[發明專利]低溫結構用鋼及其制造方法

有效

• 申請號: 201210209637.2
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN102719744A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 劉自成;馮太國;吳勇
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/16
• 分類號: C22C38/16;C21D8/02;C21D1/28;C21D11/00
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

技術領域

本發明涉及低碳高強度低合金鋼，具體涉及低溫結構用鋼及其制造方法，該低溫結構用鋼的屈服強度≥355MPa、抗拉強度≥490MPa、－50℃的Charpy橫向沖擊功(單個值)≥47J、焊接性優良，主要用于海洋風塔結構、船用浮吊結構、極地區域橋梁結構及冰海區域海洋平臺的制造用材。

背景技術

眾所周知，低碳(高強度)低合金鋼是最重要工程結構材料之一，廣泛應用于石油天然氣管線、海洋平臺、船舶制造、橋梁結構、鍋爐壓力容器、建筑結構、汽車工業、鐵路運輸及機械制造之中。低碳(高強度)低合金鋼性能取決于其化學成分、制造過程的工藝制度，其中強度、韌性和焊接性是低碳(高強度)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。隨著科技不斷地向前發展，人們對鋼的強韌性、焊接性提出更高的要求，即在維持較低制造成本的同時大幅度地提高鋼板的綜合機械性能和使用性能，以減少鋼材的用量而節約成本，減輕鋼構件自身重量、穩定性和安全性。

目前世界范圍內掀起了發展新一代高性能鋼鐵材料的研究高潮，通過合金組合設計、革新控軋/TMCP技術及熱處理工藝獲得更好的顯微組織匹配，從而使鋼板得到更高的強度韌性匹配、抗HIC及SCC性能、更優良的焊接性；本發明鋼板正是采用上述技術，低成本地開發出綜合力學性能優異的低溫結構用鋼。

現有技術制造－50℃的低溫橫向沖擊韌性(單個值)≥100J的厚鋼板時，一般要在鋼中添加一定量的貴重合金元素Cu、Ni(Cu、Ni≥0.30%)，且采用TMCP工藝，以確保母材鋼板具有優異的低溫韌性。

大量現有專利文獻只是說明如何實現母材鋼板的低溫韌性，對于如何在焊接條件下，獲得優良的熱影響區(HAZ)低溫韌性說明得較少，尤其采用大線能量焊接時如何保證熱影響區(HAZ)的低溫韌性少之又少。如日本專利昭63－93845、昭63－79921等、美國專利US?Patent4855106、US?Patent5183198、US?Patent4137104等。

發明內容

低碳當量正火型高強度低溫鋼板是厚板產品中難度很大的品種，其原因是在正火條件下，低碳當量與高屈服強度/抗拉強度之間的矛盾、高屈服強度/抗拉強度與優良的超低韌性之間的矛盾、低成本制造與優良的超低溫韌性、焊接性之間的矛盾。

為解決上述矛盾，本發明的目的在于提供一種低溫結構用鋼及其制造方法，充分挖掘成分設計與正火熱處理匹配的潛力，獲得優良的超低溫韌性、強韌性匹配及焊接性，特別適宜于用做制造海洋風塔結構、船用浮吊結構、極地區域橋梁結構及冰海區域海洋平臺，并且能夠實現低成本穩定批量工業化生產。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：

本發明合金組合設計入手，采用了中C－高Mn－低N－微(V+Nb)合金化－微Ti處理低合金鋼的成分體系作為基礎，適當提高鋼中酸溶Als含量并控制其范圍、Mn/C≥10、Ni當量≥0.35%、Ceq≤0.43%、[(%Cu)+(%Ni)]×[(%V)+(%Nb)]≥0.012、[(%Mn)+(%Cu)+(%Ni)]×[(%C)]≥0.135、Cu/Ni≤0.50，控制Nb/Ti在1.0～3.0之間、Ca處理且Ca/S比控制在1.0～3.0之間及(%Ca)×(%S)^0.28≤2.5×10^-3，優化控軋及后續熱處理工藝。

具體地，本發明的低溫結構用鋼，其成分重量百分比為：

C：0.10%～0.14%

Si：≤0.30%

Mn：1.20%～1.60%

P：≤0.013%

S：≤0.003%

Cu：0.05%～0.30%

Ni：0.05%～0.30%

Nb：0.010%～0.030%

V：0.035%～0.075%

Ti：0.008%～0.014%

Als：0.040%～0.070%

N：≤0.0050%

Ca：0.001%～0.003%

其余為Fe和不可避免的夾雜；

且上述元素含量必須同時滿足如下關系：

Mn/C≥10，以保證鋼板晶粒均勻細小且在－55℃下鋼板斷裂模式為韌性斷裂，夏比沖擊試樣斷口纖維率至少高于50%；