本發明涉及低合金高強度鋼，具體說就是提供了一種在低溫下具有高韌性的低合金高強度鋼及其熱處理方法，通過調整合金成分并經過合適的調質處理得到回火索氏體組織，在保證鋼具有高強的基礎上，可得到很高的低溫沖擊韌性。

背景技術：
隨著社會的發展和科技的進步，鋼材已被用于社會的各個領域，與此同時人們對鋼材的品質也提出了更高的要求。低合金高強度鋼，因其具有高的強度、良好的塑性和韌性等性能，已經廣泛用于航空航天、船舶等國防領域，同時在壓力容器、消防、醫療、石油和交通等其它民用領域也得到了廣泛應用。低合金高強度鋼的高強度在保障結構件具有承載能力的同時，可減輕結構件重量，同時好的韌性可保證使用安全，不發生低應力作用下的破壞。國內外傳統的低合金高強度鋼，通常都具有很高的強度，如國內開發的Cr-Mo-V系低合金高強度鋼，其強度可達1200~1400MPa，而延伸率一般不到14%，在-50℃的低溫沖擊功在20~30J左右。美國開發的AISI4340、300M、D6AC等高強鋼應用最廣，俄羅斯也開發了具有代表性的低合金高強度鋼30XГCH2A、40XH2CMA等，這些鋼具有超高的強度（可達1600MPa以上），然而其延伸率普遍低于14%，且低溫沖擊韌性偏低。經檢索，有下列相關專利文獻涉及低合金高強度鋼，其化學成分見表1。CN101880831A公開了一種低合金高強度高韌性的耐磨鋼，通過添加少量的Al可脫氧和細化晶粒，提高韌性，添加微量的B提高鋼板淬透性從而提高強度，同時通過完全淬火或亞溫淬火的方法，獲得的低合金高強度耐磨鋼其抗拉強度可達1200MPa以上，延伸率大于12%，不過-20℃的沖擊韌性僅為50J/cm2。由于采用了粗軋和精軋（均為熱軋）相結合的方法，對軋制控制要求高，增加了實際生產時的難度。CN1064506A公開了一種奧氏體-貝氏體組織的低合金高強度鋼，屬于高碳鋼，降低稀貴金屬Ni、Cr、Mo等的含量，提高我國富產價廉的Mn、Si元素含量，同時通過在280~340℃等溫處理，從而獲得極高強度、良好韌性的奧氏體-貝氏體雙相組織。其力學性能與AISI4340相當，強度可達1700MPa以上，室溫U型缺口的沖擊韌性為64J/cm2，韌性偏低，且延伸率不到15%。CN101381841A公開了一種高強度高韌性的低溫鋼，通過微合金化技術添加少量的Ti、Nb等合金元素，細化晶粒，提高鋼的強度和低溫韌性，其-50℃低溫下的沖擊功（V型缺口）可達190J，不過抗拉強度不超過600MPa。US0067787A1公開了一種抗氫脆低合金高強度鋼，C含量為0.1~0.2%，通過添加Cr、Cu、Mn、Ni、V等元素進行合金化，制備的高強鋼可代替傳統的奧氏體不銹鋼而用于制作儲存高壓氫氣的容器，不僅節省成本，而且可用來儲存、運輸45MPa高壓氫。該鋼屬于調質處理鋼，其熱處理制度：先在1000~1100℃正火，然后在880~900℃淬火，最后在560~580℃下回火處理，不過該鋼的拉伸強度在950MPa左右。US005387392A公開了一種高強高韌性的壓力容器鋼，屬于低合金高強度鋼，是在AISI4130合金鋼的基礎上，通過提高Mo含量，同時降低S含量，提高強度和韌性。該鋼經調質處理后，延伸率達22%，-50℃的夏比V型沖擊韌性達100J/cm2，不過其拉伸強度只在1150MPa左右，而且屈服強度并未給出，因此屈強比的高低也不可知。以上公開專利的低合金高強度鋼的強度和韌性均不可兼得，同時屈強比也沒有重點考慮，因為一般的低合金高強度鋼的屈強比都比較高，嚴重影響高強鋼的使用安全。隨著現代科技的不斷發展進步，人們對低合金高強度鋼的性能提出了越來越苛刻的要求，不僅要求高強度，同時要求具有較低的屈強比，在低溫環境（-50℃）下還要求鋼具有好的韌性，保證在低溫下能安全使用。本發明采用Ni、V、Mo、Mn等元素合金化的方法，通過調質處理后可獲得綜合性能優良的低合金高強度鋼，不僅具有高的強度，屈強比能保持在一定水平之下，同時還能保證在低溫（-50℃）下仍具有較高的沖擊韌性，能夠滿足高強鋼在特殊環境下的安全使用要求。

技術實現要素：
本發明的目的是提供一種高韌性的低合金高強度鋼及其調質熱處理方法，該鋼不僅具有高的強度，可滿足構件輕量化的目的，其屈強比較低，而且具有良好的塑性和沖擊韌性，尤其是在低溫（-50℃）下仍具有高的沖擊功，保證結構件能在低溫下安全使用，可滿足某些特殊環境下對低合金高強度鋼的苛刻要求。本發明提供了一種高韌性的低合金高強度鋼，該低合金高強度鋼的化學成分按質量百分比為C0.23~0.35、Si0.20~0.35、Ni1.0~4.0、Cr0.8~1.2、Mn0.4~1.0、Mo0.4~1.0、V0.01~0.12、S≤0.010、P≤0.010，Fe余量。鑄錠經熱鍛、熱軋后制成板坯。本發明提供的高韌性的低合金高強度鋼，該低合金高強度鋼的化學成分按質量百分比為C0.23~0.35、Si0.20~0.35、Ni2.5~4.0、Cr0.8~1.2、Mn0.4~1.0、Mo0.4~1.0、V0.01~0.12、S≤0.010、P≤0.010，Fe余量。本發明還提供了低合金高強度鋼的調質熱處理方法，所述低合金高強度鋼的熱處理方法如下：1、正火處理。首先將所述鋼在850~900℃下保溫1h，然后空冷處理。正火處理的目的在于細化晶粒，可一定程度上提高鋼的韌性；2、淬火處理。將正火處理過的低合金高強度鋼的板坯在830~920℃溫度下保溫40min~1h，然后進行油淬處理。淬火過程中注意防止油溫上升過高，保證足夠的過冷度使該鋼能夠進行馬氏體轉變，得到淬火馬氏體組織；3、回火處理。將上述馬氏體態鋼放置在590~660℃溫度之間進行高溫回火處理，通常保溫2h，然后水冷。回火處理時馬氏體中過飽和的碳將以碳化物的形式析出，最后形成由α鐵素體和滲碳體組成的回火索氏體組織。本發明提供的低合金高強度鋼的調質熱處理方法，低合金高強度鋼可以不進行正火處理，未經正火處理的鋼沖擊韌性略有降低，但同樣能滿足權利要求5所述性能指標（強度、韌性等）的要求，這樣不僅減少了工序節省時間，同樣還降低成本。本發明低合金高強度鋼的C含量不能過高，否則會損害鋼的沖擊韌性，尤其是對低溫沖擊韌性影響很大，但也不能偏低，否則鋼的強度沒法保證，因此選擇在0.23~0.35wt.%。該低合金高強度鋼要保證一定的Ni含量，Ni不僅可以提高鋼的淬透性，重要的是可以改善韌性，尤其是低溫韌性，一般Ni含量不低于1.0wt.%。添加Mn可以提高該低合金高強度鋼的淬透性，同時提高鋼的強度，一般添加量在0.6%左右；而添加適量的合金化元素Mo、V不僅可以提高強度，還可以有效地防止回火脆性的發生，回火時形成的碳化物具有二次硬化效果，可提高強度并保證韌性。低合金高強度鋼的成分不同，升溫過程中奧氏體開始轉變溫度Ac1和奧氏體轉變結束溫度Ac3會有不同，Ac3可同時指導正火和淬火溫度的選擇，而Ac1可用來確定回火溫度。在淬火前進行正火處理，可以一定程度地提高鋼的沖擊韌性。因為對鋼進行高溫正火處理，可以有效地細化晶粒，同時還能使合金化元素充分地固溶到奧氏體中，可以提高韌性，而對鋼的強度沒有損害。淬火溫度的選擇不能過高，否則鋼的晶粒尺寸會長大，對鋼的強度和韌性都不利，一般選擇高于Ac3溫度50~100℃為宜。回火溫度的選擇非常關鍵，因為低合金高強度鋼最終的強度主要取決于回火溫度的選擇，回火溫度低則強度高，但鋼的沖擊韌性會降低，通常回火溫度選擇在低于Ac1溫度30~80℃為宜。回火后鋼的冷卻方式同樣關鍵，一般采取水淬快冷的方式，可防止回火脆性的發生，保證鋼的最終強度和韌性。本發明的優點在于：1、所述低合金高強度鋼的成分設計易于實施，通過提高Ni的含量提高沖擊韌性，添加適當的Mn、Mo、V含量可有效地保證強度和韌性。所述鋼對正火、淬火溫度不敏感，可在相對寬松的溫度范圍內進行正火、淬火處理；2、所述低合金高強度鋼可以不進行正火處理，力學性能也能滿足大多數使用環境的要求，這樣不僅可以節省時間，還能降低成本；3、所述低合金高強度鋼綜合性能優良，不僅強度高（屈服強度不低于1000MPa，抗拉強度可達1100MPa以上），屈強比不高于0.92，而且延伸率較好（超過16.0%），面縮大于55%，更為重要的是低溫沖擊韌性，在-50℃下沖擊功高于60J。所述低合金高強度鋼不僅能滿足結構件輕量化的需求，同時較低的屈強比和好的低溫沖擊韌性可以保證在特殊環境下的使用安全性，降低發生低應力破壞的可能性。具體實施方式下面的實施例將對本發明予以進一步的說明，但并不因此而限制本發明。本發明實施例中冶煉的低合金高強度鋼鑄錠，先在約1100℃進行鍛造，保證終鍛溫度不低于800℃，然后進行熱軋，熱軋溫度為1100℃左右，厚度由35mm軋至12mm左右。正火時采用空冷，而淬火時采用油淬，此時要注意防止油溫升高過快，影響淬火效果，最后回火處理后一定要進行水冷處理，防止產生回火脆性。實施例低合金高強度鋼的成分如表2所示。此外，對本發明鋼也進行了對比例試驗，對比例鋼的成分如表2所示。表2本發明實施例低合金高強度鋼及對比例鋼的化學成分（wt.%）CSiMnNiCrMoVPS對比例鋼10.230.210.782.000.990.640.150.0080.007對比例鋼20.340.200.793.940.850.720.150.0070.006實施例鋼10.310.210.703.980.960.650.110.0070.007實施例鋼20.270.200.652.020.970.650.080.0080.007實施例鋼30.290.220.734.011.000.660.080.0060.008實施例鋼40.320.320.723.990.940.770.060.0070.006實施例鋼50.320.200.582.560.980.640.030.0070.007實施例鋼60.300.210.694.030.950.680.030.0080.007實施例鋼70.300.260.793.890.890.680.010.0070.006對比例鋼30.350.210.703.950.820.660.00.0080.007對實施例鋼及對比例鋼一共進行了28例試驗，各例的熱處理制度如表3所示。對熱處理后的實施例低合金高強度鋼進行力學性能測試，采用CharpyV型缺口標準試樣進行沖擊韌性測量，以下主要列出-50℃的沖擊功，拉伸性能根據GB-T-228-2002進行取樣、測試。試驗鋼及對比例鋼的測試結果如表3所示。從試驗例結果可看出，合金成分對本發明高強鋼的綜合性能影響很大，尤其是Ni、V、Mn、Mo等元素的含量，合適的元素添加量可以平衡各力學性能。如V的添加量過高，會明顯降低本發明鋼的低溫沖擊韌性和屈強比，而V含量過低則本發明低合金高強度鋼的強度又沒有保證，因此V的添加量要適當。總體來看，本發明低合金高強度鋼的強度容易達到較高水平，延伸率都在16%以上，斷面收縮率也在較高水平，難點在于降低屈強比和提高低溫沖擊韌性。從實施例中也可以看出，正火對提高本發明高強鋼的沖擊韌性是有利的，不過效果有限。而在實施例鋼中，合適的熱處理制度是保證本發明鋼強度、韌性及屈強比的關鍵，比如實施例鋼3，過高的正火溫度和淬火溫度對韌性不利，而過低的回火溫度同樣會明顯降低低溫沖擊韌性。控制好熱處理制度及合金成分，本發明低合金高強度鋼可以達到斷裂強度1100MPa以上，屈強比甚至可以控制在不高于0.90，-50℃低溫沖擊韌性在65J以上，比如實施例6、實施例11、實施例14和實施例19等。