[发明专利]低温结构用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及低碳高强度低合金钢，具体涉及低温结构用钢及其制造方法，该低温结构用钢的屈服强度≥355MPa、抗拉强度≥490MPa、－50℃的Charpy横向冲击功(单个值)≥47J、焊接性优良，主要用于海洋风塔结构、船用浮吊结构、极地区域桥梁结构及冰海区域海洋平台的制造用材。

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、船舶制造、桥梁结构、锅炉压力容器、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，它最终决定于成品钢材的显微组织状态。随着科技不断地向前发展，人们对钢的强韧性、焊接性提出更高的要求，即在维持较低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，以减少钢材的用量而节约成本，减轻钢构件自身重量、稳定性和安全性。

目前世界范围内掀起了发展新一代高性能钢铁材料的研究高潮，通过合金组合设计、革新控轧/TMCP技术及热处理工艺获得更好的显微组织匹配，从而使钢板得到更高的强度韧性匹配、抗HIC及SCC性能、更优良的焊接性；本发明钢板正是采用上述技术，低成本地开发出综合力学性能优异的低温结构用钢。

现有技术制造－50℃的低温横向冲击韧性(单个值)≥100J的厚钢板时，一般要在钢中添加一定量的贵重合金元素Cu、Ni(Cu、Ni≥0.30%)，且采用TMCP工艺，以确保母材钢板具有优异的低温韧性。

大量现有专利文献只是说明如何实现母材钢板的低温韧性，对于如何在焊接条件下，获得优良的热影响区(HAZ)低温韧性说明得较少，尤其采用大线能量焊接时如何保证热影响区(HAZ)的低温韧性少之又少。如日本专利昭63－93845、昭63－79921等、美国专利US Patent4855106、US Patent5183198、US Patent4137104等。

发明内容

低碳当量正火型高强度低温钢板是厚板产品中难度很大的品种，其原因是在正火条件下，低碳当量与高屈服强度/抗拉强度之间的矛盾、高屈服强度/抗拉强度与优良的超低韧性之间的矛盾、低成本制造与优良的超低温韧性、焊接性之间的矛盾。

为解决上述矛盾，本发明的目的在于提供一种低温结构用钢及其制造方法，充分挖掘成分设计与正火热处理匹配的潜力，获得优良的超低温韧性、强韧性匹配及焊接性，特别适宜于用做制造海洋风塔结构、船用浮吊结构、极地区域桥梁结构及冰海区域海洋平台，并且能够实现低成本稳定批量工业化生产。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明合金组合设计入手，采用了中C－高Mn－低N－微(V+Nb)合金化－微Ti处理低合金钢的成分体系作为基础，适当提高钢中酸溶Als含量并控制其范围、Mn/C≥10、Ni当量≥0.35%、Ceq≤0.43%、[(%Cu)+(%Ni)]×[(%V)+(%Nb)]≥0.012、[(%Mn)+(%Cu)+(%Ni)]×[(%C)]≥0.135、Cu/Ni≤0.50，控制Nb/Ti在1.0～3.0之间、Ca处理且Ca/S比控制在1.0～3.0之间及(%Ca)×(%S)^0.28≤2.5×10^-3，优化控轧及后续热处理工艺。

具体地，本发明的低温结构用钢，其成分重量百分比为：

C：0.10%～0.14%

Si：≤0.30%

Mn：1.20%～1.60%

P：≤0.013%

S：≤0.003%

Cu：0.05%～0.30%

Ni：0.05%～0.30%

Nb：0.010%～0.030%

V：0.035%～0.075%

Ti：0.008%～0.014%

Als：0.040%～0.070%

N：≤0.0050%

Ca：0.001%～0.003%

其余为Fe和不可避免的夹杂；

且上述元素含量必须同时满足如下关系：

Mn/C≥10，以保证钢板晶粒均匀细小且在－55℃下钢板断裂模式为韧性断裂，夏比冲击试样断口纤维率至少高于50%；