[发明专利]一种高强韧性特厚低合金调质钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于低合金钢技术领域，特别涉及一种高强韧性特厚低合金调质钢及其制备方法。尤其针对高强韧性特厚低合金调质钢A514。

背景技术

低合金调质高强钢以其较高的强度、优异的塑韧性和良好的焊接性能，广泛应用于工程机械、电力、压力容器、汽车等领域。焊接是影响低合金调质钢应用至关重要的因素。低合金调质高强钢含碳量较低，一般都在0.18％以下，其良好的综合机械性能是通过在低碳基础上加入多种提高淬透性的合金元素及后续调质热处理，获得强度高、韧性好的低碳板条马氏体和部分下贝氏体组织而得到。此类钢合金系统复杂、淬硬性大，在焊接过程中出现的主要问题包括：热影响区的软化及脆化、焊接冷裂纹。

根据美国标准ASTM A514/A514M-2009，此标准对不同厚度规格A514系列低合金调质钢的具体牌号、成分及综合力学性能均有严格限制。例如，厚度上限规格150mm的A514Gr.E、A514Gr.P及A514Gr.Q，对元素C、Mn有严格的限制，同时要求加入大量的合金元素Cr、Mo、Ni、Cu等；在加入较多合金元素的基础上，通过高温淬火及高温回火，获得强度、韧性及塑性等指标优良的低合金调质高强钢。如文献“ASTMA514Gr.Q钢焊接工艺”指出A514Gr.Q属于高屈服强度调质合金钢，但在焊接时容易出现裂纹或韧性下降的现象。表1及表2为美国标准对A514系列调质高强钢具体要求。

表1 不同规格A514调质钢性能及工艺要求

如何通过工艺技术、关键装备和生产流程的优化和创新，最大程度地发挥连铸、轧制、热处理等生产工序对材料力学性能的调控作用，尽量减少对合金元素的依赖和资源的消耗，减轻环境负荷，使有限资源得到合理利用，达到提高材料性能、节约能源与资源的目的，是实现钢铁材料本身的节约化和产品生产、使用及循环等全生命周期减量化的基础，也是国内外钢铁材料领域的主要技术难点。低合金调质钢除碳以外各种合金元素对钢材的强度与可焊性也起着重要作用；实现合金减量化，可以降低碳当量(Ceq)，对材料焊接性能也较为有利。

另外，在中厚板生产中，压缩比是衡量质量的一项重要指标。钢锭或连铸坯究竟需多大压缩比才能满足材料性能的要求。国内学者一般认为压缩比应为8～10。蔡开科等出版的专著《连续铸钢原理与工艺》中指出：为了使轧材内部组织致密.具有较好的机械性能，碳素钢和低合金钢最小压缩比一般应为6。

综合考虑到上述因素，结合秦皇岛首秦金属材料有限公司(以下简称首秦公司)现有工装设备：400mm厚板坯连铸机、4300mm宽厚板轧线及德国LOI调质生产线，在合金减量化原则指导下并能充分保证低合金调质钢A514综合力学性能的前提下，合理设计成分体系并严格控制轧制、淬火及回火工艺参数等，在小压缩比条件下，成功生产的100mm-130mm厚规格A514系列低合金调质钢，其综合力学性能及热处理工艺完全满足并高于美国标准对同规格A514Gr.E、A514Gr.P、A514Gr.Q要求，其强度、塑性、韧性匹配较好且比较稳定，但其成分体系远低于同规格A514系列调质钢要求，实现低成本减量化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强韧性特厚低合金调质钢及其制备方法，解决“低合金成分体系”及“小压缩比“条件下稳定生产高强度高韧性特厚板调质钢板的问题。

一种高强韧性特厚低合金调质钢，其化学成分为(重量百分比)，C：0.13％～0.17％；Si：0.15％～0.40％；Mn：1.20％～1.40％；Cr：0.40％～0.60％；Mo：0.30％～0.40％；Ni：0.20％～0.40％；B：0.0010％～0.0030％；Nb：0.015％～0.035％；V：0.035％～0.060％；Ti：0.010％～0.020％；Alt：0.020％～0.040％；P：0.005％～0.010％；S：0.002～0.0050％；碳当量Ceq:0.54～0.60；其余为Fe及不可避免杂质。

碳是保证钢板淬透性的重要合金元素，也是决定碳当量的重要因素，对钢的强度、韧性、塑性及焊接性均有较大影响。碳含量过高，影响钢板焊接性能，且碳含量对钢板抗高温回火不利；碳含量过低，影响钢板整体强度，在保证本发明钢板所需要强度的前提下，碳含量范围：0.13％～0.17％；

锰是钢中重要的固溶强化元素，可降低相变温度，细化组织亚结构，在强化钢板的同时改善韧性；同时，可提高淬透性。若锰含量过高，对焊接及韧性不利，锰含量范围：1.20％～1.40％；；