[发明专利]一种高强高韧含Cu钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种屈服强度≥690MPa级，具有良好低温韧性(-80℃)、低韧脆转变温度的含Cu钢及其生产方法，属低合金钢制造领域。

背景技术

低碳(高强度)低合金钢是重要的工程结构材料之一，被广泛应用于海洋平台、船舶制造、锅炉压力容器和桥梁等方面。一般钢材在保证具有高强度的同时，难以保证具备良好的低温韧性。随着科技的发展，人们对钢的强韧性提出了更高的要求，例如两极科考的船用钢在服役期间要承受复杂的动态载荷，为了使船舶能在低温恶劣的环境下持续航行，同时，为减轻船体自重，增加船舶的载重量，提高船速，要求船板钢具有更高的强度、更高的韧性、以及具备一定的耐腐蚀性能。

研究发现，含Cu钢经过固溶和时效处理后，能产生良好的沉淀强化作用，补偿降低C含量带来的强度损失；对于钢的韧性，铜的作用略低于镍，可以提高钢的冲击韧性，同时能降低钢的脆性转变温度；铜还能提高钢的耐大气腐蚀性能高温抗氧化性，改善钢液的流动性。因此，含Cu钢在普通低合金钢、结构钢、不锈钢及铸钢等领域中已经广泛开展应用。

专利申请公开号CN 101956138A介绍一种含Cu低合金钢生产方法，采用的生产工艺为“钢坯→加热炉→粗轧→精轧→卷曲”，该专利侧重于控制加热工艺和轧制工艺，解决传统热轧工艺流程生产含Cu钢的表面质量问题，没有涉及到含Cu钢成品的性能。

专利申请公开号CN 102011061A介绍了一种高性能含Cu钢及其热处理工艺，该专利侧重于通过控制Ni/Cu的含量，降低C含量，提高钢的可焊性，但没有涉及到含Cu钢的低温(-80℃)性能和生产制造方法。

专利200810035367介绍了一种含Cu高强韧钢的制造方法，但主要用于薄板坯生产，成品厚度规格较薄。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含Cu钢板及其制造技术。开发具有高强度、高韧性、低韧脆转变温度的含Cu钢板。

本发明的目的是这样实现的，本发明采用低碳含量设计，其化学成分范围(Wt％)为：C 0.04％～0.07％、Si 0.25％～0.45％、Mn 0.60％～1.00％、Als0.01％～0.03％、Ni2.40％～3.20％、Cu 1.20％～1.60％、Cr 0.65％～0.90％、Mo 0.30％～0.60％、Nb 0.02％～0.04％、Ti 0.01％～0.03％、P≤0.015％、S≤0.010％。余量为铁及不可避免的杂质。

本发明中对合金元素限定量的理由详述如下：

C：确保强度所必须的元素，但如果添加量过大，降低钢板的焊接性能。本发明中其含量控制在0.04％～0.07％。

Si：通过固溶强化来增加钢的强度的有效元素，含量过高时在一定程度上降低钢的韧性和塑性。本发明将Si限定在0.25％～0.45％。

Mn：是钢中重要的固溶强化元素和脱氧元素，Mn能和钢中的S形成高熔点的MnS，从而避免钢中低熔点FeS的形成，但是Mn含量过高将影响钢材的韧性和焊接性能。本发明中将Mn限定在0.60％～1.00％。

P、S：在本钢种中都是杂质元素。限制在P≤0.015％；S≤0.010％。

Cu：通过固溶强化和沉淀强化来提高钢的强度，适当提高钢的耐腐蚀性能。本发明中Cu作为一个强化元素，其含量控制在1.20％～1.60％。

Ni：提高钢的强度同时提高钢的低温韧性，降低钢的韧脆转变温度，提高钢抗腐蚀能力，Ni加入到含Cu钢中，可以降低表面热裂纹倾向。本发明中其含量控制在2.40％～3.20％。

Cr：增加钢的强度和耐腐蚀性能，提高钢的回火稳定性。本发明中其含量为0.65％～0.90％。

Mo：提高钢的淬透性，通过消除或减轻其他合金元素所导致的回火脆性而提高钢的冲击韧性，提高钢的强度和延展性。本发明中其含量控制在0.30％～0.60％。

Nb：微量Nb的加入使再结晶终止温度提高，促进晶粒细化，但当其含量过高时，影响钢的焊接性能。本发明中其含量控制在0.02％～0.04％。

Ti：钢中强碳氮化物形成元素，在焊接热影响区中能阻止奥氏体晶粒的长大，从而改善钢的焊接性能。本发明中其含量控制在0.01％～0.03％。

Als：钢中的脱氧元素，本发明中其含量控制在0.01％～0.03％。

本发明钢的具体生产工艺特征如下：

生产工艺路线：铁水预处理→炼钢→连铸→钢坯加热→轧制→热处理→成品。