[发明专利]超高强度高韧性易焊接超细奥氏体晶粒钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超细晶粒钢及其制造方法，特别是涉及一种具有超高 强度、优异低温韧性、良好焊接性等多种特性的超细奥氏体晶粒钢及其制 造方法，该方法可用于热轧薄板、薄壁无缝钢管、细轴类零件等薄规格高 性能结构件的制造。

背景技术

目前，钢铁材料仍然是结构材料的主体，焊接仍然是主要的结构制造 工艺。发展具有超高强度、优异低温韧性和良好焊接性等多种特性为一体 的高性能钢铁材料及其关键制造技术，是满足现代重要结构向长效安全、 减轻自重和节能降耗方向发展的一个重要途径。国际上一般认为，屈服强 度≥840MPa(120ksi)的结构用钢可称为超高强度结构钢。如何在使这类 钢达到超高强度级别的同时，满足对低温韧性和焊接性的要求，是近十年 来的研究与开发热点。

众所周知，在固溶强化、沉淀强化、相变强化及形变强化等多种强化 技术中，只有细化晶粒，才能同时提高钢的强度和韧性。其中，细化奥氏 体晶粒对大幅度提高材料低温韧性的作用尤其显著。由于实现晶粒细化的 本质条件是提高晶核形核率和抑制长大速率。因此，目前在开发高性能超 高强度结构钢方面，广泛采取的是以控制形变奥氏体再结晶为核心、综合 运用低碳合金化、微合金化设计、再结晶控制轧制(RCR)、热机械控制加 工(TMCP)、加速冷却等多种手段的材料强韧化技术。国内外对此进行了 广泛探索，并已形成了多项专利。

分析这类专利所公开的超高强度结构钢及其相关制造方法可以发现， 它们均存在如下诸多不足之处的一种、或两种、或两种以上：

1)要求钢中加入大量的Cr、Mo、Ni、Cu等贵重的合金元素，虽然达 到了相应的强度级别，但增加了合金资源成本。如国际专利“低温韧性优 异的超高强度低碳合金钢管及其制造方法”(公开号WO2005035800A1)， 要求钢中铬、钼的实际含量分别达到0.55～0.80％和0.30～0.50％；住友金 属的专利JP60121219和JP89025371，要求钢中的镍含量为1.00～3.00％， 铬含量为0.40～1.20％；宝钢专利“可大线能量焊接的超高强度厚钢板及其 制造方法”(申请号200410017255.5)，要求镍含量为0.50～0.80％，铜含量 为0.50～0.80％；武钢专利“具有优良耐蚀性和抗疲劳性的超高强度钢及其 制造方法”(公开号CN1888120A)，要求同时达到镍含量为0.30～0.80％， 铜含量为0.25～0.80％，钼含量为0.20～0.50％；Exxonmobil公司的专利 WO200039352，钢中的镍含量要求≥1.0％；该公司另一专利“超低温韧性 优异的可焊接的超高强度钢板的生产方法”(公开号CN1390960A)，要求 Mo含量为0.30～0.70％。

2)要求采用再结晶区控轧后的低温轧制和轧后快速冷却，虽然也同样 达到了相应的强度级别，并减少了合金用量，但对冶金技术装备要求苛刻， 实际上增加了设备和工序成本。如上述专利WO200039352，要求轧后在线 冷却速度在10℃/s以上；上述专利CN1390960A，要求终轧温度低于850 ℃；上述专利CN1888120A，要求终轧温度为780～850℃且轧后冷速为15～ 35℃/s。

3)要求钢中的碳含量偏高，虽然对达到超高强度级别有利，但有损钢 的焊接性能。如上述专利WO2005035800A1，要求碳含量范围为0.06～ 0.18％；公开的中国专利“屈服强度960MPa以上超高强度钢板及其制造方 法”(公开号CN184072A)和“屈服强度1100MPa以上超高强度钢板及其 制造方法”(公开号CN1840723A)，均要求碳含量范围为0.08～0.20％。由 于碳含量和碳当量偏高，为避免产生焊接冶金缺陷，严格控制预热温度和 层间温度等工艺参数是必不可少的措施，从而使结构制造成本增加。

由此可见，上述现有超高强度结构钢的合金设计及相关制造方法，均 不利于以较低的成本和资源消耗，获得集超高强度、优异低温韧性和良好 焊接性等多种特性为一体的高性能钢铁材料。