耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种耐脆性裂纹扩展性优异的高强度超厚钢材及其制造方法，所述钢材以重量％计包含0.03～0.09％的C、1.4～2.2％的Mn、0.2～0.9％的Ni、0.005～0.05％的Nb、0.005～0.04％的Ti、0.1～0.5％的Cu、0.05～0.5％的Si、0.01～0.05％的Al、100ppm以下的P、40ppm以下的S、余量的Fe及其他不可避免的杂质，表层部由多边形铁素体和贝氏体的混合相组成，厚度的1/2t～1/4t(其中，t为钢材厚度)部分由50体积％以上的针状铁素体和50体积％以下的贝氏体组成，在钢材整体厚度上具有贝氏体单相组织的区域的分数为20％以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材及其制造方法
本专利技术涉及一种耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材及其制造方法。更具体地，本专利技术涉及一种耐脆性裂纹扩展性和生产率优异的用于钢结构的超厚钢材及其制造方法。
技术介绍
最近，国内外的船舶等结构物的设计中要求超厚高强度钢材。在设计结构物时，如果使用高强度钢，就可以减轻结构物的重量，因此能获得经济效益，而且由于能够将板厚减薄，可以同时确保加工和焊接操作的容易性。通常，将高强度钢制成超厚钢材时，由于总压下率下降，整体组织不会充分变形，进而导致组织变得粗大，当实施用于确保强度的快速冷却时，由于厚度超厚，表层部和中心部之间产生冷却速度之差，因此表层部会生成贝氏体等粗大的低温转变相，从而难以确保韧性。特别是，将高强度超厚钢材应用于船舶等的主要结构物时，要求保证代表结构物稳定性的耐脆性裂纹扩展性的案例在增加。然而，如上所述，将高强度钢制成超厚钢材时，如果生成低温转变相，就会发生耐脆性裂纹扩展性明显下降的现象，因此难以提高超厚高强度钢材的耐脆性裂纹扩展性。另外，当制造高强度超厚钢材时，为了提高韧性，在非常低的温度下实施精轧，因此从粗轧完后到精轧之前，需要在从高温长时间空冷的状态下等待，从而造成粒度变得粗大以及生产率下降的问题。当制造屈服强度为500MPa以上的高强度超厚钢材时，已知技术是使表层部粒度细化，以提高耐脆性裂纹扩展性。作为如上所述使表层部粒度细化的现有技术，已知有精轧时采用表面冷却或者轧制时赋予弯曲应力以控制粒度的技术等。然而，上述的现有技术虽然有助于使表层部的组织细化，但是不能解决余下组织的粗大化所导致的冲击韧性下降的问题，因此不能作为应对耐脆性裂纹扩展性的根本对策，而且技术本身应用于普通的量产体系时，估计也会导致生产率大大降低，还无法避免粗轧和精轧中间长时间空冷等待所导致的生产率下降。另外，已知有一种技术是大量添加有助于提高韧性的元素如Ni等，以提高耐脆性裂纹扩展性。然而，当大量添加Ni等元素时，虽然可提高耐脆性裂纹扩展性，但由于Ni是高价元素，因此从制造成本方面考虑很难应用在商业上。
技术实现思路
技术问题本专利技术一方面提供耐脆性裂纹扩展性优异的高强度超厚钢材。本专利技术另一方面提供以高生产率制造耐脆性裂纹扩展性优异的高强度超厚钢材的方法。技术方案本专利技术一方面提供一种耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材，其以重量％计包含0.03～0.09％的C、1.4～2.2％的Mn、0.2～0.9％的Ni、0.005～0.05％的Nb、0.005～0.04％的Ti、0.1～0.5％的Cu、0.05～0.5％的Si、0.01～0.05％的Al、100ppm以下的P、40ppm以下的S、余量的Fe及其他不可避免的杂质，表层部由多边形铁素体和贝氏体的混合相组成，厚度的1/2t～1/4t(其中，t为钢材厚度)部分由50体积％以上的针状铁素体和50体积％以下的贝氏体组成，在钢材整体厚度上具有贝氏体(bainite)单相组织的区域的分数为20％以下。所述钢材优选中心部显微组织的具有大角度晶界的粒度平均可为20微米以下。所述钢材优选屈服强度可为500MPa以上。所述钢材优选中心部冲击转变温度可为-40℃以下。所述钢材优选可具有50mm以上的厚度。本专利技术另一方面提供一种耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材的制造方法，其包含：对钢板坯以1150～1000℃的温度进行再加热的步骤，所述钢板坯以重量％计包含0.03～0.09％的C、1.4～2.2％的Mn、0.2～0.9％的Ni、0.005～0.05％的Nb、0.005～0.04％的Ti、0.1～0.5％的Cu、0.05～0.5％的Si、0.01～0.05％的Al、100ppm以下的P、40ppm以下的S、余量的Fe及其他不可避免的杂质；在1150～900℃的温度下对所述再加热后的板坯进行粗轧的步骤；将所述粗轧后的棒材(Bar)利用冷却手段进行冷却的步骤；将所述冷却后的棒材以表面为准回热至Ac3以上的温度的步骤；对所述回热后的棒材以1/4t为准在Ar3以上的温度下进行终轧的步骤；以及终轧后以3℃/s以上的冷却速度冷却至600℃以下的温度的步骤，所述棒材的冷却是以棒材的表层部具有低于Ac3的温度且1/4t(其中，t是棒材厚度)区域具有高出终轧开始温度50℃以上的温度的方式实施。专利技术效果根据本专利技术，可以高生产率方式提供耐脆性裂纹扩展性优异的高强度超厚钢材。具体实施方式下面详细描述本专利技术的优选实例。根据本专利技术的一个方面的耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材，其以重量％计包含0.03～0.09％的C、1.4～2.2％的Mn、0.2～0.9％的Ni、0.005～0.05％的Nb、0.005～0.04％的Ti、0.1～0.5％的Cu、0.05～0.5％的Si、0.01～0.05％的Al、100ppm以下的P、40ppm以下的S、余量的Fe及其他不可避免的杂质，表层部由多边形铁素体和贝氏体的混合相组成，厚度的1/2t～1/4t(其中，t为钢材厚度)部分由50体积％以上的针状铁素体和50体积％以下的贝氏体组成，在钢材整体厚度上具有贝氏体(bainite)单相组织的区域的分数为20％以下。下面对钢材的成分及其含量进行说明。C：0.03～0.09％(下面各成分的含量单位是重量％)C是本专利技术中用于确保基本强度的重要元素，因此钢中需要包含适当范围的C。如果C含量大于0.09％，则促进焊接热影响区生成大量的岛状马氏体和低温转变相，从而导致韧性下降，如果C含量小于0.03％，则导致强度下降，因此C含量限制在0.03～0.09％。所述C含量优选限制在0.04～0.09％，更优选可限制在0.05～0.08％。Mn：1.4～2.2％Mn是通过固溶强化提高强度以及提高可淬性以生成低温转变相的有用元素，需要添加1.4％以上的Mn，以满足500MPa以上的强度。如果添加大于2.2％的Mn，则可淬性过于增加导致促进上贝氏体(Upperbainite)和马氏体生成，从而大大降低冲击韧性和耐脆性裂纹扩展性，因此Mn含量限制在1.4～2.2％。所述Mn含量优选限制在1.5～2.1％，更优选可限制在1.6～2.0％。Ni：0.2～0.9％Ni是在低温下容易形成位错交叉滑移(Crossslip)而提高冲击韧性以及提高可淬性而提高强度的重要元素，为了提高具有500MPa以上的屈服强度的高强度钢中的冲击韧性和耐脆性裂纹扩展性，优选添加0.2％以上的Ni，如果添加量大于0.9％，就会使可淬性过于上升，从而导致生成低温转变相降低韧性，还存在制造成本上升的问题，因此Ni含量上限优选限制为0.9％。所述Ni含量优选限制在0.3～0.9％，更优选可限制在0.4～0.8％。Nb：0.005～0.05％Nb提高可淬性并以NbC或NbCN形式析出，从而提高母材强度。此外，高温再加热时固溶的Nb在轧制时以NbC形式非常微细地析出，从而具有抑制奥氏体的再结晶使组织微细化的效果。因此，为了获得这样的添加效果，Nb优选添加0.005％以上，但是当过量添加时，有可能导致钢材的边缘产生脆性裂纹，因此Nb含量上限限制为0.05％。所述Nb含量优选限制在0.01～0.04％，更优选可限制在0.015～0.03％。Ti：0.005～0.04％Ti是再加热时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材，其特征在于：所述钢材以重量％计包含0.03～0.09％的C、1.4～2.2％的Mn、0.2～0.9％的Ni、0.005～0.05％的Nb、0.005～0.04％的Ti、0.1～0.5％的Cu、0.05～0.5％的Si、0.01～0.05％的Al、100ppm以下的P、40ppm以下的S、余量的Fe及其他不可避免的杂质，表层部由多边形铁素体和贝氏体的混合相组成，厚度的1/2t～1/4t(其中，t为钢材厚度)部分由50体积％以上的针状铁素体和50体积％以下的贝氏体组成，在钢材整体厚度上具有贝氏体单相组织的区域的分数为20％以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.08 KR 10-2016-01007351.一种耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材，其特征在于：所述钢材以重量％计包含0.03～0.09％的C、1.4～2.2％的Mn、0.2～0.9％的Ni、0.005～0.05％的Nb、0.005～0.04％的Ti、0.1～0.5％的Cu、0.05～0.5％的Si、0.01～0.05％的Al、100ppm以下的P、40ppm以下的S、余量的Fe及其他不可避免的杂质，表层部由多边形铁素体和贝氏体的混合相组成，厚度的1/2t～1/4t(其中，t为钢材厚度)部分由50体积％以上的针状铁素体和50体积％以下的贝氏体组成，在钢材整体厚度上具有贝氏体单相组织的区域的分数为20％以下。2.根据权利要求1所述的耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材，其特征在于：所述钢材的中心部显微组织的具有大角度晶界的粒度平均为20微米以下。3.根据权利要求1所述的耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材，其特征在于：所述钢材的屈服强度为500MPa以上。4.根据权利要求1所述的耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材，其特征在于：所述钢材的中心部冲击转变温度为-40℃以下。5.根据权利要求1所述的耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材，其特征在于：所述钢材的厚度为50mm以上。6.一种耐脆性裂纹扩展性优异的超厚钢材的制造方法，其特征在于，该方法包含：对钢板坯以1150～1000℃的温度进行再加热的步骤，所述钢板坯以重量％计包含0.03～0.09％的C、1.4～2.2％的Mn、0.2～0.9％的Ni、0.005～0.05％的Nb、0.005～0.04％的Ti、0.1～0.5％的Cu、0.05～0.5％的Si、0.01～0.05％的Al、100ppm以...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学哲，张成豪，
申请(专利权)人：株式会社POSCO，
类型：发明
国别省市：韩国,KR