[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

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高强度高韧性钢板及其制造方法。

背景技术

随着我国海洋工程装备产业的发展，海洋平台等海上油气资源开发的重大基础装备发展迅速，对海洋工程用钢提出了迫切需求。随着平台结构的不断大型化，自升式平台结构中的桩腿需要厚度120mm以上的高强度高韧性齿条用特厚板，要求屈服强度≥690MPa，抗拉强度790-930MPa。

专利CN103725986A公开了低温下使用的高韧性F级特厚齿条钢板及其制造方法，钢板添加了较高的Cu(0.2-0.4％)、Ni(最高达到2.80％)，虽然其冲击性能可以达到-60℃，但合金含量高，钢锭加热时间长，需要先将钢锭开坯轧制成钢坯，生产效率低，且钢锭心部易产生较大的缩孔疏松缺陷，在轧制过程中难以完全愈合；专利CN102392193B公开了一种特厚调质型海洋平台用钢板及其生产方法，钢板添加了较高的Ni(2.35％-2.55％)，且钢锭轧制加热温度高，热处理加热和冷却时间长，生产效率低，生产成本较高；专利CN102605280A公开的海洋平台用特厚高强度优良低温韧性钢板及其制造方法，需要粗轧开坯，开坯对钢锭心部质量改善不明显，开坯加热温度和轧制加热温度分别为1290℃和1100℃，与常规生产加热温度相差较大，影响正常生产。目前，现有的厚钢板成本高，钢锭心部存在缩孔疏松等缺陷，不能满足海洋工程用钢的质量要求。

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，通过合理的成分设计，采用锻造工艺改善铸锭心部质量，结合控轧控冷和调质即淬火加回火工艺保证性能优异，制得钢板厚度可达到150-180mm，组织为回火索氏体加贝氏体，屈服强度≥690MPa，抗拉强度790-930MPa，-40℃冲击功>100J。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强度高韧性钢板，以重量百分比计的成分组成包括：C 0.12-0.17％，Si 0.20-0.30％，Mn 0.70-0.94％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni 1.70-2.10％，Cr 0.80-1.40％，Mo 0.45-0.80％，Cu 0.05-0.14％，Nb 0.03-0.06％，V 0.02-0.05％，Ti 0.010-0.020％，Al 0.020-0.050％，B 0.0010-0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质。

以下对本发明所含合金元素的作用及其用量的选择具体分析说明：

C：C是保证强度的主要元素，提高钢的淬透性，以固溶强化提高钢的强度，但含量过高会对韧性和焊接性能产生不利的影响，因此，本发明C含量选择为0.12-0.17％。

Si：Si主要起脱氧作用，并以固溶强化形式提高钢的强度，但含量过高会造成韧性下降，因此本发明Si含量控制在0.20-0.30％。

Mn：Mn起固溶强化作用，可显著提高钢的强度，并提高淬透性，改善热加工性能，但过多的Mn易产生偏析，特别是对于特厚钢板，偏析会恶化钢板心部的性能，因此本发明Mn含量控制在0.70-0.94％。

Nb：Nb可以提高奥氏体再结晶停止温度，细化轧制过程中的奥氏体晶粒；同时易与C、N结合生成碳氮化物析出相，阻止奥氏体晶粒长大，同时产生析出强化的效果，但含量过高时强化效果的增加不明显，因此Nb的含量控制在0.03-0.06％。

V：V是强碳化物形成元素，形成碳化物阻止奥氏体晶粒长大，通过细晶强化和析出强化提高钢的强度，含量过高时，会导致钢的韧性降低，因此V的含量控制在0.02-0.05％。

Ti：Ti可以固定钢中的N元素，形成TiN以阻止在加热、轧制、焊接等过程中的晶粒长大，改善钢板母材和焊接热影响区的韧性，但过量的Ti会恶化钢的韧性，因此Ti的含量控制在0.010-0.020％。

Al：Al是脱氧元素，可以降低钢中的O含量，与N形成AlN可以有效细化晶粒。本发明中Al的含量控制在0.020-0.050％。

B：B可强烈提高钢的淬透性和强度，但含量过高会导致韧性降低，因此B的含量控制在0.0010-0.0025％。

Ni：Ni可以显著改善钢的低温韧性，对冲击韧性和韧脆转变温度具有有利的作用，并且能提高钢板强度，但含量过高会增加成本，且会造成钢板表面氧化铁皮难以除掉，本发明中将Ni的含量控制在1.70-2.10％。