[发明专利]2000MPa级超高强度高韧性钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及高强度钢，具体涉及2000MPa级超高强度高韧性钢板及其制造方法。

背景技术

超高强度钢是在合金结构钢的基础上发展起来的一种高强度、高韧性合金钢，热加工工艺简单，成本相对低廉，目前已被航空、航天部门广泛采用，是制造国防尖端武器的关键材料。相对于普通强度钢，超高强度钢对氢更为敏感，使用中可能会发生氢致断裂。不同的显微组织对氢脆的敏感性不同，大致按如下次序增加：铁素体、珠光体、贝氏体、低碳马氏体、马氏体和贝氏体的混合物组织。

但由于多数超高强度钢的韧性不高，这将会缩短其使用寿命，从而使之成为此类钢推广应用的制约因素。近几年来随着汽车轻量化、铁路高速化，国外低合金超高强度钢制品如超高强度螺栓、长寿命弹簧、扭转性能良好的钢丝等的应用日益增多，因此需要更进一步提高超高强度钢的韧性。超高强度钢韧性的提高，一方面可以从冶炼入手，提高钢的洁净度和组织均匀度。对难以除去的夹杂物进行改性或无害化处理是实现该类钢高韧化的前提和基础。另一方面可以通过控制轧制、控制冷却(即TMCP)技术，配合晶粒细化和轧后处理等方法，有效细化晶粒、改善夹杂物分布、改善显微组织比例，从而实现低合金超高强度钢的高韧化。

在低合金高强度钢领域中，由贝氏体和马氏体为主组成的复相钢被认为是一类具有特殊意义的重要产品。它运用了复合材料的强韧化机制，在塑性和韧性优良的铁素体基体上引入高强度(硬度)的马氏体，并且通过准确控制两相的比例，获得理想的性能，例如低屈服比，高抗拉强度，良好的韧性、成形性和极高的加工硬化率。按照生产工艺的不同，贝氏体和马氏体复相钢可以分为两类：一类是采用连续退火工艺生产的热处理双相钢，另一类是不需要进行热处理的热轧双相钢，以后者应用更为广泛。

目前，热轧复相钢的合金成分一般是Mn-Cr-Mo-V-Nb-B系或Mn-Si-Cr-Al-B系：如US20040118489涉及的双相钢的化学成分为：C：0.02～0.15％、Mn：0.30～2.50％、Cr：0.10～2.00％、Al：0.01～0.20％、Mo≤0.50％、Ni≤0.50％、Cu≤0.50％、Nb≤0.20％、Ti≤0.20％、V≤0.20％、P≤0.10％、S≤0.03％、Ca：0.001-0.01％，该钢的屈服强度为800MPa，且成分中加入了较多种类的合金元素，如Cr、Ni、Ti等，增加了原料成本；又如EP1553202涉及一种抗氢脆超高强度钢，其化学成分为：C：0.06～0.6％、Si+Al：0.5～3％、Mn：0.5～3％、P≤0.15％、S≤0.02％，显微组织由多边形铁素体(≤50％)、贝氏体和残余奥氏体组成，抗拉强度达到1180MPa；又如DE19936151公开了一种高强度钢的化学成分：C：0.05～0.20％、Si：0～1.00％、Mn：0.80～2.00％、P：0～0.100％、S：0～0.015％、Al：0.02～0.40％、N：0～0.005％、Cr：0.25～1.00％、B：0.002-0.010％，此钢中加入了微量元素B，目的是提高钢的淬透性，但B的冶炼收得率极不稳定，在生产中难以控制，并且B易引起B(硼)脆，给钢的韧性带来极大损害。

此外，为了使钢组织获得较多的贝氏体，上述钢种均减少了C的加入量，但C的含量一旦过少，其强化作用会降低，从而造成钢的强度下降，因此从钢的微观结构来看，在工业化条件下生产的传统热轧低屈服比钢，其抗拉强度难以达到2000MPa级。

为了解决以上问题，本发明者结合合金钢强化机理，在中低碳钢中添加Mn、Si、Mo等元素，通过对轧制工艺的控制，设计出了一种以贝氏体+马氏体复相为组织特征的2000MPa级超高强度高韧性钢板，从而完成了本发明。

本发明的一个目的在于提供一种2000MPa级超高强度高韧性钢板。

本发明的另一个目的在于提供所述2000MPa级超高强度高韧性钢板的制造方法。

发明内容

本发明的第一个方面提供一种2000MPa级超高强度高韧性钢板，以重量百分比计其化学成分包含：C：0.20～0.60％、Si：1.0～3.0％、Mn：1.0～5.0％、Mo：0.10～0.60，余量为Fe和不可避免的杂质。

在一个优选实施方式中：在所述不可避免的杂质中，S、P、O、N、H总量<100mg/kg。

在另一个优选实施方式中：所述钢板的显微组织由贝氏体、马氏体和残余奥氏体组成，其中马氏体体积百分含量为5～20％、残余奥氏体体积百分含量<5％、余量为贝氏体。