本發明屬于超高強度海工鋼軋制-熱處理技術領域，具體說是的提高特厚超高強度海工鋼表面低溫沖擊韌性的表面超細晶軋制和調質熱處理工藝。

背景技術：

當今海洋工程用鋼受輕量化及降成本等因素的推動，向超高強度、高韌化、大厚度方向不斷發展，尤其是對自升式海洋平臺的樁腿、懸臂梁、升降電動齒輪、齒條機構等關鍵部位，要求更加苛刻，需要690MPa級或者以上的特厚超高強度海工鋼，并要有優良的低溫韌性、焊接性能和耐腐蝕開裂性能，厚度規格需要在100mm或者以上，最大達259mm。特厚超高強海工鋼，通常釆用調質處理（淬火+回火），以得到回火馬氏體為主的基體組織，這種組織中具有含高密度位錯的板條和微小碳化物，具有優異的強韌性匹配。

通常認為，由于厚度效應的影響，特厚海工鋼在淬火過程中，鋼板表面冷速最大，可以獲得較為均勻的回火馬氏體組織，理論上應該具有優良的低溫沖擊韌性；但相關試驗和研究中發現，特厚超高強度鋼板的表面低溫沖擊韌性卻很低（一般-60℃條件下表面沖擊功≤150J，-80℃條件下表面沖擊功≤80J），低溫沖擊韌性遠低于1/4處（有些甚至低于心部），例如文獻報道的152mm厚度Ni-Cr-Mo-B超厚板（海洋工程用低合金高強度超厚鋼板的淬透性與強韌性研究，鋼鐵研究總院博士學位論文，2013）和120mm厚度10CrNi5MoV特厚船板鋼（10CrNi5Mo鋼特厚板組織與性能關系研究，昆明理工大學碩士學位論文，2010），己成為這類特厚調質鋼板的共性問題。這類表面韌性低下的現象為特厚鋼板的“表面效應”，分析認為特厚板表面過快的冷速（過高的過冷度）可以使得表面區域的馬氏體相變形核率降低，導致表面馬氏體板條束和板條塊相對粗化并具有高密度位錯，從而成為引發特厚鋼板表面效應的重要原因。由于特厚超高強度海工鋼表面低溫沖擊韌性低下，顯著降低鋼板的NDT（鐵素體無塑性轉變溫度）性能。

通過TMCP+熱處理工藝，例如TMCP+Q+T（控軋控冷+淬火+回火）、TMCP+L+T（控軋控冷+亞溫淬火+回火）、TMCP+T（控軋控冷+回火），可以提高鋼板的沖擊韌性，例如現有專利（低屈強比低裂紋敏感性Q550CF調質鋼及生產方法，CN201410240349.2、一種低屈強比高韌性鋼板及其制造方法，CN201110287965.X、等）和文獻（低C含Cu NV-F690特厚板的精細組織和強韌性，金屬學報，2012、熱處理工藝對690 MPa級低屈強比高強鋼組織性能的影響，材料熱處理學報，2013、等）報道。

多步熱處理工藝，例如Q+L+T（淬火+兩相區淬火+回火）、Q+Q+T（淬火+二次淬火+回火），也可以提高鋼板的沖擊韌性。例如現有專利（一種提高調質鋼沖擊韌性的方法，CN201410263730.0、一種提高高強度厚鋼板低溫沖擊韌性的方法，CN200910241508.X、等）和文獻（熱處理工藝對690MPa級低屈強比高強鋼組織性能的影響，材料熱處理學報，2013、兩相區二次淬火對高強度船體鋼低溫韌性的影響，金屬熱處理，2012、等）報道。

通過專利和文獻的檢索，很多方法可以提高鋼板的沖擊韌性，但幾乎沒有檢索到專門針對特厚超高強度鋼板表面低溫沖擊韌性的提高進行研究。利用細化表面原奧氏體晶粒軋制技術，通過調質（淬火+回火）熱處理工藝，提高特厚超高強度海工鋼表面低溫沖擊韌性，對特厚超高強度海工鋼的研究和應用具有重要意義。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，如何對鋼板采用表面超細晶軋制，通過淬火+回火熱處理，在保證鋼板拉伸性能（屈服強度、抗拉強度、延伸率），不降低1/4處和心部的超低溫沖擊韌性情況下，顯著提高特厚超高強海工鋼表面超低溫沖擊韌性。

本發明解決以上技術問題的技術方案是：

一種提高特厚超高強度海工鋼表面低溫沖擊韌性的方法，采用表面超細晶軋制+調質熱處理工藝，表面超細晶軋制，再結晶區粗軋，中間坯表面快速冷卻至Ar3-(50～100)℃，待表面返溫至Ac3+(10～60)℃，中間坯心部熱量返溫到表面，通過正火細化表面原奧氏體晶粒；非再結晶區精軋，軋后加速冷卻至Ar1-(50～150)℃，進一步細化特厚板表面原奧氏體尺寸，表面得到超細化的奧氏體晶粒；

調質熱處理，淬火溫度為Ac3+(30～80)℃，保溫時間為1.4～1.8min/mm，特厚板表面冷卻速度大，形成細小均勻的板條馬氏體組織；回火溫度為Ac1-(80～150)℃，保溫時間為2.0～4.5min/mm，特厚板表面得到細小均勻的回火馬氏體組織，具有含高密度位錯板條和細小碳化物。

本發明還提出一種采用以上軋制和熱處理工藝的提高表面低溫沖擊韌性的超高強度海工鋼制備方法；以及同時采用以上制備方法制得的表面低溫沖擊韌性優異的超高強度海工鋼。

本發明進一步限定的技術方案是：

前述的提高特厚超高強度海工鋼表面低溫沖擊韌性的方法，其中軋制是在4700mm四輥可逆軋機上進行；中間坯表面快速冷卻和軋后加速冷卻是在控制冷卻裝置（DQ+ACC)上進行；淬火加熱是在常化爐中進行，水冷過程中完成；回火加熱是在回火爐中進行，空冷過程中完成。

本發明的有益效果是：表面超細晶軋制，再結晶區粗軋，中間坯表面加速冷卻至Ar3-(50～100)℃，待表面返溫至Ac3+(10～60)℃，中間坯心部熱量返溫到表面，通過正火細化表面原奧氏體晶粒，特厚板表面得到超細化的奧氏體晶粒；非再結晶區精軋，軋后加速冷卻至Ar1-(50～150)℃，進一步細化特厚板表面原奧氏體尺寸，表面得到超細化的奧氏體晶粒，特厚板表面得到針狀鐵素體和粒狀貝氏體的混合組織，原奧氏體晶粒以及鐵素體基體晶粒尺寸細小，均勻。調質熱處理，淬火溫度為Ac3+(30～80)℃，保溫時間為1.4～1.8min/mm，特厚板表面快速冷卻，形成細小的板條馬氏體組織，作為硬相組織，使鋼具有超高的抗拉強度；回火溫度為Ac1-(80～150)℃，保溫時間為2.0～4.5min/mm，特厚板表面板條馬氏體組織轉變為α-鐵素體和滲碳體，鋼的抗拉強度降低，而沖擊韌性明顯改善，能夠大幅度提高特厚超高強度海工鋼表面的低溫沖擊韌性。

具體實施方式

實施例 1

本實施例是一種提高特厚超高強海工鋼表面低溫沖擊韌性的方法，采用表面超細晶軋制，即再結晶區粗軋，中間坯表面快速冷卻至Ar3-(50～80)℃，待表面返溫至Ac3+(30～60)℃，非再結晶區精軋，軋后加速冷卻至Ar1-(50～110)℃；通過調質熱處理，即淬火溫度為Ac3+(30～60)℃，保溫時間為1.4～1.8min/mm，回火溫度為Ac1-(80～110)℃，保溫時間為2.0～4.5min/mm。軋制是在4700mm四輥可逆軋機上進行；中間坯表面快速冷卻和軋后加速冷卻是在控制冷卻裝置（DQ+ACC)上進行；淬火加熱是在常化爐中進行，水冷過程中完成；回火加熱是在回火爐中進行，空冷過程中完成。本實施例所制造的超高強度海工鋼拉伸性能滿足船級社和GB 712-2011的要求，同時-60℃表面沖擊功為130～170J，1/4處沖擊功為150～180J；-80℃表面沖擊功為100～140J，1/4處沖擊功為130～160J。

實施例 2

本實施例是一種提高特厚超高強海工鋼表面低溫沖擊韌性的方法，采用表面超細晶軋制，即再結晶區粗軋，中間坯表面快速冷卻至Ar3-(60～90)℃，待表面返溫至Ac3+(20～50)℃，非再結晶區精軋，軋后加速冷卻至Ar1-(60～130)℃；通過調質熱處理，即淬火溫度為Ac3+(40～70)℃，保溫時間為1.4～1.8min/mm，回火溫度為Ac1-(100～130)℃，保溫時間為2.0～4.5min/mm。軋制是在4700mm四輥可逆軋機上進行；中間坯表面快速冷卻和軋后加速冷卻是在控制冷卻裝置（DQ+ACC)上進行；淬火加熱是在常化爐中進行，水冷過程中完成；回火加熱是在回火爐中進行，空冷過程中完成。本實施例所制造的超高強度海工鋼拉伸性能滿足船級社和GB 712-2011的要求，同時-60℃表面沖擊功為150～190J，1/4處沖擊功為170～200J；-80℃表面沖擊功為120～160J，1/4處沖擊功為150～180J。

實施例 3

本實施例是一種提高特厚超高強海工鋼表面低溫沖擊韌性的方法，采用表面超細晶軋制，即再結晶區粗軋，中間坯表面快速冷卻至Ar3-(70～150)℃，待表面返溫至Ac3+(10～40)℃，非再結晶區精軋，軋后加速冷卻至Ar1-(70～150)℃；通過調質熱處理，即淬火溫度為Ac3+(50～80)℃，保溫時間為1.4～1.8min/mm，回火溫度為Ac1-(120～150)℃，保溫時間為2.0～4.5min/mm。軋制是在4700mm四輥可逆軋機上進行；中間坯表面快速冷卻和軋后加速冷卻是在控制冷卻裝置（DQ+ACC）上進行；淬火加熱是在常化爐中進行，水冷過程中完成；回火加熱是在回火爐中進行，空冷過程中完成。本實施例所制造的超高強度海工鋼拉伸性能滿足船級社和GB 712-2011的要求，同時-60℃表面功沖擊功為170～210J，1/4處沖擊功為190～220J；-80℃表面沖擊功為140～180J，1/4處沖擊功為170～200J。

由于采用上述技術方案，本具體實施方式制造的表面低溫沖擊韌性優異的特厚超高強度海工鋼，采用表面超細晶軋制，即再結晶區粗軋，中間坯表面快速冷卻至Ar3-(50～100)℃，待表面返溫至Ac3+(10～60)℃，非再結晶區精軋，軋后加速冷卻至Ar1-(50～150)℃；通過調質熱處理，即淬火溫度為Ac3+(30～80)℃，保溫時間為1.4～1.8min/mm，回火溫度為Ac1-(80～150)℃，保溫時間為2.0～4.5min/mm。表面超細晶軋制，再結晶區粗軋，中間坯表面加速冷，再待表面返溫，通過表面正火細化表面原始奧氏體晶粒尺寸，特厚板表面得到超細化的奧氏體晶粒；非再結晶區精軋，軋后加速冷，進一步細化特厚板表面原奧氏體尺寸，表面得到超細化的奧氏體晶粒，特厚板表面得到針狀鐵素體和粒狀貝氏體的混合組織，原奧氏體晶粒以及鐵素體基體晶粒尺寸細小，均勻。調質熱處理，淬火過程，特厚板表面快速冷卻，形成細小的板條馬氏體組織，作為硬相組織，使鋼具有超高的抗拉強度；回火過程，特厚板表面板條馬氏體組織轉變為α-鐵素體和滲碳體，鋼的抗拉強度降低，而沖擊韌性明顯改善，能夠大幅度提高特厚超高強度海工鋼表面的低溫沖擊韌性。

超高強度海工鋼經過表面超細晶軋制+調質熱處理工藝，可以大幅提高特厚超高強度海工的表面沖擊韌性，在保證鋼板拉伸性能（屈服強度、抗拉強度、延伸率），不降低1/4處和心部的超低溫沖擊韌性。可以廣泛用于需要420MPa～690MPa級及690MPa級以上超高強度的船體結構和海洋平臺等。

除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。