[发明专利]一种1150MPa级高强度高韧性易焊接纳米钢及其制备方法

说明书

本发明公开一种1150MPa级高强度高韧性易焊接钢及其制备方法，组成如下：按合金元素质量百分比计，C：0.05～0.08，Si：0.2～0.6，Mn：0.8～1.5，P≤0.005，S≤0.0015，Cu：2.0～3.5，Ni：6.0～9.0，Cr：0.5～1.5，Mo：0.5～1.0，Nb：0.02～0.1，Ti：0.01～0.05，Al：0.005～0.05，余量为Fe及不可避免的杂质，包括下述步骤：熔炼和精炼‑浇注成钢锭‑轧制‑热处理。本发明纳米钢屈服强度≥1150MPa，‑84℃夏比V缺口冲击功≥150J，延伸率≥15％，具有高强度、高韧性、高塑性、易焊接的特点。

技术领域

本发明属于合金钢领域，具体涉及一种1150MPa级高强度高韧性易焊接纳米钢及其制造方法，可用于舰船、海洋工程装备、管道、重型机械装备等领域。

背景技术

随着工业社会的快速发展，人们对于钢铁材料综合性能的需求越来越高，要求钢板具有超高强度、超高韧性以及优良的焊接性能。传统高强度钢的强化机制主要为含碳量较高的马氏体或下贝氏体结构。为了保证有足够的淬透性，通常需添加较高含量的C、Ni、Cr、Mo、V等合金元素，导致材料的碳当量高，焊接性差。目前1100MPa以上级别高强钢大多仍采用低碳加微合金元素的成分设计，较高碳含量导致塑韧性和焊接性能都不理想。

公开号为CN110578095A、CN104513936B和CN111910129A等专利文件中，都公开了屈服强度大于1100MPa的高强钢及其制造方法，但其碳含量均高于0.1％不易焊接，且低温韧性均远低于本发明。

公开号为CN108486505A的专利文件中，公开了一种1200MPa级硅锰铬系热轧低碳钢及其制备方法，其抗拉强度大于1250Mpa，但屈服强度不足1150MPa，且仅对-20℃冲击性能进行了表征，在-20℃不足120J。

公开号为CN110358971B的专利文件中，公开了一种屈服强度1300MPa级的低碳超高强钢及其制备方法，通过添加1.5～2.5％的铜进行沉淀强化，屈服强度大于1300MPa，但是低温韧性较差，-60℃冲击功不足50J。

公开号为CN106636961A的专利文件中，公开了一种Cu纳米相强化易焊接钢及制备方法，其铝含量较高，低温韧性不足。

综上所述，目前还没有一种能够同时满足高强度、高韧性以及良好的焊接性能的钢铁材料，这对传统的组织设计思路和热处理工艺来说都是极大的挑战。

纳米相强化是一种有效的提高强度的同时不损失塑韧性的强化方法，通过使用Cu纳米析出相强化来代替传统的碳强化，同时超低的含碳量也可以达到更好的焊接性能。本发明采用创造性的成分设计，形成富铜、镍、锰、铝的具有层级结构的复合纳米相，利用其细小尺寸(半径5纳米以下)和高的稳定性提高强度和塑韧性。本发明控制了铝元素在较低的水平，同时采用了二次精炼和轧后缓冷和特定的热处理工艺，可以生产更大厚度的钢板。本发明的1150MPa级高强度高韧性易焊接纳米钢可在更严苛的条件下服役。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种1150MPa级高强度高韧性易焊接钢及其制备方法，可满足对于钢板高强度、高韧性和良好的焊接性能的要求，通过固溶处理加时效处理两步热处理工艺，钢板的屈服强度≥1150MPa，-84℃的夏比V缺口冲击功≥150J，延伸率≥15％。

本发明的技术方案是：

一种1150MPa级高强度高韧性易焊接纳米钢的制备方法，包括如下步骤：

(1)熔炼和精炼：采用高炉铁水或者电炉冶炼的铁水，吹氧脱磷脱碳，铝脱氧，再转入钢包炉精炼，并同时加入合金材料，调整成分至目标成分，然后再VD真空炉中进行脱氢脱氧；

(2)浇注成钢锭：采用模铸的方法将冶炼完成的铁水浇注成钢锭，铸锭堆垛缓冷24小时以上；