[发明专利]一种5～25mm厚1000MPa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5～25mm厚1000MPa级高强度高韧性易焊接纳米钢及其制备方法，按合金元素质量百分比计，C：0.03～0.05，Si：0.1～0.3，Mn：0.5～1.0，P≤0.01，S≤0.0015，Cu：1.5～2.5，Ni：5.0～7.0，Cr：0.2～0.5，Mo：0.3～0.5，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，由以下步骤制备而成：熔炼和精炼‑模铸或连铸‑轧制‑热处理。本发明纳米钢可以达到屈服强度≥1000MPa，‑84℃夏比V缺口冲击功≥200J，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5～25mm厚1000MPa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，要求钢板具有高强度、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等合金元素，导致材料的塑韧性变差，同时碳当量的提高也使得焊接性能变差。

沉淀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。目前1000MPa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CN104532157A的专利文件中，公开了一种屈服强度900～1000MPa级调质高强钢及其生产方法，经过调制处理后，其屈服强度可以达到900～1080MPa，但延伸率均不足15％，同时，该发明在-40℃冲击功不足120J。

公开号为CN108315671B的专利文件中，公开了屈服强度1000MPa级低屈强比超高强钢及其制备方法，得到的马氏体钢屈服强度大于1000MPa，但其冲击功在-20℃不足140J，本发明的一种5～25mm厚1000MPa级高强度高韧性易焊接钢具有更优异的低温冲击韧性，可在更严苛的条件下服役。

公开号为CN106636961A的专利文件中，公开了一种含铜析出相强化易焊接钢及制备方法，其铝含量相对较高，同时采用了热轧后超快冷工艺，其仅进行了15mm以下钢的制备，对于15mm以上厚度钢板未作说明。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工艺，有利于抑制晶粒长大和降低厚板冷却过程中的开裂倾向，可以生产更大厚度的钢板。

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。

发明内容

本发明是：旨在提供一种5～25mm厚1000MPa级高强度高韧性易焊接纳米钢及其制备方法，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≥1000MPa，-84℃的夏比V缺口冲击功≥200J，延伸率≥15％。

本发明的技术方案是：

一种5～25mm厚1000MPa级高强度高韧性易焊接纳米钢的制备方法，包括以下步骤：

(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，以质量分数计合金中各元素质量百分比为：C：0.03～0.05，Si：0.1～0.3，Mn：0.5～1.0，P≤0.01，S≤0.0015，Cu：1.5～2.5，Ni：5.0～7.0，Cr：0.2～0.5，Mo：0.3～0.5，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，调整成分至目标成分后再VD真空炉中进行脱氢脱氧；