[发明专利]一种调质钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种调质钢板，特别是涉及一种80公斤级超厚(≥100mm)调质钢板及其制造方法。

背景技术

众所周知，低碳(高强度)低合金钢是最重要工程结构材料之一，广泛应用于石油天然气管线、海洋平台、造船、桥梁结构、锅炉容器、建筑结构、汽车工业、铁路运输及机械制造之中。低碳(高强度)低合金钢性能取决于其化学成分、制造过程的工艺制度，其中强度、韧性和焊接性是低碳(高强度)低合金钢最重要的性能，它最终决定成品钢材的显微组织状态。随着科技不断地向前发展，人们对高强钢的强韧性、强塑性匹配提出更高的要求，即在维持较低的制造成本的同时大幅度地提高钢板的综合机械性能和使用性能，以减少钢材的用量节约成本，减轻钢结构的自身重量、稳定性和安全性，更为重要的是为进一步提高钢结构安全稳定性和冷热加工性。目前日韩欧盟范围内掀起了发展新一代高性能钢铁材料的研究高潮，力图通过合金组合设优化计和革新制造工艺技术获得更好的组织匹配，使高强钢获得更优良的强韧性、强塑性匹配。

80公斤级超厚调质钢板主要用作制造水电工程的压力水管、涡壳、大型工程机械结构及海洋石油平台，是重大国民经济建设的关键材料。目前国内各大钢厂(除宝钢以外)只能生产80mm以下的钢板，国内大型重型机械厂所需超厚80公斤级调质钢板均从日本和德国进口。不仅钢板进口价格昂贵，而且交货期无法保证，迫使用户在设计图纸出来前，提前订购具有一定尺寸余量的钢板，以便设计图纸出来后，根据设计图纸要求的钢板尺寸要求裁剪钢板，这会导致材料巨大的浪费。

传统的抗拉强度≥780MPa、钢板厚度≤100mm的高强钢板主要通过离线调质工艺(Q+T)生产，厚度≤60mm的钢板也可以采用在线调质工艺来生产。这就要求钢板具有足够高的淬透性，即淬透性指数DI≥2×成品钢板厚度，其中DI＝0.311C^1/2(1+0.64Si)×(1+4.10Mn)×(1+0.27Cu)×(1+0.52Ni)×(1+2.33Cr)×(1+3.14Mo)×25.4(mm)，各元素表示其质量百分含量，目的是确保钢板具有足够高的强度、优良的低温韧性及沿板厚方向均匀的显微组织与性能，因而不可避免地需要加入大量Cr、Mo、Ni、Cu等合金元素。然而，对于厚度≥100mm的超厚调质钢板，如何保持钢板厚度方向力学性能的均匀基本没有涉及【昭59-129724、平1-219121】。更重要的是采用传统调质钢成分体系与制造工艺生产出的钢板不仅最大厚度受到≤100mm的限制，而且钢板沿厚度方向的力学性能均匀性较差，主要表现为硬度沿厚度方向呈锅底状分布，即钢板上下表面硬度高，中心部位硬度低。虽然调质钢板1/4厚度位置的强度、低温韧性及延伸率等技术指标能够满足用户的要求，但是钢板延伸率普遍偏低(δ₅≤18％)，超厚规格的调质钢板延伸率更低，一般δ₅≤16％，例如专利US 4855106、US 5183198、US 4137104、US 4790885、US 4988393、EP 0867520A2等。较低的延伸率不仅不利于钢板冷热加工性能，而且对钢板的抗疲劳性能、抗应力集中敏感性及结构稳定性影响较大。在水电工程中的压力水管和涡壳、火电汽轮发电机及海洋采油平台结构等疲劳重载结构上使用时，存在较大的安全隐患。因此，大型疲劳重载钢结构采用高强钢板时，一般希望80公斤级高强钢板具有优良的强韧性、强塑性匹配，尤其抗拉延伸率δ₅在18％以上。现有大量专利文献只是说明如何实现母材钢板的强度和低温韧性，而对改善钢板焊接能性，获得优良焊接热影响区HAZ低温韧性说明较少，更没有涉及如何在提高钢板抗拉强度的同时，提高钢板的抗拉延伸率及厚度方向力学性能均匀性(例如昭63-93845、昭63-79921、昭60-258410、特平开4-285119、特平开4-308035、平3-264614、平2-250917、平4-143246、US 5798004、EP 0288054A2、西山纪念技术讲座第159-160，P79～P80等文献)。

发明内容

本发明的目的在于通过钢板合金元素的组合设计与特殊调质工艺(RCR+QT)相结合，在获得超厚(≥100mm)调质钢板的优良强度、低温韧性及强韧性匹配的同时，钢板的焊接性也同样优异，并成功地解决了超厚调质钢板沿钢板厚度方向强韧性不均匀的问题。