[发明专利]一种高强度高韧性钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢板及其制造方法，尤其涉及一种合金钢板及其制造方法。

背景技术

低合金高强度钢作为一种重要的钢铁材料被广泛地应用于海洋工程、军工器械、机械及船舶制造等行业。我国工业的飞速发展以及各类军用及民用设备的复杂化、大型化及轻量化的趋势对于低合金高强度钢提出了更高的要求，即用于生产制造的低合金高强度钢板不但要求具有更大的硬度及更高的强度，而且还要求其具有良好的低温冲击韧性。

近几十年来，海洋工程及船舶结构用的高强度高韧性钢板的开发与应用发展得很快。低合金高强度钢是在低合金高强度可焊接钢的基础上发展起来的，此类钢板的使用寿命可达到传统结构钢板使用寿命的数倍。低强度级别的海洋工程用钢常采用TMCP（Thermo Mechanical Control Process，热机械控制工艺）或者正火工艺生产，生产工艺较简单；而高强度级别的海洋工程用钢一般采用轧后直接冷却或淬火，或者离线淬火加回火工艺生产。

现有技术中，在生产制造海洋工程及船体结构用高强度高韧性钢板时，一般采用添加较多的Cu、Ni、Cr和Mo等贵重合金元素，生产成本较高，目前高强度高韧性钢板开始向低成本经济型和高成本高性能的两个不同方向发展。国内钢厂生产高强度钢所加的合金元素多为V、Ti、Cr、Si、Mn、B、Re等我国资源丰富的元素，且添加量一般为≤3%。对于强度级别更高的海洋工程或船体结构用钢，还需要补充一定量的Cu、Ni、Cr、Mo等元素用来提高钢板的强度级别和耐腐蚀性能。近几年我国在高强度高韧性钢板领域的技术发展取得了长足进步，但不能提供用于-80℃甚至-100℃低温冲击有要求的海洋工程或船体结构用钢。

公开号为WO200039352，公开日为2000年7月6日，名称为“一种具有超高强度且优异的低温韧性的钢”的国际专利文献，其公开了一种低温用钢，用较低含碳量（0.03%～0.12%）和高镍含量(不小于1.0%)的方法生产低温韧性好的高强度钢，其采用较低的冷却速率（10℃/s），其抗拉强度能达到930MPa以上。这种钢材料的镍含量高，并且还添加有Cu和Nb等贵金属元素，因此生产制造成本是比较高的。

公开号为GB2132225，公开日为1984年7月4日，名称为“生产制造强度厚钢板”的英国专利文献公开了一种厚度大于25mm的钢板，其采用在热轧后通过控制水流量来控制直接淬火的冷却速率然后回火的方法。其组分(重量百分比)为：碳(0.04％～0.16％)、铬(0.20～1.50％)、镍(0.20～5.00％)、钼(0.20～1.00％)含量均高于本专利铬(不大于0.75％)、镍(不大于0.40％)、钼(不大于0.30％)含量，且至少加入V：0.03～0.15%，Ti：0.03～0.15%,Nb：0.03～0.15%中的一种。同样，该钢板需要添加微合金元素V、Nb。

公开号为CN1249006A，公开日为2000年3月29日，名称为“高抗拉强度钢及其生产方法”的中国专利文献所涉及的钢板主要用于生产管线，其碳含量为0.02～0.10%，锰为0.2～2.5%，需添加Cu、Ni、Cr、Mo和Nb，且其抗拉强度为900MPa左右，该钢板在热轧时采用低温终轧甚至低到700℃，对轧机设备要求相应提高，轧机的负荷量大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度高韧性钢板及其制造方法，使得该种钢板具有较高的强度，较大的屈服强度和抗拉强度，较好的低温冲击韧性，优质的加工成型性及良好的冷弯性能等综合力学性能。

为达到上述发明目的，本发明提供了一种高强度高韧性钢板，其微观组织为回火屈氏体组织，且其化学元素质量百分含量为：

C：0.04～0.07%，

Si：≤0.30%，

Mn：1.4～1.6%，

Al：0.02～0.04%，

Ti：0.005～0.020%，

N：≤0.006%，

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

本发明所述的高强度高韧性钢板，通过合理的成分设计，无需添加Cu、V和Nb等昂贵的合金元素，并少量添加Mn元素，结合改进的制造工艺从而获得具有回火屈氏体微观组织的钢板。回火屈氏体是马氏体回火后的中间产物，消除了原马氏体组织的微观裂纹和内应力，获得细小的铁素体和碳化物的混合组织特征。该种微观组织具有较高的弹性极限和韧性级别，具有此类微观组织的钢板在成型后具有较大的硬度，较高的强度和较强的韧性。

本发明所述的高强度高韧性钢板中各化学元素的设计原理如下：