速度10-30℃/s，而厚板实际冷速难以达到。公开号为CN104011247A的专利通过控制在表层和板厚的1/2部的晶体粒径和采用X射线测定的织构强度比，来使止裂性提高；公开号为CN104024456A对织构的板厚中央位置的轧制面上的{311}<011>取向强度和板厚1/4位置的轧制面上的{110}<001>取向强度进行了限定。X射线面强度以及织构是表现局部微观技术，偏差大。这些技术，不是使止裂性提高、且在热轧时得到高的生产率的技术。公开号为CN10426404047A公开的一种集装箱船用特厚钢板及其制备方法，虽其最大钢板厚度达100mm，但其所有厚度规格钢板止裂韧性Kca均小于6500N/mm3/2。目前，适用于造船、海洋工程、桥梁等行业，特别是对强度和低温韧性要求较高的大型结构用钢板，无法同时具有高强度、良好焊接性和止裂性能。公开号为CN102719737A公开了一种屈服强度460MPa级正火高强韧钢板及其制造方法，虽然其钢板厚度达到了80mm，但其采用了控轧+正火的生产工艺，增加了生产工艺环节，制造成本高。而公开号为CN104561831A公开的一种具有高止裂性能的钢板及其制造方法，虽然钢板止裂性能较好，但当钢板厚度≥60mm时，钢的屈服强度和抗拉强度低，限制了其产品应用。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供了一种止裂韧性钢板及其制备方法，该钢板具有较高的强度和较好的低温冲击韧性，同时具备了优良的止裂性能；该制备方法简单、制作成本低。技术方案：本专利技术的止裂韧性钢板，按质量百分含量计，包括C0.04-0.12％、Si0.10-0.50％、Mn0.75-2.0％、Cu0.10-0.50％、Ni0.10-1.00％、Cr0.05-0.50％、Al0.010-0.060％、Nb0.010-0.060％，其余为铁以及不可避免的杂质。上述钢板中还包括Ti、Mo、V、B和Ca中的一种或几种，其中，所述Ti、Mo、V、B和Ca的百分含量分别为0.005-0.030％、0.01-0.50％、0.001-0.10％、不大于0.0030％、不大于0.0050％。所述钢板的杂质包括P、S、N，且P的质量百分含量不大于0.020％，S的质量百分含量不大于0.010％，N的质量百分含量不大于0.0080％。C当量Ceq为0.34-0.49％的成分组成。且Ceq＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(V+Mo+Cr)/5。其中，所述钢板厚度为50-100mm。对本专利技术钢板所包含化学成分作进一步说明如下：C，为了确保厚母材的强度和韧性，含有0.04％以上。C的含有量超过0.12％时，难以确保良好的HAZ(焊接热影响区)韧性，因此C的含有量设为0.12％以下。Si，作为脱氧元素、以及强化元素有效，因此含有0.10％以上。Si的含有量超过0.50％时，HAZ韧性大大地劣化，因此Si的含有量设为0.5％以下。Mn，为了经济性地确保厚母材的强度和韧性，含有0.75％以上。Mn的含有量超过2.0％时，中心偏析变得显著，产生了中心偏析的部分的母材和HAZ的韧性劣化，因此Mn的含有量设为2.0％以下。Cu，通过添加Cu，能够提高母材的强度、以及韧性，因此含有0.10％以上。但是，如果Cu的含有量过多，则HAZ韧性、可焊性恶化，因此将0.50％作为上限。Ni，能有效改善钢的低温韧性和耐腐蚀性能，但随着镍含量的增多，生成成本会显著增加，本专利技术镍含量控制在0.10-1.0％。Cr，是提高钢板的淬透性的重要元素之一。对于特厚规格的钢板来说，需要通过添加较多的Cr元素来提高钢板的淬透性以弥补厚度带来的强度损失，在提高钢板强度的同时，并改善钢板在厚度方向上的性能的均匀性。Cr还可以抑制先共析铁素体及珠光体的转变，有利于获得针状铁素体组织。一旦含量过高的Cr和Mn同时加入钢板中，就会导致低熔点的Cr-Mn复合氧化物的形成，这样会使得钢板在热加工过程中形成表面裂纹，并且还会严重恶化钢板的焊接性能。为此，本专利技术的技术方案中的Cr的含量应该限定在0.05-0.50％范围之间。Al，是为了脱氧而加入钢中的元素。在脱氧完全后，Al降低了钢板中的O的含量，以改善钢板的时效性能。此外，添加适量的Al还有利于细化晶粒，从而改善钢材的强韧性能。因此，将本专利技术中的具有高止裂性能的钢板中的Al元素的含量限定为0.01-0.06％。Nb，在本专利技术中是重要的元素。为了形成规定的原奥氏体晶粒长宽比，需要在未再结晶奥氏体区域的轧制。Nb是为使未再结晶温度区域扩大而有效的元素，使轧制温度上升，也有助于生产率提高。为了得到该效果，需要含有0.010％以上。但是，Nb的含有量超过0.060％时，HAZ韧性、可焊性降低，因此Nb的含有量设为0.060％以下。P，是杂质元素之一。为了稳定地确保HAZ韧性，可以将P的含有量限制为0.020％以下。S，是杂质元素之一。为了稳定地确保母材的特性、以及HAZ韧性，可以将S的含有量限制为0.010％以下。N，与钢中的Al结合，调节轧制加工时的结晶粒径而使钢强化，但超过0.0080％时，韧性变差，因此，设定为0.0080％以下。Ti，通过微量含有而形成氮化物、碳化物或碳氮化物，具有使晶粒微细化而提高母材韧性的效果。其效果通过含有0.005％以上而得到，但含有超过0.030％时会使母材以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种止裂韧性钢板，其特征在于：按质量百分含量计，包括C 0.04‑0.12％、Si 0.10‑0.50％、Mn 0.75‑2.0％、Cu 0.10‑0.50％、Ni 0.10‑1.00％、Cr 0.05‑0.50％、Al 0.010‑0.060％、Nb 0.010‑0.060％，其余为铁以及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种止裂韧性钢板，其特征在于：按质量百分含量计，包括C0.04-0.12％、Si0.10-0.50％、Mn0.75-2.0％、Cu0.10-0.50％、Ni0.10-1.00％、Cr0.05-0.50％、Al0.010-0.060％、Nb0.010-0.060％，其余为铁以及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的止裂韧性钢板，其特征在于：所述钢板中还包括Ti、Mo、V、B和Ca中的一种或几种。3.根据权利要求3所述的止裂韧性钢板，其特征在于：所述Ti、Mo、V、B和Ca的百分含量分别为0.005-0.030％、0.01-0.50％、0.001-0.10％、不大于0.0030％、不大于0.0050％。4.根据1-3任一权利要求所述的止裂韧性钢板，其特征在于：所述杂质包括P、S、N，且P的质量百分含量不大于0.020％，S的质量百分含量不大于0.010％，N的质量百分含量不大于0.0080％。5.根据权利要求1所述的止裂韧性钢板，其特征在于：所述C的C当量Ceq为0.34-0.49％的成分组成，且Ceq＝C+Mn/6...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晋斌，邱保文，陈林恒，
申请(专利权)人：南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32