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，其微观组织为回火屈氏体组织，且其化学元素质量百分含量为：C：0.04～0.07%，Si：≤0.30%，Mn：1.4～1.6%，Al：0.02～0.04%，Ti：0.005～0.020%，N：≤0.006%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。相应地，本发明专利技术还公开了该高强度高韧性钢板的制造方法。该高强度高韧性钢板具有较具有较大的硬度，较高的强度，优质的低温冲击韧性，良好的加工成型性和优良的冷弯性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钢板及其制造方法，尤其涉及一种合金钢板及其制造方法。
技术介绍
低合金高强度钢作为一种重要的钢铁材料被广泛地应用于海洋工程、军工器械、机械及船舶制造等行业。我国工业的飞速发展以及各类军用及民用设备的复杂化、大型化及轻量化的趋势对于低合金高强度钢提出了更高的要求，即用于生产制造的低合金高强度钢板不但要求具有更大的硬度及更高的强度，而且还要求其具有良好的低温冲击韧性。近几十年来，海洋工程及船舶结构用的高强度高韧性钢板的开发与应用发展得很快。低合金高强度钢是在低合金高强度可焊接钢的基础上发展起来的，此类钢板的使用寿命可达到传统结构钢板使用寿命的数倍。低强度级别的海洋工程用钢常采用TMCP（Thermo Mechanical Control Process，热机械控制工艺）或者正火工艺生产，生产工艺较简单；而高强度级别的海洋工程用钢一般采用轧后直接冷却或淬火，或者离线淬火加回火工艺生产。现有技术中，在生产制造海洋工程及船体结构用高强度高韧性钢板时，一般采用添加较多的Cu、Ni、Cr和Mo等贵重合金元素，生产成本较高，目前高强度高韧性钢板开始向低成本经济型和高成本高性能的两个不同方向发展。国内钢厂生产高强度钢所加的合金元素多为V、Ti、Cr、Si、Mn、B、Re等我国资源丰富的元素，且添加量一般为≤3%。对于强度级别更高的海洋工程或船体结构用钢，还需要补充一定量的Cu、Ni、Cr、Mo等元素用来提高钢板的强度级别和耐腐蚀性能。近几年我国在高强度高韧性钢板领域的技术发展取得了长足进步，但不能提供用于-80℃甚至-100℃低温冲击有要求的海洋工程或船体结构用钢。公开号为WO200039352，公开日为2000年7月6日，名称为“一种具有超高强度且优异的低温韧性的钢”的国际专利文献，其公开了一种低温用钢，用较低含碳量（0.03%～0.12%）和高镍含量(不小于1.0%)的方法生产低温韧性好的高强度钢，其采用较低的冷却速率（10℃/s），其抗拉强度能达到930MPa以上。这种钢材料的镍含量高，并且还添加有Cu和Nb等贵金属元素，因此生产制造成本是比较高的。公开号为GB2132225，公开日为1984年7月4日，名称为“生产制造强度厚钢板”的英国专利文献公开了一种厚度大于25mm的钢板，其采用在热轧后通过控制水流量来控制直接淬火的冷却速率然后回火的方法。其组分(重量百分比)为：碳(0.04％～0.16％)、铬(0.20～1.50％)、镍(0.20～5.00％)、钼(0.20～1.00％)含量均高于本专利铬(不大于0.75％)、镍(不大于0.40％)、钼(不大于0.30％)含量，且至少加入V：0.03～0.15%，Ti：0.03～0.15%,Nb：0.03～0.15%中的一种。同样，该钢板需要添加微合金元素V、Nb。公开号为CN1249006A，公开日为2000年3月29日，名称为“高抗拉强度钢及其生产方法”的中国专利文献所涉及的钢板主要用于生产管线，其碳含量为0.02～0.10%，锰为0.2～2.5%，需添加Cu、Ni、Cr、Mo和Nb，且其抗拉强度为900MPa左右，该钢板在热轧时采用低温终轧甚至低到700℃，对轧机设备要求相应提高，轧机的负荷量大。
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，使得该种钢板具有较高的强度，较大的屈服强度和抗拉强度，较好的低温冲击韧性，优质的加工成型性及良好的冷弯性能等综合力学性能。为达到上述专利技术目的，本专利技术提供了一种高强度高韧性钢板，其微观组织为回火屈氏体组织，且其化学元素质量百分含量为：C：0.04～0.07%，Si：≤0.30%，Mn：1.4～1.6%，Al：0.02～0.04%，Ti：0.005～0.020%，N：≤0.006%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本专利技术所述的高强度高韧性钢板，通过合理的成分设计，无需添加Cu、V和Nb等昂贵的合金元素，并少量添加Mn元素，结合改进的制造工艺从而获得具有回火屈氏体微观组织的钢板。回火屈氏体是马氏体回火后的中间产物，消除了原马氏体组织的微观裂纹和内应力，获得细小的铁素体和碳化物的混合组织特征。该种微观组织具有较高的弹性极限和韧性级别，具有此类微观组织的钢板在成型后具有较大的硬度，较高的强度和较强的韧性。本专利技术所述的高强度高韧性钢板中各化学元素的设计原理如下：碳：碳是确保钢板强度的关键元素。对于要在制造过程中获得微观组织为大部分马氏体钢板而言，碳是最重要的元素，其可以显著地提高钢板的淬透性。碳含量的提高能使强度和硬度上升，塑性下降，因此，若钢板既要获得较高的强度，又要具备较高的韧性，那么对于钢板中的碳含量必须综合考虑。为了保证钢板优良的焊接性和良好的低温韧性，本专利技术钢采用较低的碳含量，即0.04～0.07%。硅：钢中添加硅元素能提高钢质纯净度，并同时起到脱氧的作用。硅还可以在钢中起固溶强化的作用。但是，当硅含量过高时，会使钢板加热时的氧化皮粘度增大，出炉后除鳞困难，导致轧后钢板表面出现严重的红色氧化皮，从而致使钢材料表面质量劣化；同时钢板含有较高的硅含量不利于成品钢板的焊接性能。综合硅元素对于钢板各方面的影响，本专利技术中硅含量控制为≤0.30%。锰：锰可以稳定奥氏体组织，其能力仅次于合金元素镍，同时其还是廉价的稳定奥氏体与强化合金元素，并且锰还能增加钢的淬透性，降低马氏体形成的临界冷速。不过，由于锰具有较高的偏析倾向，因而其含量不能太高，一般低碳微合金钢中锰含量不超过2.0%。综合考虑到Mn元素与其他元素的协同作用，故将本专利技术锰的含量控制在1.4～1.6%的范围之间。铝：铝是强脱氧元素。脱氧后多余的铝还可以和钢中的氮元素能形成AlN析出物，提高钢板的强度并且在后续的热处理加热工艺时，细化钢的元素奥氏体晶粒度。为了保证钢中的氧含量尽可能地低，本专利技术钢中铝的含量应控制在0.02～0.04%。钛：钛是强碳化物形成元素，在钢中加入微量的Ti有利于固定钢中的N，所形成的TiN能使钢坯加热时的奥氏体晶粒不过分长大，细化原始奥氏体晶粒度。钛在钢中还可分别与碳和硫生成TiC、TiS、Ti4C2S2等化合物，它们以夹杂物和第二相粒子的形式存在。由钛元素生成的碳氮化析出物在焊接时还可阻止热影响区晶粒长大，从而改善钢板的焊接性能。在本专利技术中，将钛含量设计为0.005～0.020%。氮：氮是钢中残余的气体元素，其在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度高韧性钢板，其特征在于，其微观组织为回火屈氏体组织，且其化学元素质量百分含量为：C：0.04～0.07%，Si：≤0.30%，Mn：1.4～1.6%，Al：0.02～0.04%，Ti：0.005～0.020%，N：≤0.006%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高韧性钢板，其特征在于，其微观组织为回火屈氏体组织，且
其化学元素质量百分含量为：
C：0.04～0.07%，
Si：≤0.30%，
Mn：1.4～1.6%，
Al：0.02～0.04%，
Ti：0.005～0.020%，
N：≤0.006%，
余量为Fe和其他不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的高强度高韧性钢板，其特征在于，还包括Ni和Mo
中的至少其中之一，其中Ni 0.05～0.3%，Mo 0.05～0.3%。
3.如权利要求1或2所述的高强度高韧性钢板的制造方法，其特征在于，依
次包括下列步骤：冶炼、铸造、加热、轧制、冷却和回火，获得钢板的微观
组织为回火屈氏体组织；其中回火步骤中以5～15℃/s的速度加热至530～
570℃，回火时间为10～20s。
4.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：张爱文，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：