[发明专利]一种用于极地船舶的钢板及其制造方法

说明书

本发明公开了一种用于极地船舶的钢板及其制造方法，该钢板包含具有如下重量百分比的组分：C 0.02%~0.13%，Si 0.80%~1.2%，Mn 0.30%~1.00%，Cr 0.40%~1.00%，Ni 0.05%~0.40%，P＜0.010%，S＜0.005%，Ti 0.01%~0.10%，Mo＜0.60%，Cu 0.10%~0.80%，Al 0.01%~0.06%，Nb 0.003~0.06%，V 0~0.08%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。本发明的钢板能够用于超低温度，韧性优异，其屈服强度≥315MPa，抗拉强度≥510 MPa，在‑60℃~‑80°C低温环境下夏比冲击功≥200 J，在‑60℃下CTOD断裂韧性值≥0.25mm，在‑60℃~‑80°C低温环境下焊接接头冲击功≥64 J，焊接性能优异。

技术领域

本发明涉及一种用于船舶的钢板，具体涉及一种用于极地船舶的钢板及其制造方法。

背景技术

建造用于极地的船舶，因为应用在低温寒冷海域，海洋环境复杂多变，要经受超低温、冰雪磨蚀、低温风浪碰撞、强烈的海洋风暴及冻土碰撞等环境因素带来的诸多挑战，对船舶用低温钢的设计、选材和建造加工等提出了更高的要求。

极地船舶用低温钢要求具有优良的极寒低温综合性能，其结构材料不仅具有高的强度、良好的塑性，而且还要求在-60℃、-80℃下具有优异的冲击韧性，特别是在极地海域严寒至-60℃的超低温环境下，钢板的断裂韧性要求良好，焊接性能优异。

生产高强韧厚钢板的技术通常有两种：(1)钢板在轧制后淬火+回火的调质热处理；(2)控制轧制和控制冷却(Thermo-mechanical Control Process--TMCP)处理。采用调质工艺生产的钢板性能稳定，但合金成分相对较高，一方面提高了钢板的生产成本，另一方面提高了碳当量，容易使钢板产生焊接冷裂纹。采用TMCP技术生产的钢板，化学成分体系相对简单，合金元素添加较少，进而低碳当量有利于极大提高焊接性能，且生产成本经济，但轧制和冷却工艺控制难度较大。

TMCP技术起源于二十世界八十年代，包括两阶段控制轧制和加速冷却。第一阶段在再结晶区轧制变形，变形奥氏体中累计的位错成为再结晶驱动力，奥氏体晶粒发生再结晶，细化了晶粒。第二阶段在未再结晶区轧制变形，奥氏体中累计了大量的位错密度，为连续冷却过程中的相变提供了形核驱动力和形核位置。轧制后通过加速冷却装置，过冷奥氏体发生相变，可形成铁素体、珠光体、针状铁素体、贝氏体和马氏体等一种或多种复相组织，从而获得具有不同力学性能的钢板。获得成分体系和工艺参数的最优匹配是TMCP生产高强韧厚板的核心技术。不同合金元素对钢的奥氏体再结晶、不同类型相变的影响有很大差异，造成最终组织和力学性能有明显不同。在提高钢材强度的同时获得超低温下断裂韧性优异的钢材，需要合理的利用微合金化TMCP技术，重点通过微合金化设计和轧制工艺调整细化晶粒，使钢材获得理想的组织形态，进而获得高强高韧性能。

现有的涉及极地船舶用低温韧性高强钢及制造，主要是通过控轧TMCP方法获得。

专利CN106086650A公开了一种可大线能量焊接的极地船用钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C 0.03～0.07％，Si 0.15～0.30％，Mn 1.10～1.50％，P≤0.0070％，S≤0.0030％，Ti 0.008～0.020％，N 0.0030～0.0060％，Cu 0.10～0.30％，Ni 0.10～0.40％，Nb 0.010～0.040％，Al 0.020～0.050％，余量为Fe，钢板基体组织为铁素体+珠光体，其中珠光体弥散分布于铁素体晶粒之间，铁素体晶粒尺寸为4～8um。钢材具有优异的-60℃、-80℃低温冲击韧性、抗低温应变时效性能，经最大线能量200KJ/cm高效焊接后，焊接性能优异。其发明得到了具有良好低温韧性的船用钢板及其制造方法，适应200KJ/cm大线能量焊接，但该发明所涉及的钢板厚度较薄，仅在40mm以下，且虽然钢板母材低温冲击韧性达到-80℃满足要求，但焊接性能仅能符合-60℃要求，因此在极寒地区等恶劣环境下的应用会受到限制，且焊接结构体的焊接部位韧性薄弱会给船体整体结构本身带来隐患。