[发明专利]一种疲劳性能优异的船用超高强低温钢及制造方法

说明书

本发明提供了一种疲劳性能优异的船用超高强低温钢及制造方法，该钢的成分按重量百分比计如下：C:0.080％‑0.140％，Si:0.20％‑0.60％，Mn:1.15％‑1.60％，Nb:0.020％‑0.050％，V:0.040％‑0.080％，Cu:0.30％‑0.50％，Ni:0.50％‑0.80％，N:0.0140％‑0.0170％，Cr:0.10％‑0.20％，P≤0.010％，S≤0.005％，Als:0.015％‑0.035％，余量为Fe及不可避免杂质；制备方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却；应用本发明生产的低温钢的显微组织为超细铁素体+贝氏体+少量马氏体的复相组织，室温高周疲劳极限强度320MPa以上，疲劳比≥0.52，‑20℃高周疲劳极限强度350MPa以上；所述低温钢屈服强度500MPa以上，抗拉强度620MPa以上，断后延伸率23.0％以上，‑40℃冲击吸收能量≥260J，‑60℃冲击吸收能量≥230J。

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种疲劳性能优异的船用超高强低温钢及制造方法。

背景技术

近年来，随着“北极航线”的开发，越来越多的极地船舶投入到北极航线的开发拓展上来，具有破冰能力的极地船舶需求量日益增加；通常情况下，破冰船破冰有两种方式，一种是连续破冰的方式，另外一种为冲撞式破冰，无论是采用何种方式破冰，船舶的破冰区域都会受到冰块的连续撞击，从而对船舶造成破坏。因此极地船舶的发展对造船用钢板的性能提出了更高要求，首先作为在冰区长期服役的材料，应具有良好的低温韧性，其次，钢板应具有高强度和高疲劳强度，以应对冰的持续冲击。

目前，随着钢铁材料研究的发展，其疲劳性能受到越来越多的关注。名为“一种屈服强度345MPa级高疲劳结构钢及其制造方法”，申请号：201910712227.1 的专利，公开了一种屈服强度345MPa级高疲劳结构钢，其化学成分为：C 0.13％～0.16％，Mn 1.30％～1.60％，Nb 0.020％～0.050％，Alt 0.020％～0.030％，Ti≤0.010％，Si≤0.12％，P≤0.010％，S≤0.005％，余量为铁和不可避免杂质，通过采用大压下+控冷工艺，得到的钢板具有良好的综合力学性能和较好的表面质量。但是钢板仅评价了-20℃的冲击韧性，远不能满足使用要求，且其屈服强度仅为345MPa级，强度级别偏低。名为“耐疲劳特性优良的高强度热轧钢板及其制造方法”，申请号：201180044623.3的专利，公开了一种耐疲劳特性优良的高强度热轧钢板，其化学成分为：C 0.05～0.15％，Si 0.2～1.2％，Mn 1.0～2.0％，P0.03％以下，S 0.0030以下，Al 0.005～0.10％，N 0.006％以下，其余元素还含有Ti 0.03～0.13％，Nb 0.02～0.10％，V 0.02～0.15中的一种或两种以上，通过采用控轧控冷工艺，得到的钢板其强度在780MPa以上，200万次循环下的疲劳强度在 580MPa以上，但是钢板没有评价低温性能，且其成分中含有很高的Nb、V元素，造成生产成本偏高。名为“一种高止裂和疲劳强度厚钢板及其制备方法”，申请号：201810007814.6的专利，公开了一种高止裂和疲劳强度厚钢板，其化学成分为：C 0.05～0.07％，Si 0.10～0.20％，Mn 1.40～1.60％，Nb0.04～0.06％，Ti 0.01～0.02％， Cu 0.30～0.35％，Cr 0.27～0.31％，Ni 0.4～0.5％，Al 0.01～0.04％，Mo 0.06～0.11％， P≤0.020％，S≤0.010％，余量为铁和杂质，该发明钢的屈服强度不低于500MPa， -60℃冲击吸收能量大于250J，200万次疲劳强度大于160J，其疲劳强度偏低，影响钢板的服役性能。名为“TMCP型高强韧高疲劳性能耐候桥梁钢板及制备方法”，申请号：201810783890.6的专利，公开了一种高疲劳性的桥梁钢板，其化学成分为：C 0.05～0.08％，Si 0.12～0.18％，Mn 1.4～1.6％、Nb 0.045～0.058％、Ti 0.01～0.02％、Cu 0.30～0.35％、Cr 0.22～0.30％、Ni 0.45～0.55％、Al 0.02～0.04％、 Mo0.05～0.12％、P≤0.009％、S≤0.005％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；该钢的1000万次下疲劳强度不低于170MPa，疲劳强度偏低，不利于钢板的服役性能。