[发明专利]一种TMCP态低压缩比极寒环境用高强度船板钢及其制造方法

说明书

本发明涉及一种TMCP态低压缩比极寒环境用高强度船板钢及其制造方法，其化学成分按重量百分比计包括：C:0.04～0.08％，Si:0.15～0.35％，Mn:1.00～2.00％，P:≤0.005％，S:≤0.005％，Ni:0.35～0.75％，Cu:0.14～0.34％，Nb:0.15～0.45％，Ti:0.005～0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明提供的该船板钢的制备方法，所用合金种类较少，成分简单，压缩比较低，并且可利用一般钢厂的现有设备和工艺条件，可提高生产效率并节能减耗，并大幅提高钢板中针状铁素体的含量，改善厚度方向上的组织均匀性，提高心部的力学性能尤其是低温韧性。

技术领域

本发明涉及一种TMCP态低压缩比极寒环境用高强度船板钢及其制造方法，属于轧钢工艺技术领域。

背景技术

极地具有丰富的资源以及巨大的开发和科学研究价值，但其终年白雪覆盖大地，气温非常低，而极地船舶是极地资源开发过程中所需的基础装备，极地船舶要求使用具有优异低温韧性的极地船舶用船板钢，但现有钢的耐低温性能不佳，成分复杂，亟需开发具有性能优异低温韧性的钢板。

针状铁素体是低碳微合金钢中一种具有良好强韧性匹配特性的微观组织，可以在保证钢板强度的同时明显提高钢板韧性，但现有的制备方法容易出现裂纹，且耐低温性能不佳。专利申请的公开号为CN 110343937A公开了一种控制夹杂物的极地用钢的冶炼方法，通过Zr-Ti脱氧高强度低合金钢，引入Zr-Ti复合氧化物核质点，并在其上形成MnS，使其周围出现了贫锰区从而促进针状铁素体的形成。但该方法成本较高且氧化物夹杂与基体的界面有可能会成为裂纹的起裂点。CN 109536838 A公开了一种针状铁素体型耐低温N80级石油套管用钢及制备方法，但该方法只适用于生产管线钢，不适用生产≥45mm的厚板，而大排水量船只能使用更厚的钢板；并且在宽厚板的生产中，厚度方向上的冷速很难均匀，且心部冷速也无法达到其要求的10～14℃/s。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明的第一目的是提供一种化学成分设计简单，具有优异低温韧性且强韧性匹配良好的极寒环境船舶用钢。

本发明第二目的是提供该船板钢的制备方法，即通过合理设计和精确控制控轧控冷参数，不利用非氧化物冶金技术即大幅提高钢板中针状铁素体的含量，来改善厚度方向上的组织均匀性，提高心部的力学性能尤其是低温韧性。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种TMCP态低压缩比极寒环境用高强度船板钢，其化学成分按重量百分比计包括：C:0.04～0.08％，Si:0.15～0.35％，Mn:1.00～2.00％，P:≤0.005％，S:≤0.005％，Ni:0.35～0.75％，Cu:0.14～0.34％，Nb:0.15～0.45％，Ti:0.005～0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明成分的设计理由如下：C元素可通过固溶强化、析出强化等方式提高强度，含量较低时，如低于0.04％，强度水平不容易保证，但含量较高时，如高于0.08％，则损害低温韧性和焊接性，因此，本发明中的C含量优选控制在0.04～0.08％范围内。

Mn元素是弱碳化物形成元素，可通过固溶强化来提高强度，同时能降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒。但Mn含量过高，如高于2.00％容易损害低温韧性，因此本发明中Mn含量优选控制在1.00～2.00％之间。此外在C-Mn钢的基础上，通过热、动力学模拟实验，设计复合仅添加Ni、Cu、Nb、Ti四种合金元素，发挥细晶强化、析出强化、固溶强化等作用来保证强度级别，研究发现含量在0.15～0.45％Nb和0.005～0.030％Ti的添加，既可以通过复合析出来提供针状铁素体的形核点，也不过于提高钢板的碳当量而影响其焊接性。所以Nb的含量优选在0.15～0.45％，Ti的含量优选在0.15～0.45％。