[发明专利]一种含Cu纳米相强化易焊接钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种易焊接钢，本发明也涉及一种易焊接钢的制备方法。

背景技术

含铜纳米相低合金钢，在具有高强度的同时，也具有良好的延伸性、低温冲击韧性和易焊接性能，因此在，船舶制造、汽车制造、建筑、桥梁的领域都有着较为广阔的应用。一般低合金钢的屈服强度通常低于700MPa，而且通常具有高强度的同时却难以保证良好的低温韧性和焊接性能。

传统的高强度钢都是含碳量较高的马氏体或下贝氏体组织，碳元素的大量引入大大降低了材料的焊接性能。同时材料为保证心部组织均匀，必须确保较厚规格的钢板具有足够的淬透性，钢中需要添加较高含量的Ni、Cr、Mo等合金元素。钢的强度级别要求越高，添加的合金元素的含量也相应增加，合金成本自然提高。随着强度的提高，钢的碳当量大幅增加，这使钢的焊接性能大幅降低。

目前，国内外发表了利用添加合金元素和控轧控冷而得到高强度的低合金钢，强度级别大于800MPa的都很难保证较好的延伸率，也没有表征其低温性能。

公开号为CN103361566A的专利文件中，公开了一种通过控制铸造、轧制和热处理工艺，得到的高强高韧的含铜低合金钢。但其屈服强度低于850MPa。

公开号为CN102140606A的专利文件中，公开了一种通过控制热轧各道次间隔时间及变形量、冷却速率和等温处理工艺，得到的热轧高低合金多相钢。其屈服强度800MPa，但延伸率仅在20％左右，低温韧性未说明。

公开号为CN104513927A的专利文件中，公开了一种采用等温热处理工艺获得的高强度钢板。其屈服强度大于390MPa，抗拉强度为800MPa，-20℃的冲击功仅为100J。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强度高、塑性好和具有低温韧性的含Cu纳米相强化易焊接钢。本发明的目的还在于提供一种能有效地控制基体相及纳米析出相的显微结构及晶粒尺寸的含Cu纳米相强化易焊接钢的制备方法。

本发明的含Cu纳米相强化易焊接钢其重量百分比组成为：C<0.05、Si:0.1～0.3、Mn:0.5～1.5、S<0.002、P<0.004、Cu:1.5～2.5、Ni:4～8、Al:0.3～0.8、Mo:0.2～1、Cr<1、Nb:0.01～0.04、Ti:0.01～0.05、V:0.01～0.08，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

本发明的含Cu纳米相强化易焊接钢的制备方法为：按设计成分在氩气保护条件下进行感应熔炼和浇铸，铸锭在1100～1200℃加热1～3h进行均优化退火，之后采用控轧控冷技术进行轧制，所述轧制具体包括以下阶段：

第一阶段为粗轧，均匀化退火的铸锭直接进行粗轧，粗轧起始温度为1050～1150℃，终轧温度为1000～1050℃，粗轧总压缩比为50～80％；

第二阶段为精轧，精轧起始温度为950～1000℃，终轧温度为850～900℃，精轧总压缩比为10％-30％；

第三阶段为快速水冷，精轧结束后直接高压浇水快速冷却，终冷温度在50℃以下。

控轧控冷后的钢板进行固溶和时效处理，固溶温度为800℃～1000℃，保温时间为5分钟～2小时，之后快速水冷至室温；时效温度为500℃～700℃，保温时间5分钟～10小时，之后快速水冷至室温。

本发明提供了一种含Cu纳米相强化高强度高韧性易焊接钢及制备方法，本发明通过控制Cu、Mn、Ni、Al主要元素的比例关系，并添加其他合金元素，加之合理的轧制工艺和热处理工艺，有效地控制了基体相及纳米析出相的显微结构及晶粒尺寸，从而获得一种高强度、良好塑性和低温韧性的易焊接钢。

本发明的含Cu纳米相强化易焊接钢中所包含的主要组分的作用为：

Cu：Cu是奥氏体稳定化元素，能降低奥氏体转变温度，抑制高温转变产物的生成，对组织的转变及组织细化产生影响。同时，Cu在一定的热处理条件下可以诱导析出细小沉淀相，并使Ni、Al、Mn等合金元素向该沉淀相前驱体聚合，形成富铜纳米相，该富铜纳米相强化可以有效代替碳强化，从而降低碳含量。因此，加入一定量的铜能够提高钢的强度、耐腐蚀性、抗疲劳性、提高抗蠕变强度和冲击韧性，同时改善材料的焊接性能、成型性能与机加工性能等。

Ni：固溶形式的Ni能够提高铁素体的强度，当Ni含量升高时，能保证较高塑性的同时提高强度。当Ni含量升高时，能保证较高塑性的同时提高强度。Ni还能保证钢性能的均匀性、显著提高低温冲击韧性。