專利名稱：80公斤級超高韌性、極厚鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低碳高強(qiáng)度低合金鋼的制造技術(shù)，特別涉及80公斤級超高韌性、極厚鋼板及其制造方法，鋼板抗拉強(qiáng)度彡780MPa，屈服強(qiáng)度彡690MPa，延伸率δ 5彡18%,-60°C 夏比橫向沖擊功(單個(gè)值)彡70J，優(yōu)良焊接性，焊接熱影響區(qū)(HAZ)的-60°C的Charpy沖擊功(單個(gè)值)彡47J，成品板厚彡100mm。
背景技術(shù)：
眾所周知，低碳(高強(qiáng)度)低合金鋼是最重要工程結(jié)構(gòu)材料之一，廣泛應(yīng)用于石油天然氣管線、海洋平臺、造船、橋梁結(jié)構(gòu)、鍋爐容器、建筑結(jié)構(gòu)、汽車工業(yè)、鐵路運(yùn)輸及機(jī)械制造之中。低碳(高強(qiáng)度)低合金鋼性能取決于其化學(xué)成分、制造過程的工藝制度，其中強(qiáng)度、 韌性和焊接性是低碳(高強(qiáng)度)低合金鋼最重要的性能，它最終決定于成品鋼材的顯微組織狀態(tài)。隨著科技不斷地向前發(fā)展，人們對高強(qiáng)鋼的強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性匹配提出更高的要求， 即在維持較低的制造成本的同時(shí)大幅度地提高鋼板的綜合機(jī)械性能和使用性能，以減少鋼材的用量節(jié)約成本，減輕鋼結(jié)構(gòu)的自身重量、穩(wěn)定性和安全性，更為重要的是為進(jìn)一步提高鋼結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性和冷熱加工性。目前日韓歐盟范圍內(nèi)掀起了發(fā)展新一代高性能鋼鐵材料的研究高潮，力圖通過合金組合設(shè)優(yōu)化計(jì)和革新制造工藝技術(shù)獲得更好的組織匹配，使高強(qiáng)鋼獲得更優(yōu)良的強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性匹配。傳統(tǒng)的抗拉強(qiáng)度彡780MPa、鋼板厚度彡IOOmm的高強(qiáng)鋼板主要通過離線調(diào)質(zhì)工藝(Q+T)生產(chǎn)；但是對于鋼板厚度< 60_，也可以采用在線調(diào)質(zhì)工藝來生產(chǎn)；對于生產(chǎn)板厚彡IOOmm的鋼板必要具有足夠高的淬透性，即淬透性指數(shù)DI彡2X成品鋼板厚度DI =O. 311C1/2(l+0. 64Si) X (1+4. IOMn) X (1+0. 27Cu) X (1+0. 52Ni) X (1+2. 33Cr) X (1+3 .14Mo) X25. 4(mm)，以確保鋼板具有足夠高的強(qiáng)度、優(yōu)良的低溫韌性及沿板厚方向顯微組織與性能的均勻，因而不可避免地向鋼中加入大量Cr、Mo、Ni、Cu等合金元素，參見日本專利昭59-129724、平1-219121以及新日鐵制鋼研究第314號-1984、日本鋼管技報(bào) No. 107-1985、新日鐵技報(bào)第348號-1993、J11崎制鐵技報(bào)Vol. 4 (No. 3) -1972、J11崎制鐵技報(bào) Vol. 7 (No. 2)-1975 等文章。更重要的是采用傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)鋼成分體系與制造工藝生產(chǎn)出的鋼板不僅最大厚度受到限制，鋼板沿厚度方向的力學(xué)性能均勻性也不太理想，表現(xiàn)為硬度沿厚度方向呈鍋底狀分布，即鋼板上下表面硬度高、中心部位硬度低；而且調(diào)質(zhì)鋼板1/4厚度位置的強(qiáng)度、低溫韌性及延伸率等技術(shù)指標(biāo)雖然能夠滿足用戶的要求，但是鋼板延伸率普遍偏低17% )，超厚規(guī)格的調(diào)質(zhì)鋼板延伸率更低，一般均δ5< 16%，如美國專利 US Patent4855106、US Patent5183198、USPatent4137104、USPatent4790885、US Patent4988393及歐洲專利EP 0867520A2。而較低的延伸率不僅不利于鋼板冷加工性能， 而且對鋼板的抗疲勞性能、抗應(yīng)力集中敏感性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響較大；水電工程中的壓力水管和渦殼、火電汽輪發(fā)電機(jī)及海洋采油平臺結(jié)構(gòu)等疲勞重載結(jié)構(gòu)上使用時(shí)，存在安全較大的隱患；因此大型疲勞重載鋼結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)鋼時(shí)，一般希望80公斤級高強(qiáng)鋼具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性匹配，尤其抗拉延伸率35在18%以上?，F(xiàn)有大量專利文獻(xiàn)只是說明如何實(shí)現(xiàn)母材鋼板的強(qiáng)度和低溫韌性，就改善鋼板焊接能性，獲得優(yōu)良焊接熱影響區(qū)HAZ低溫韌性說明較少，更沒有涉及如何在提高鋼板抗拉強(qiáng)度的同時(shí)，提高鋼板的抗拉延伸率及厚度方向力學(xué)性能均勻性，如日本專利昭63-93845、 昭 63-79921、昭 60-258410、特平開 4-285119、特平開 4-308035、平 3-264614、平 2-250917、 平4-143246、美國專利US Patent5798004、歐洲專利EP0288054A2及西山紀(jì)念技術(shù)講座第 159-160，P79 P80、鐵 i 鋼 S611-1986、鐵 i 鋼 Vol. 83 (No. 3)-1997、神戶制鋼技報(bào) Vol. 45 (No. I)-1995 等文章。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)節(jié)約型和諧社會(huì)的要求，國家基礎(chǔ)工程建設(shè)、能源工程建設(shè)、海洋開發(fā)建設(shè)及建設(shè)所需的大型裝備制造開發(fā)已擺到日事議程，作為戰(zhàn)略性基礎(chǔ)材料一80公斤級極厚調(diào)質(zhì)鋼板具有廣闊的市場前景。80公斤級、超低溫韌性調(diào)質(zhì)鋼板對于我國還屬于一種全新的鋼種。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種80公斤級超高韌性、極厚鋼板及其制造方法，通過鋼板合金元素的組合設(shè)計(jì)與特殊制造工藝(CR+QQT)相結(jié)合，在獲得優(yōu)良特厚(> 100mm)調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度、超低溫韌性及強(qiáng)韌性匹配的同時(shí)，鋼板的焊接性也同樣優(yōu)異，并成功地解決了特厚調(diào)質(zhì)鋼板沿鋼板厚度方向強(qiáng)韌性不均勻的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明采用低C-超低Si-中Mn-(Ti+V+Nb+B)微合金鋼的成分體系作為基礎(chǔ)， 適當(dāng)提高鋼中酸溶Als含量且Als彡15X (Ntotal-O. 292Τ )、控制Mn/C比在8 16之間、 Ceq(WES)彡 O. 57%,Ni 當(dāng)量彡 I. 20%,Mo 當(dāng)量彡 O. 75%,Cr 當(dāng)量彡 I. 00%與(％ Si) X (% C) ( O. 010、Nb/Ti 在 I. 5 3. 5、(Cu+Ni+Mo+Cr)合金化、Ca 處理且 Ca/S 比在 O. 80 3. 00 之間且(% Ca) (% S)0.18彡2. 5X 10_3、控制FXDI指數(shù)彡L 20X成品鋼板厚度等冶金技術(shù)控制手段，優(yōu)化特殊控軋+離線梯度調(diào)質(zhì)工藝(QQ+T)，使成品鋼板的顯微組織為細(xì)小回火貝氏體+回火馬氏體，平均晶團(tuán)尺寸在20 μ m以下，獲得優(yōu)良的強(qiáng)韌性/強(qiáng)塑性匹配且沿板厚方向力學(xué)性能均勻，特別適用于水電壓力水管、渦殼、海洋平臺、大型工程機(jī)械等大型鋼結(jié)構(gòu)及設(shè)備，并且能夠?qū)崿F(xiàn)低成本穩(wěn)定批量工業(yè)化生產(chǎn)。具體的，本發(fā)明的80公斤級超高韌性、極厚鋼板，其成分重量百分比為C:
O.08 % O. 13 %，Si :彡 O. 10 %，Mn :0· 80 % I. 20 %，P :彡 O. 013 %，S ^ O. 0030 %， Cu 0. 20 % O. 45 %，Ni : I. 00 % I. 60 %，Cr 0. 35 % O. 65 %，Mo 0. 30 % O. 60 %， Als 0. 040 % O. 070 %，Nb 0. 010 % O. 030 %，V 0. 030 % O. 060 %，Ti 0. 004 %
O.010%, N O. 0050%, Ca 0. 001% O. 004%, B 0. 0008% O. 0016%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)；且，上述元素含量必須同時(shí)滿足如下關(guān)系C、Mn當(dāng)量之間的關(guān)系8 ( Mn/C ( 16，確保鋼板在_60°C條件下為斷裂行為為塑性斷裂，夏比沖擊試樣斷口纖維率> 50%。Als、Ti與N之間的關(guān)系=Als彡15 X (Ntotal-O. 292Ti)，防止B元素與N元素結(jié)合， 保證鋼中固溶[B]彡5ppm且AlN以細(xì)小彌散狀態(tài)析出，細(xì)化淬火前奧氏體晶粒尺寸，改善鋼板低溫韌性及沿板厚方向鋼板力學(xué)性能均勻。Ni 當(dāng)量=Ni+0. 37Mn+0. 18Cu_L 33Si-0. 89A1 ^ I. 20 %,降低鐵素體位錯(cuò) 1/2〈111> (110)在_60°C溫度條件下的P-N力，改善位錯(cuò)可動(dòng)性，保證鋼板顯微組織的本征韌性?？刂艭eq (WES) ^ O. 57%,改善極厚80公斤級調(diào)質(zhì)鋼板的焊接性,保證鋼板在預(yù)熱溫度彡150°C。(% Si) X (% C) ^ O. 010，增加馬氏體相變臨界冷卻速度，促進(jìn)下貝氏體形成，改善極厚80公斤級調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性匹配及超低溫韌性，抑制超厚鋼板多層多道次焊接HAZ中的Μ/A島析出，改善超厚鋼板的焊接性及焊接HAZ韌性；Mo當(dāng)量彡O. 75%、Cr當(dāng)量彡I. 00%,確保極厚80公斤級調(diào)質(zhì)鋼板淬透淬硬性與抗回火軟化性，保證極厚80公斤級調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性匹配與超低溫韌性；其中Mo當(dāng) M= Mo+0. 67Cr+0. 83Si+l. 62V ；Cr 當(dāng)量=Cr+1. 21Mo+Si+l. 86V。Nb/Ti在I. 5 3. 5，對于模鑄坯而言，為確保鋼錠及初軋坯中形成的(Ti，Nb) (C， N)粒子細(xì)小均勻，彌散分布，抑制初軋坯加熱、軋制過程中奧氏體晶粒長大，改善鋼板的低溫韌性。Ca 與 S 之間的關(guān)系Ca/S 在 O. 80 3.00 之間，且，5X10_4 ( (Ca)
(S)O. 18 ( 2. 5 X IO-3 ;以改善極厚鋼板低溫韌性、焊接性、抗SR脆性、抗層狀撕裂性能及模鑄坯“V”偏析和倒“V”偏析。有效淬透性指數(shù)Deff = FXDI ^ I. 20X t，確保極厚調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)韌性匹配及沿板厚方向鋼板性能均勻；其中F為硼鋼淬透性因子，當(dāng)鋼中存在固溶[B]時(shí)且[B] ^ 5ppm且采用二次淬火時(shí)，F(xiàn) 取 I. 50 ；t 為成品鋼板厚度(mm) ；DI = O. 367C0 5(l+0. 7Si) (1+3. 33Mn) (1+0. 35Cu) (1+0. 36Ni) (1+2. 16Cr) (l+3Mo) (1+1. 75V) (1+1. 77A1) X 25. 4 (mm)，以確保 80 公斤級極厚調(diào)質(zhì)鋼板具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性/強(qiáng)塑性匹配且沿板厚方向力學(xué)性能均勻。在本發(fā)明鋼的成分設(shè)計(jì)中C對極厚80公斤級調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度、超低溫韌性、延伸率及焊接性影響很大，從改善極厚80公斤級調(diào)質(zhì)鋼板低溫韌性和焊接性角度，希望鋼中C含量控制得較低；但是從調(diào)質(zhì)鋼的淬透性、強(qiáng)韌性匹配、生產(chǎn)制造過程中顯微組織控制及制造成本角度，C含量不宜控制得過低，尤其極厚80公斤級調(diào)質(zhì)鋼板；因次C含量合理范圍為O. 08% O. 13%。Mn作為最重要的合金元素在鋼中除提高極厚80公斤級調(diào)質(zhì)鋼板的強(qiáng)度外，還具有擴(kuò)大奧氏體相區(qū)、降低Ar3點(diǎn)溫度、細(xì)化調(diào)質(zhì)鋼板晶團(tuán)而改善鋼板低溫韌性的作用、促進(jìn)低溫相變組織形成而提高極厚調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度的作用；但是Mn在鋼水凝固過程中容易發(fā)生偏析，尤其Mn含量較高時(shí)，不僅會(huì)造成澆鑄操作困難，而且容易與C、P、S、Mo、Cr等元素發(fā)生共軛偏析現(xiàn)象，尤其鋼中C含量較高時(shí)，加重鑄坯中心部位的偏析與疏松，嚴(yán)重的鑄坯中心區(qū)域偏析在后續(xù)的軋制、熱處理及焊接過程中易形成異常組織，導(dǎo)致極厚調(diào)質(zhì)鋼板低溫韌性低下和焊接接頭出現(xiàn)裂紋；因此根據(jù)C含量范圍，選擇適宜的Mn含量范圍對于特厚調(diào)質(zhì)鋼板極其必要，根據(jù)本發(fā)明鋼成分體系及C含量為O. 08 % O. 13 %，適合Mn含量為
O.80% I. 20%，且C含量高時(shí)，Mn含量適當(dāng)降低，反之亦然；且C含量低時(shí)，Mn含量適當(dāng)提聞。Si促進(jìn)鋼水脫氧并能夠提高極厚調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度，但是采用Al脫氧的鋼水，Si的脫氧作用不大，Si雖然能夠提高極厚調(diào)質(zhì)鋼板的強(qiáng)度，但是Si降低馬氏體形成的臨界冷卻速度，抑制下貝氏體形成，嚴(yán)重?fù)p害高強(qiáng)極厚調(diào)質(zhì)鋼板的超低溫韌性、延伸率及焊接性，尤其在較大線能量焊接條件下，Si不僅促進(jìn)M-A島形成，而且形成的M-A島尺寸較為粗大、分布不均勻，嚴(yán)重?fù)p害焊接熱影響區(qū)(HAZ)韌性和焊接接頭SR性能，因此鋼中的Si含量應(yīng)盡可能控制得極低，因此，鋼中Si含量控制在O. 10%以下。P作為鋼中有害雜質(zhì)對極厚調(diào)質(zhì)鋼板的機(jī)械性能，尤其低溫沖擊韌性、延伸率、焊接性及焊接接頭SR性能具有巨大的損害作用，理論上要求越低越好；但考慮到煉鋼可操作性和煉鋼成本，對于要求優(yōu)良焊接性、-60°C韌性及優(yōu)良強(qiáng)韌性匹配的極厚調(diào)質(zhì)鋼板，P含量需要控制在彡0.013%。S作為鋼中有害雜質(zhì)對極厚調(diào)質(zhì)鋼板的低溫韌性具有很大的損害作用，更重要的是S在鋼中與Mn結(jié)合，形成MnS夾雜物，在熱軋過程中，MnS的可塑性使MnS沿軋向延伸， 形成沿軋向MnS夾雜物帶，嚴(yán)重?fù)p害鋼板的低溫沖擊韌性、延伸率、Z向性能、焊接性及焊接接頭SR性能，同時(shí)S還是熱軋過程中產(chǎn)生熱脆性的主要元素，理論上要求越低越好；但考慮到煉鋼可操作性、煉鋼成本和物流順暢原則，對于要求優(yōu)良焊接性、-60°C韌性及優(yōu)良強(qiáng)韌性匹配的極厚調(diào)質(zhì)鋼板，S含量需要控制在< O. 0030%。Cu奧氏體穩(wěn)定化元素，添加Cu也可以降低Ar3點(diǎn)溫度，提高極厚調(diào)質(zhì)鋼板的淬透淬硬性和鋼板的耐大氣腐蝕性；但是Cu添加量過多，高于O. 45%，容易造成銅脆、鑄坯表面龜裂、內(nèi)裂問題及尤其極厚調(diào)質(zhì)鋼板焊接接頭SR性能劣化；對于80公斤級極厚調(diào)質(zhì)鋼板而言，Cu添加量過少，低于O. 20%，所起任何作用很小；因此Cu含量控制在O. 20% O. 45% 之間；Cu、Ni復(fù)合添加除降低含銅鋼的銅脆現(xiàn)象、減輕熱軋過程的晶間開裂之作用外，更重要的是Cu、Ni均為奧氏體穩(wěn)定化元素，Cu、Ni復(fù)合添加可以大幅度降低Ar3，提高奧氏體向鐵素體相變的驅(qū)動(dòng)力，導(dǎo)致馬氏體/貝氏體板條可以向各個(gè)位向長大，導(dǎo)致馬氏體/貝氏體板條間位向差變大，增加裂紋穿過馬氏體/貝氏體板條的阻力。添加Ni不僅可以提高鐵素體相中位錯(cuò)可動(dòng)性，促進(jìn)位錯(cuò)交滑移，而且增大馬氏體 /貝氏體板條間位向差；Ni作為奧氏體穩(wěn)定化元素，降低Ar3點(diǎn)溫度，細(xì)化馬氏體/貝氏體晶團(tuán)尺寸，因此Ni具有同時(shí)提高調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度、延伸率和低溫韌性的功能；鋼中加Ni還可以降低含銅鋼的銅脆現(xiàn)象，減輕熱軋過程的晶間開裂，提高鋼板的耐大氣腐蝕性。因此從理論上講，鋼中Ni含量在一定范圍內(nèi)越高越好，但是過高的Ni含量會(huì)硬化焊接熱影響區(qū)，對鋼板的焊接性及焊接接頭SR性能不利；但是對于極厚80公斤級調(diào)質(zhì)鋼板，必須有足夠的 Ni含量，以保證鋼板具有足夠的淬透性、板厚方向性能均勻的同時(shí)，確保鋼板的低溫韌性； 因此，Ni含量控制在I. 00% I. 60%之間，以確保鋼板的淬透淬硬性和鋼板的強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性匹配而不損害鋼板的焊接性。Cr作為弱碳化物形成元素，添加Cr不僅提高，劣化調(diào)質(zhì)鋼板低溫沖擊韌性，的淬透性、促進(jìn)馬氏體/貝氏體形成，而且馬氏體/貝氏體板條間位向差增大，增大裂紋穿過馬氏體/貝氏體晶團(tuán)的阻力，在提高鋼板強(qiáng)度的同時(shí)，具有一定的改善鋼板韌性之作用；但是當(dāng)Cr添加量過多時(shí)，回火過程中在原奧氏體晶界上析出粗大項(xiàng)鏈狀鉻的碳化物，極度劣化極厚調(diào)質(zhì)鋼板的超低溫沖擊韌性；同時(shí)，嚴(yán)重?fù)p害極厚調(diào)質(zhì)鋼板的焊接性，尤其焊接接頭 SR性能；但是對于極厚80公斤級低溫調(diào)質(zhì)鋼板，必須有一定的Cr含量，以保證鋼板具有足夠的淬透/淬硬性；因此Cr含量控制在O. 35% O. 65%之間。
添加Mo提高鋼板的淬透性，促進(jìn)馬氏體/貝氏體形成，但是Mo作為強(qiáng)碳化物形成元素，在促進(jìn)馬氏體/貝氏體形成的同時(shí)，增大馬氏體/貝氏體晶團(tuán)的尺寸且形成的馬氏體 /貝氏體板條間位向差很小，減小裂紋穿過馬氏體/貝氏體晶團(tuán)的阻力；因此Mo在大幅度提高調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度的同時(shí)，降低了調(diào)質(zhì)鋼板的低溫韌性和延伸率；并且當(dāng)Mo添加過多時(shí)， 不僅嚴(yán)重?fù)p害鋼板的延伸率、焊接性及焊接接頭SR性能，而且增加鋼板SR脆性和生產(chǎn)成本；但是對于超厚80公斤級調(diào)質(zhì)鋼板，必須有一定的Mo含量，以保證鋼板具有足夠的淬透性與抗回火軟化性。因此綜合考慮Mo的相變強(qiáng)化作用及對母材鋼板低溫韌性、延伸率和焊接性的影響，Mo含量控制在O. 30% O. 60%之間。B含量控制在O. 0008% O. 0016%之間，確保極厚調(diào)質(zhì)鋼板淬透性的同時(shí)，不損害鋼板的焊接性、HAZ韌性及板坯表面質(zhì)量。Ti含量在O. 004% O. 010%之間，抑制均熱和熱軋過程中奧氏體晶粒過分長大， 改善鋼板低溫韌性，更重要的是抑制焊接過程中HAZ晶粒長大，改善HAZ韌性；此外Ti含量超過O. 011 %時(shí)，采用模鑄澆注時(shí)，形成的TiN粒子不僅較多而且較為粗大，具有促進(jìn)鐵素體形成，嚴(yán)重影響鋼板中心部位的淬透性。鋼中的Als能夠固定鋼中的自由[N]，除降低焊接熱影響區(qū)(HAZ)自由[N]，改善焊接HAZ的低溫韌性作用之外，更重要的是保證鋼中具有一定的固溶B、改善鋼板淬透淬硬性；因此Als下限控制在O. 040%;但是鋼中加入過量的Als不但會(huì)造成澆鑄困難，而且會(huì)在鋼中形成大量彌散的針狀A(yù)l2O3夾雜物，損害鋼板內(nèi)質(zhì)健全性、低溫韌性和焊接性，因此Als 上限控制在O. 070%。采用模鑄澆注時(shí)，鋼中的N含量控制難度較大，為了確保鋼板中固溶[B]的存在及防止大量AlN沿原奧氏體晶界析出，損害極厚調(diào)質(zhì)鋼板表面質(zhì)量與橫向的超低溫沖擊韌性尤其橫向低溫沖擊韌性，鋼中的N含量不得超過O. 005%。鋼中添加微量的Nb元素目的是進(jìn)行未再結(jié)晶控制軋制、細(xì)化鋼板顯微組織，改善鋼板表(亞)面層淬火組織，防止鋼板表(亞)面層過度淬火，抑制AlN沿原奧氏體晶界鏈狀析出，提高極厚調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度、橫向超低溫沖擊韌性及塑性形變能力，當(dāng)Nb添加量低于
O.010%時(shí)，除不能有效發(fā)揮的控軋作用；當(dāng)Nb添加量超過O. 030%時(shí)，大熱輸入焊接條件下誘發(fā)上貝氏體(Bu)形成和Nb (C，N) 二次析出脆化作用，嚴(yán)重?fù)p害大熱輸入焊接熱影響區(qū) (HAZ)的低溫韌性，因此Nb含量控制在O. 010% O. 030%之間，獲得最佳的控軋效果、實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)韌性/強(qiáng)塑性匹配及防止表(亞)面層過度淬火的同時(shí)，又不損害大線能量焊接及多道次焊接HAZ的韌性。V含量在O. 030% O. 060%之間，并隨著鋼板厚度的增加，V含量可適當(dāng)取上限值。添加V目的是通過V (C，N)在貝氏體/馬氏體板條中析出，提高調(diào)質(zhì)鋼板的強(qiáng)度。V添加過少，低于O. 030%，析出的V(C，N)太少，不能有效提高極厚調(diào)質(zhì)鋼板的強(qiáng)度…添加量過多，高于O. 060%,損害極厚調(diào)質(zhì)鋼板超低溫韌性、延伸率、焊接性及焊接SR性能。對鋼進(jìn)行Ca處理，一方面可以進(jìn)一步純潔鋼液，另一方面對鋼中硫化物進(jìn)行變性處理，使之變成不可變形的、穩(wěn)定細(xì)小的球狀硫化物、抑制S的熱脆性、提高鋼板的低溫韌性、延伸率及Z向性能、改善鋼板韌性的各向異性。Ca加入量的多少，取決于鋼中S含量的高低，Ca加入量過低，處理效果不大；Ca加入量過高，形成Ca(0，S)尺寸過大，脆性也增大， 可成為斷裂裂紋起始點(diǎn)，降低鋼的低溫韌性和延伸率，同時(shí)還降低鋼質(zhì)純凈度、污染鋼液。一般控制 Ca 含量按 ESSP = (wt% Ca) [1-1. 24(wt% O)]/I. 25(wt% S)，其中 ESSP 為硫化物夾雜形狀控制指數(shù)，取值范圍O. 5 5之間為宜，因此Ca含量的合適范圍為O. 0010%
O.0040%。本發(fā)明的80公斤級超高韌性、極厚鋼板的制造方法，其包括如下步驟a)冶煉、鑄造冶煉根據(jù)上述成分，采用模鑄澆鑄，鋼包澆注過熱度Λ T控制在40°C 70°C，本體燒鑄速度控制在3. O噸/min 4. O噸/min,冒口補(bǔ)注時(shí)間5min 8min,以改善板還內(nèi)部偏析、減少內(nèi)部夾雜物；b)軋制，鋼板總壓縮比即模鑄坯厚度/成品鋼板厚度> 5. 0，確保超厚調(diào)質(zhì)鋼板中心疏松焊合，鋼板中心部位顯微組織均勻；第一階段為普通軋制，為保證加熱及軋制過程中發(fā)生[Al]+BN — AlN+[B]，確保鋼中固溶[B]彡5ppm，板坯加熱溫度控制在1100°C 1180°C之間；至少有2個(gè)道次采用低速大壓下軋制，鋼板軋制速度控制在彡I. 5m/sec.，軋制形狀因子(AH/R)1/2彡O. 18，其中Λ H 為道次壓下量，R為工作輥輥徑，mm ；以保證板坯內(nèi)部疏松、凝固縮孔焊合、鋼板中心部位顯微組織均勻；第二階段采用未再結(jié)晶控制軋制，控軋開軋溫度彡850°C，軋制道次壓下率彡7%，奧氏體未結(jié)晶區(qū)((8500C )累計(jì)壓下率彡30%，奧氏體單相區(qū)終軋溫度800°C 850°C,以此細(xì)化奧氏體晶粒尺寸，改善AlN析出狀態(tài)，改善超厚調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)韌性匹配與橫向超低溫沖擊韌性；c)冷卻鋼板從停冷結(jié)束到入緩冷坑保溫之間的間隔時(shí)間不大于60min，保溫工藝為鋼板溫度表面大于300°C的條件下至少保溫48小時(shí)，保證超厚鋼板脫氫充分，防止產(chǎn)生氫致裂紋；d)熱處理工藝鋼板第一次淬火溫度(板溫)為900 920°C，淬火保持時(shí)間彡20min,淬火保持時(shí)間為鋼板中心溫度達(dá)到淬火目標(biāo)溫度時(shí)開始計(jì)時(shí)的保溫時(shí)間；鋼板第二次淬火溫度(板溫)為880 900°C，淬火保持時(shí)間彡IOmin,淬火保持時(shí)間為鋼板中心溫度達(dá)到淬火目標(biāo)溫度時(shí)開始計(jì)時(shí)的保溫時(shí)間；鋼板回火溫度(板溫)為600 660°C，回火保持時(shí)間彡(O. 65 I. O)min/mmX 成品鋼板厚度，回火保持時(shí)間為鋼板中心溫度達(dá)到回火目標(biāo)溫度時(shí)開始計(jì)時(shí)的保溫時(shí)間， 時(shí)間單位為min,成品鋼板厚度單位為_ ;回火結(jié)束后鋼板自然空冷至室溫。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用低C-超低Si-中Mn-(Ti+V+Nb+B)微合金鋼的成分體系作為基礎(chǔ)，通過成分優(yōu)化設(shè)計(jì)、冶金技術(shù)控制，優(yōu)化特殊控軋+離線梯度調(diào)質(zhì)工藝(QQ+T)，使成品鋼板的顯微組織為細(xì)小回火貝氏體+回火馬氏體，平均晶團(tuán)尺寸在20 μ m以下，獲得優(yōu)良的強(qiáng)韌性 /強(qiáng)塑性匹配且沿板厚方向力學(xué)性能均勻。本發(fā)明在獲得優(yōu)良80公斤級極厚(> 100mm)高強(qiáng)度、超高韌性調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)韌性、 強(qiáng)塑性匹配的同時(shí)，鋼板的焊接工藝性也同樣優(yōu)異，并成功地解決了極厚調(diào)質(zhì)鋼板沿鋼板厚度方向強(qiáng)韌性不均勻的問題，提高了大型重鋼結(jié)構(gòu)(海洋平臺、船用浮吊、水電鋼岔管、巨型挖掘機(jī)與履帶吊等)的安全穩(wěn)定性、抗疲勞性能；良好的焊接性節(jié)省了用戶鋼構(gòu)件制造的成本，縮短了用戶鋼構(gòu)件制造的時(shí)間，為用戶創(chuàng)造了巨大的價(jià)值，因而此類鋼板不僅是高附加值、綠色環(huán)保性的產(chǎn)品。目前國內(nèi)各大鋼廠(除寶鋼以外)只能生產(chǎn)80mm以下的鋼板，國內(nèi)大型工程建設(shè)、重型機(jī)械廠所需80公斤級、超低溫韌性調(diào)質(zhì)鋼板均從日本和德國進(jìn)口 ；不僅鋼板進(jìn)口價(jià)格昂貴，而且交貨期無法保證，迫使用戶在設(shè)計(jì)圖紙出來前，提前訂購具有一定尺寸余量鋼板，以便設(shè)計(jì)圖紙出來后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求的鋼板尺寸要求裁剪鋼板，導(dǎo)致材料巨大的浪費(fèi)。本發(fā)明80公斤級極厚、超低溫韌性調(diào)質(zhì)鋼板填補(bǔ)了上述空白，可以作為主要用作制造水電工程的渦殼與鋼岔管、大型工程機(jī)械結(jié)構(gòu)及海洋石油平臺，是重大國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的關(guān)鍵材料。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例5鋼的顯微組織(1/4厚度)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。表I所示本發(fā)明實(shí)施例鋼成分，表2、表3、表4為本發(fā)明實(shí)施例鋼的制造工藝。表
5、表6所示本發(fā)明實(shí)施例鋼的性能。從圖I及表5、表6可以看出，本發(fā)明鋼板的顯微組織為細(xì)小回火貝氏體+回火馬氏體，平均晶團(tuán)尺寸在20μπι以下；獲得優(yōu)良的強(qiáng)韌性、強(qiáng)塑性匹配且焊接性能優(yōu)良。綜上所述，本發(fā)明要通過鋼板合金元素的組合設(shè)計(jì)與特殊調(diào)質(zhì)工藝(CR+QT)相結(jié)合，在獲得優(yōu)良極厚(> 100mm)調(diào)質(zhì)鋼板強(qiáng)度、超低溫韌性及強(qiáng)韌性匹配的同時(shí)，鋼板的焊接性也同樣優(yōu)異，并成功地解決了極厚調(diào)質(zhì)鋼板沿鋼板厚度方向強(qiáng)韌性不均勻的問題，而且提高了鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性、抗疲勞性能；良好的焊接性節(jié)省了用戶鋼構(gòu)件制造的成本， 縮短了用戶鋼構(gòu)件制造的時(shí)間，為用戶創(chuàng)造了巨大的價(jià)值，因而此類鋼板不僅是高附加值、 綠色環(huán)保性的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.80公斤級超高韌性、極厚鋼板，其成分重量百分比為C 0. 08% O. 13%Si O. 10%Mn :0. 80% I. 20%P :彡 O. 013%S :彡 O. 0030%Cu :0. 20% O. 45%Ni 1. 00% I. 60%Cr :0. 35% O. 65%Mo :0. 30% O. 60%Als :0. 040% O. 070%Nb :0. 010% O. 030%V 0. 030% O. 060%Ti :0. 004% O. 010%N :彡 O. 0050%Ca :0. 001% O. 004%B 0. 0008% O. 0016%其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；且上述元素含量必須同時(shí)滿足如下關(guān)系C、Mn當(dāng)量之間的關(guān)系8 ( Mn/C ( 16 ；Als、Ti與N之間的關(guān)系=Als彡15 X (Ntotal-O. 292Ti)，防止B元素與N元素結(jié)合，保證鋼中固溶[B]彡5ppm，且AlN以細(xì)小彌散狀態(tài)析出；Ni 當(dāng)量=Ni+0. 37Mn+0. 18Cu_l. 33Si_0. 89A1 ^ I. 20% ；控制Ceq(WES) ( 0. 57%，保證鋼板在預(yù)熱溫度彡150°C ；(% Si) X (% C) ^ O. 010 ；Mo 當(dāng)量彡 O. 75%,Cr 當(dāng)量彡 I. 00%，其中，Mo 當(dāng)量=Mo+0. 67Cr+0. 83Si+l. 62V ；Cr 當(dāng)量=Cr+1. 21Mo+Si+l. 86V ；Nb/Ti 在 I. 5 3. 5 ;Ca與S之間的關(guān)系Ca/S在0.80 3.00之間，且5父10-4彡(Ca) (S)18彡2. 5X 1(Γ3 ; 有效淬透性指數(shù)Deff = FXDI彡I. 20Xt，其中F為硼鋼淬透性因子，當(dāng)鋼中存在固溶 [B]時(shí)且[B]彡5ppm，且，采用二次淬火時(shí)，F(xiàn)取I. 50 ；t為成品鋼板厚度，單位為mm ;DI = O. 367C°-5(l+0. 7Si) (1+3. 33Mn) (1+0. 35Cu) (1+0. 36Ni) (1+2. 16Cr) (l+3Mo) (1+1. 75V) (1+1. 77A1) X 25. 4，單位為 mm。
2.如權(quán)利要求I所述的80公斤級超高韌性、極厚鋼板的制造方法，其包括如下步驟a)冶煉、鑄造冶煉根據(jù)上述成分，采用模鑄澆鑄，鋼包澆注過熱度Λ T控制在40°C 70°C，本體澆鑄速度控制在3. O噸/min 4. O噸/min,冒口補(bǔ)注時(shí)間5min 8min ；b)軋制，鋼板總壓縮比即模鑄坯厚度/成品鋼板厚度>5. O第一階段為普通軋制，為保證加熱及軋制過程中發(fā)生[A1]+BN — A1N+[B]，確保鋼中固溶[B]彡5ppm，板坯加熱溫度控制在1100°C 1180°C之間；至少有2個(gè)道次采用低速大壓下軋制，鋼板軋制速度控制在彡I. 5m/sec.，軋制形狀因子(AH/R)1/2彡O. 18，其中ΛΗ為道次壓下量，R為工作輥輥徑，mm ；第二階段采用未再結(jié)晶控制軋制，控軋開軋溫度彡850°C，軋制道次壓下率彡7%，奧氏體未結(jié)晶區(qū)累計(jì)壓下率彡30%，奧氏體單相區(qū)終軋溫度800°C 850°C ；c)冷卻鋼板從停冷結(jié)束到入緩冷坑保溫之間的間隔時(shí)間不大于60min，保溫工藝為鋼板溫度表面大于300°C的條件下至少保溫48小時(shí)；d)熱處理鋼板第一次淬火溫度為900 920°C，淬火保持時(shí)間> 20min，淬火保持時(shí)間為鋼板中心溫度達(dá)到淬火目標(biāo)溫度時(shí)開始計(jì)時(shí)的保溫時(shí)間；鋼板第二次淬火溫度為880 900°C，淬火保持時(shí)間> lOmin，淬火保持時(shí)間為鋼板中心溫度達(dá)到淬火目標(biāo)溫度時(shí)開始計(jì)時(shí)的保溫時(shí)間；鋼板回火溫度為600 660°C，回火保持時(shí)間彡(O. 65 I. O)min/mmX成品鋼板厚度， 回火保持時(shí)間為鋼板中心溫度達(dá)到回火目標(biāo)溫度時(shí)開始計(jì)時(shí)的保溫時(shí)間，時(shí)間單位為min， 成品鋼板厚度單位為_ ;回火結(jié)束后鋼板自然空冷至室溫。
全文摘要
80公斤級超高韌性、極厚鋼板及其制造方法，其成分重量百分比為C0.08～0.13％，Si≤0.10％，Mn0.80～1.20％，P≤0.013％，S≤0.0030％，Cu0.20～0.45％，Ni1.00～1.60％，Cr0.35～0.65％，Mo0.30～0.60％，Als0.040～0.070％，Nb0.010～0.030％，V0.030～0.060％，Ti0.004～0.010％，N≤0.0050％，Ca0.001～0.004％，B0.0008～0.0016％，余Fe。本發(fā)明采用低C-超低Si-中Mn-(Ti+V+Nb+B)微合金鋼的成分體系作為基礎(chǔ)，優(yōu)化特殊控軋+離線梯度調(diào)質(zhì)工藝(QQ+T)，使成品鋼板的顯微組織為細(xì)小回火貝氏體+回火馬氏體，平均晶團(tuán)尺寸在20μm以下，獲得優(yōu)良的強(qiáng)韌性/強(qiáng)塑性匹配，且沿板厚方向力學(xué)性能均勻。
文檔編號C22C33/04GK102605282SQ20121007831
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者劉自成, 吳勇, 李先聚 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司