[发明专利]一种5～60mm厚850MPa级高强度高韧性易焊接纳米钢及其制备方法

说明书

本发明公开一种5～60mm厚850MPa级高强度高韧性易焊接纳米钢及其制备方法，该纳米钢组成如下：按合金元素质量百分比计，C：0.02～0.08，Si：0.1～0.4，Mn：0.5～1.1，P≤0.01，S≤0.0015，Cu：1.0～1.5，Ni：2.5～4.0，Cr：0.2～0.8，Mo：0.3～0.6，Nb：0.02‑0.1，Ti：0.01～0.05，Al：0.005～0.05，余量为Fe及不可避免的杂质。该高强度高韧性易焊接钢制备方法包括下述步骤：熔炼和精炼‑连铸或模铸‑轧制‑热处理。本发明纳米钢屈服强度≥850MPa，‑80℃夏比V缺口冲击功≥200J，延伸率≥15％。

技术领域

本发明属于合金钢领域，具体涉及一种5～60mm厚850MPa级高强度高韧性易焊接钢及其制造方法，可用于舰船、海洋工程装备、管道、重型机械装备等领域。

背景技术

随着制造业的快速发展，人们对于钢铁材料性能的需求越来越高。传统高强度钢的强化机制来自于其含碳量较高的马氏体或下贝氏体显微结构。为了确保较厚规格的钢板具有足够的淬透性，钢中需添加较高含量的C、Ni、Cr、Mo等合金元素。钢的强度级别要求越高，添加合金元素的含量越高，这必然会导致钢材其他性能的损失，如延展性、断裂韧性、焊接性和可加工性等。另外，随着强度的不断增大，钢的碳当量也大幅增加，这会显著增大材料的焊接难度，提高焊接加工成本。因此，传统的钢强化方式必须得到改革和创新。

20世纪80年代初期，人们开始对高强度低合金钢进行了探索，在原有材料的基础上通过添加Cu和Ni等沉淀相形成元素，进一步提高了材料的淬透性及沉淀相数量，得到的沉淀强化的高强度低合金钢，Ni的添加通过降低晶界能促进了沉淀相的析出，在提高材料强度的同时，提高了材料的塑性和韧性，降低了材料热脆性。在之后的研究中，通过优化热机械处理及热加工工艺，其强度级别得到进一步提升。

目前，国内外发表的利用含Cu沉淀相强化的低合金钢，强度级别大于800MPa的都很难保证较好的低温韧性。

公开号为CN108004475B的专利文件中，公开了一种900MPa级热轧析出强化型高强高韧钢及其制造方法，其屈服强度大于800MPa，但碳含量较高大于0.1％不易焊接，且-40℃冲击功不足100J。

公开号为CN110229999A的专利文件中，公开了一种900MPa级析出强化高韧性钢板及其制备方法，通过富铜析出相强化得到的马氏体钢屈服强度大于900MPa。由于其镍元素含量不高，需要添加钒、硼以及较多的铬来提高淬透性，但其低温韧性在-80℃仍然不足80J，本发明的一种5～60mm厚850MPa级高强度高韧性易焊接纳米钢可在更严苛的条件下服役。

公开号为CN106636961A的专利文件中，公开了一种Cu析出相强化易焊接钢及制备方法，其仅进行了15mm以下钢的制备，对于15mm以上厚度钢板未作说明，本发明控制了铝元素在较低的水平，同时采用了二次精炼和轧后缓冷工艺，可以生产更大厚度的钢板。

综上所述，目前还没有一种能够同时满足高强度、高韧性以及良好的焊接性能的钢铁材料，这对传统的组织设计思路和热处理工艺来说都是极大的挑战。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种5～60mm厚850MPa级高强度高韧性易焊接纳米钢及其制备方法，可满足对于钢板高强度、高韧性和良好的焊接性能的要求，通过固溶处理加时效处理两步热处理工艺，钢板的屈服强度≥850MPa，-84℃的夏比V缺口冲击功≥200J，延伸率≥15％。

本发明的技术方案是：

一种5～60mm厚850MPa级高强度高韧性易焊接纳米钢的制备方法，包括以下步骤：