[發明專利]一種高性能含Cu鋼及其熱處理工藝

無效

• 申請號: 201010537604.1
• 申請日: 2010-11-05
• 公開（公告）號: CN102011061A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 蘇航;柴鋒;楊才福;李麗;羅小兵
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C38/50
• 分類號: C22C38/50;C21D1/00
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于低合金高強度鋼技術領域，特別是涉及一種高性能含Cu鋼及其熱處理工藝，應用于海洋船舶、工程機械及石油鉆進平臺用高性能鋼。

背景技術

隨著世界制造業的飛速發展，如造船業、工程機械以及海洋平臺等對鋼結構件的使用性和安全性提出了更高的要求，這類鋼除要求具有高強度、高低溫韌性外，還同時要求具有良好的焊接性和耐腐蝕性能。冶金工藝技術、裝備以及微合金化技術的發展使得低合金鋼可以通過細晶強化、沉淀強化以及熱處理強化等手段獲得高強度和高韌性的配合，但是如何在保證高強韌性的同時使得鋼材具有易焊接性是低合金鋼關注的主要問題之一。傳統高強船體鋼主要是在低碳鋼基礎上(0.10-0.20％C)添加較多的Ni、Cr、Mo、V等合金元素，通過淬火回火熱處理工藝得到回火馬氏體組織來獲得高強度和高韌性配合的。由于鋼中碳含量和合金元素含量較高、碳當量高，這類鋼的焊接性較為困難。申請號為200710094178專利介紹了一種屈服強度690MPa的鋼板及其制造方法，該鋼板適用的焊接線能量較低，預熱溫度高。申請號為200910083635專利介紹了一種700MPa的高強鋼生產方法，該發明主要適用于薄板生產，焊接線能量要求同樣較小。降低碳含量和碳當量成為提高高強鋼焊接性的主要手段，研究發現采用Cu的沉淀析出強化可以彌補降碳帶來的強度損失，含Cu鋼在低合金鋼領域得到初步應用。專利200810035367介紹了一種含Cu高強韌鋼的制造方法，該鋼采用中碳高Mn合金設計，主要用于薄板坯生產。專利200810079228介紹了一種含Cu鋼，但主要應用于不銹鋼應用領域。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高性能含Cu鋼及其熱處理工藝，用于造船、工程機械、海洋平臺等領域，屈服強度大于690MPa的高性能含Cu鋼。

本發明所設計的高性能含Cu鋼，其化學成分按重量百分數計為C：0.01～0.06、Si：0.10～0.60、Mn：0.10～1.30、P≤0.020、S≤0.008、Nb：0.005～0.050、Mo：0.10～0.60、Ni：1.00～3.60、Ti：0.005～0.030、Cu：1.00～2.00、Cr：0.10～0.60、V：0.005～0.06％、Al：0.005～0.04％，余量為Fe及不可避免的雜質組成。

在上述高性能含Cu鋼中，還要滿足按重量比Ni/Cu為1.00～2.50。以改善鋼的表面質量，提高鋼的低溫韌性和斷裂韌性等。

本發明采用上述成分設計理由如下：

C是鋼中的主要強化元素，提高鋼中的碳含量將會增加鋼的馬氏體轉變能力，從而提高鋼的強度。但C含量同樣對鋼的韌性和冷裂紋敏感性存在顯著影響，降低鋼的碳含量可以顯著降低其韌脆轉變溫度，提高鋼的可焊性。本發明控制碳含量為0.01～0.06％。

Si是鋼中的脫氧元素，同時也是固溶強化元素。Si含量低于0.10％時，脫氧效果較差，Si含量較高時，焊接冷裂紋、熱裂紋敏感性增加，本發明Si含量控制為0.10～0.50％。

Mn是鋼中的重要固溶強化元素，也是脫氧元素。Mn和鋼中的S結合形成MnS，從而避免了鋼中FeS的形成。但是，Mn含量過高時，焊接熱影響區容易形成粗大的硬質相M-A島，焊接熱影響區低溫韌性顯著降低。本發明控制Mn含量為0.10～1.30％。

Cu是本發明中的主要強化元素。通過Cu在時效過程的沉淀析出強化能夠顯著提高鋼的強度，同時Cu能夠提高鋼的耐海水腐蝕性能，降低鋼的氫致裂紋敏感性。為保證鋼獲得較高的強度，本發明控制Cu含量為1.00～2.00％。

Ni可以通過晶粒細化以及固溶強化提高鋼的強度。Ni能夠在不降低鋼上平臺沖擊功的同時降低鋼的韌脆轉變溫度，Ni加入到含Cu鋼中能顯著降低其表面熱裂紋傾向。為保證鋼的韌性以及抑止含Cu鋼熱裂紋傾向，本發明控制Ni含量為1.00～3.60％。

Cr可以延遲鋼中先共析鐵素體的形成，增加貝氏體的形成傾向。同時Cr能夠抑止鋼的回火脆性，增加鋼的耐腐蝕性能，也是鋼中強碳化物形成元素。本發明控制Cr含量為0.10～0.60％。

Mo也是鋼中強的碳化物形成元素，能夠抑止先共析鐵素體的轉變，促進貝氏體的轉變。Mo能夠顯著提高鋼的強度，對韌性沒有損害作用，同時具有抑止回火脆性的作用。本發明控制Mo含量為0.10～0.60％。

Nb是鋼中的強碳氮化物形成元素，能夠提高再結晶終止溫度，促進細晶強化。Nb含量過低時，不能發揮細晶強化作用，Nb含量過高，對焊接熱影響區的韌性有損害作用。本發明控制Nb含量為0.005～0.05％。