[发明专利]适合高寒地区使用的高强度结构钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种屈服强度为510MPa以上级、具有特别优良的低温韧性的高强度结构钢及其生产方法，属铁基合金技术领域。

背景技术

在高寒地区，用于建筑、桥梁、船舶、车辆及其它重要的工程结构中的高强度结构钢，不仅要求所使用的材料具有较高的强度，还要求材料要有足够的韧性、良好的塑性和焊接性能。

传统高强度结构钢在当屈服强度超过510MPa时，材料的强度和韧性方面不能做到很好的匹配，往往是强度高了，塑韧性变差。传统的高强度结构钢，韧脆性转变温度往往较高，一般在-40℃左右，当材料在低于-40℃温度下使用时，材料的塑韧性急剧恶化，材料的安全性能急剧下降，很容易导致材料断裂等恶性事故的发生，造成无法预料的损失。

经检索，专利号03134046.6的中国专利公开了一种屈服强度460MPa级低合金高强度结构钢板材的制造方法，该高强度结构钢板材的实物水平屈服强度最高为490MPa，抗拉强度最高为610MPa，冲击只做到-40℃，因此达不到高强度、高韧性，特别是-60℃时的韧性很差。另外，该高强度结构钢板材制造时的终轧温度为780～820℃，需要更大的轧机负荷，生产效率低。

专利00133579.0的中国专利公开了一种耐大气腐蚀低合金结构钢，该结构钢的实物水平屈服强度最高为400MPa，抗拉强度最高为535MPa，冲击只做到-20℃，距离高强度、高韧性更远。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对传统高强度结构钢在屈服强度超过510MPa时材料的韧性特别是-40℃以下的低温韧性较差的缺陷，提供一种具有良好低温韧性，适合高寒地区(特别是-60℃以下)使用的高强度结构钢及其生产方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案之一是：一种适合高寒地区使用的高强度结构钢，所述结构钢含有的成分和各成分质量百分比含量为：C：0.12～0.2％、Si：0.3～0.6％、Mn：1～1.7％、P≤0.015％、S≤0.01％、Nb：0.03～0.06％、V：0.04～0.12％、Ni：0.3～0.7％，余量为铁和不可避免的杂质元素。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案之二是：一种适合高寒地区使用的高强度结构钢的生产方法，包括依次采用铁水预脱硫工序，转炉顶底复合吹炼工序，吹Ar站(或LF炉)底吹Ar搅拌工序，RH炉进行成分微调和真空循环脱气处理工序，全程吹Ar保护浇铸的连铸工序以及热轧工序；所述热轧工序采用粗轧和精轧二阶段控轧，粗轧结束温度为1000℃～1100℃，精轧开轧温度为900℃～950℃，精轧结束温度为820℃～880℃，精轧阶段压缩比大于80％。

上述本发明技术方案之一中化学成分组成的理论依据是：

[碳]：提高碳含量，对提高钢的室温强度和中温强度有利，但对钢的塑性、韧性、成型性、可焊性均不利，故碳含量控制不宜过高。因此，本发明技术方案之一选择C的质量百分比含量为0.12～0.2％。

[硅]：降低硅含量，有利于提高钢的成型性、焊接性、韧性和塑性。因此，本发明技术方案之一选择Si的质量百分比含量为0.3～0.6％。

[锰]：提高钢中锰含量，能扩大γ区，降低γ→α转变温度，扩大轧制范围，使铁素体晶粒的长大机会大大减少，因而促进了晶粒细化，增加钢的强韧性，但锰含量高，会相应增加钢的成本，也会增加碳当量，不利于焊接。因此，本发明技术方案之一选择Mn的质量百分比含量为1～1.7％。

[硫、磷]：硫在钢中形成硫化物夹杂，使其延展性和韧性降低。钢轧制时，由于MnS夹杂随着轧制方向延伸，使钢的各向异性加重，严重时导致钢板分层。同时含硫量高的钢抗腐蚀能力大为降低，对钢的焊接亦不利。含磷量高会增加钢的冷脆性，使钢的脆性转变温度上升，使钢的冲击韧性显著下降，因此磷在钢中的含量也愈少愈好。但过低的降低钢中的磷、硫含量，会增加钢的生产成本。本发明技术方案之一控制磷的质量百分比含量在0.015％以下，控制硫的质量百分比含量在0.01％以下。

[铌、钒]：Nb在钢中以置换溶质原子存在，Nb原子比铁原子尺寸大，易在位错线上偏聚，对位错攀移产生强烈的拖曳作用，使再结晶形核受到抑制，因而对再结晶具有强烈的阻止作用。铌在钢中可以形成NbC或NbN等化合物。在再结晶过程中，因NbC、NbN对位错的钉扎及对亚晶界的迁移进行阻止等作用，从而大大增加了再结晶的时间。在高于临界温度时，Nb元素对再结晶的作用表现为溶质拖曳机制；而在低于临界温度时，则表现为析出钉扎机制。