[发明专利]耐深水压力壳体用超高强韧性钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及超高强度钢板及其制造方法，特别涉及耐深水压力壳体用超高强韧性钢板及其制造方法，其抗拉强度≥1000MPa、屈服强度≥900MPa、-84℃夏比横向冲击功(单个值)≥100J、断裂延伸率δ₅≥17％且均匀延伸率Ag≥7％，焊接性优良。

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与制造工艺，其中强度、韧性、塑性及焊接性是低碳(高强度)低合金钢最重要的性能，它最终决定于成品钢材的显微组织状态；随着冶金科技不断地向前发展，人们对超高强钢的韧性、塑性提出更高的要求，即钢板在超低温状态下(≤-60℃)，具有抗脆性断裂及塑性失稳断裂能力的同时，断裂延伸率达到抗拉强度800MPa及其以下级别钢板的水平；并且在较低的制造成本条件下，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，减轻钢构件的自身重量、稳定性和安全性，更为重要的是为进一步提高钢构件冷热加工性及服役过程中的安全可靠性。

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与革新制造工艺技术相结合，获得更好的复相组织之间的匹配、超细化组织与马氏体/贝氏体精细结构，使超高强钢获得更优良的塑韧性；自2000年以来，研究成果陆续用于新一代高性能钢板的开发，取得了突破性进展，新型高性能钢板问世方兴未艾。

现有抗拉强度≥980MPa的高强度钢板主要通过离线调质工艺(即RQ+T)生产；但是对于钢板厚度≤60mm，也可以采用在线调质工艺来生产(即DQ+T)；为了获得超高强度，钢板必要具有足够高的淬透性，即钢板淬透性指数DI≥3.50×成品钢板厚度〖DI＝0.311(％C)^1/2[(1+0.64(％Si)]×[(1+4.10(％Mn)]×[(1+0.27(％Cu)]×[(1+0.52(％Ni)]×[(1+2.33(％Cr)]×[(1+3.14(％Mo)]×25.4(mm)〗，以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显微组织与性能的均匀，因而不可避免地向钢中加入大量Cr、Mo、Ni、Cu、V等合金元素，尤其Ni含量添加到2.00％以上，导致钢板的碳当量、冷裂纹敏感指数较高，严重影响钢板的焊接性；此外，高合金含量的钢板表(亚)面层易产生过淬火，形成粗大的马氏体组织，使钢板表(近)面层的低温韧性与延伸率严重劣化。较低的延伸率、低温韧性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、抗裂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，存在安全较大的隐患；因此大型疲劳重载钢结构采用超高强钢时，一般希望100公斤级高强钢不仅具有优良的强韧性、强塑性匹配及焊接性，而且延伸率确保在14％以上，以保证钢板加工性能与抗疲劳性能。

现有大量专利与技术文献只是说明如何实现母材钢板的强度和低温韧性，就改善钢板焊接能性，获得优良焊接热影响区HAZ低温韧性说明较少，也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，更没有指出如何防止钢板表(亚)面层过淬。

中国专利申请号201010227961.8公开的“强韧性、强塑性优良的960MPa级调质钢板及其制造方法”，虽然钢板综合力学性能也达到较高水平：抗拉强度≥980MPa、屈服强度≥890MPa、-60℃夏比横向冲击功(单个值)≥47J，但是该钢板制造技术采用控制轧制+离线淬火+回火工艺，这不仅制造工序多、制造周期长、制造成本高，而且制造过程耗能也相对较高(钢板轧制结束并自然空冷至室温，随后进行抛丸处理后，再次加热到淬火温度)，不利于节能与环保；更为重要的是该发明技术只能解决-60℃条件下钢板的韧性问题，-80℃条件下的超低温韧性储备明显不足，尤其在低温高压力条件下，钢板低温韧性劣化速度过快；表现为在-80℃超低温条件下，钢板已经进入韧脆转变区，冲击功波动大，焊接接头韧性尤其熔合线、焊接热影响区(HAZ)冲击韧性不能满足要求。

发明内容