一種800MPa級的船舶用鋼及其製備方法與流程

2024-02-24 07:05:15 2

本發明屬於鋼鐵材料技術領域，特別涉及一種800MPa級的船舶用鋼及其製備方法。尤其涉及一種800MPa級NDTT低於-80℃的船舶用鋼及其製備方法。

背景技術：

隨著造船工業的發展，對船舶用鋼材料的強度、韌性、焊接性以及表面質量性能的要求不斷提高。特別是對於遠海航區的萬噸級以上船舶，為了減輕自重提高載荷，其船體需採用高強度鋼板；同時為了保證船舶的安全性以及可靠性，要求船板在低溫服役環境下具有良好的韌性及較低的NDT溫度。

目前屈服強度高於700MPa級高強鋼的生產方法主要包括兩類：一類是低碳貝氏體鋼系列，多通過加入Mo、Ni、Cr等合金元素以提高固溶強化效果，另一類鋼板主要採取加入Ti、Nb、V微合金化元素，通過析出強化以及細晶強化來提高強度。另一方面，Ni是提高鋼鐵材料的低溫韌性效果最好的元素，因此根據Ni含量的不同發展了1.5Ni、3.5Ni、5Ni以及9Ni等不同級別的低溫用鋼，這些鋼種多為低溫壓力容器用鋼。

專利號為CN102644030B提供了一種800MPa級低溫用鋼的生產方法，該鋼種採取低C高Si、Mn、Cr以及Nb、Ti微合金化的成分設計，具體成分為C：0.04～0.14％，Si：0.20～0.50％，Mn：1.0～1.80％，Als：0.015～0.05％，P≤0.01％，S≤0.008％，Cr：0.10～0.50％，Ti：0.01～0.03％，Nb：0.10～0.50％，B：0.0008～0.0020％，其餘為Fe及不可避免雜質。採取兩階段軋制，軋後在線淬火+回火的工藝處理。該專利所述工藝下，屈服強度大於800MPa，延伸率大於18％，-60℃衝擊功大於170J。從該專利從強度及衝擊韌性指標來看較優，但該專利未研究其NDTT性能。

專利號為CN104388838A提供了一種壓力容器用5Ni鋼板的生產方法，該鋼種化學成分如下，C：0.07～0.10％、Si：0.15～0.30％、Mn：0.70～0.80％、P≤0.008％、S≤0.003％、Ni：4.90～5.25％、Alt：0.020～0.050％、Sn≤0.015％、Sb≤0.003％。該專利所述工藝下生產的5Ni鋼屈服強度大於450MPa，抗拉強度大於590MPa，斷後延伸率大於25％，～125℃衝擊功均值高於180J。雖然該專利低溫韌性良好，但其屈服強度偏低。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種800MPa級的船舶用鋼及其製備方法，解決了遠海航區船舶用鋼材要求高強度、韌性好、止裂性能優良的問題。實現了在寬厚板線上採用控軋+調質工藝生產船舶用鋼，達到屈服強度≥800MPa、抗拉強度≥900MPa、斷後延伸率≥17％、-84℃衝擊功≥130J、NDTT≤-80℃，鋼板厚度規格為20～40mm。

一種800MPa級的船舶用鋼，其中，化學成份重量百分比為：C：0.05～0.10％、Si：0.10～0.25％、Mn：0.20～1.0％、P≤0.015％、S≤0.010％、B≤0.0015％、Ni：3.5～5.5％、Cr：0.3～0.9％、Mo：0.2～0.7％、V：0.02～0.13％，其餘為Fe和不可避免雜質。

一種800MPa級的船舶用鋼的製備方法，具體步驟及參數如下：

1、加熱制度：將鋼坯加熱至1150～1200℃，保溫2.5～3.5h；

2、軋制工藝：採用控軋工藝，軋制過程分為兩個階段，再結晶區軋制和未再結晶區軋制；再結晶區階段軋制開軋溫度為1070～1120℃，累計壓下率≥50％，中間坯待溫厚度為2～4倍成品厚度；待溫至850～890℃進行未再結晶區軋制，終軋溫度為800～840℃，未再結晶累計壓下率≥20％；

3、軋後冷卻工藝：軋後冷卻工藝為兩種,即軋後空冷至室溫，或軋後水冷至420～470℃，水冷冷卻速度為10～15℃/s。

4、淬火+回火的調質熱處理工藝：淬火溫度為880～930℃，保溫時間為2.5min/mm·t，後水淬；回火溫度為610～650℃，保溫時間為3min/mm*t，然後空冷至室溫，其中t為成品厚度。

本發明的成分設計思路如下：C含量:0.05～0.10wt％，既保證鋼板具有一定的固溶強化效果，而且相對較低的碳含量使得該鋼種具有較低的韌脆轉變溫度以及良好的焊接性；較高的Ni:3.5～5.5wt％含量，可以減小低溫時位錯在基體中運動的阻力，同時提高層錯能，抑制低溫時位錯的大量形成，促進低溫時位錯的交滑移，使得裂紋擴展的消耗功增加，降低鋼的韌脆轉變溫度，從而顯著改善材料的低溫韌性；V：0.02～0.13wt％的加入一方面可以與C和N形成強化相，從而保證材料的強度，同時V的加入可以保證調質後材料的硬度穩定性；Mn、Mo及Cr元素的加入起到固溶強化的作用，同時改善材料的淬透性；嚴格控制鋼水的純淨度，避免雜質元素P、S對鋼板的力學性能及低溫韌性的影響。

本發明的工藝設計思路如下：第一階段再結晶區軋制採用較高的壓下率，保證鋼板的緻密性以及原奧氏體晶粒的均勻性；第二階段未再結晶區軋制採用控軋工藝，保證組織晶粒細小；通過合理的調質工藝，保證鋼板兼具高強度及良好的低溫韌性。

本發明的優點在於，生產的鋼板強度高、塑性好及止裂性能優良的特點，具體體現在：屈服強度≥800MPa，抗拉強度≥900MPa，斷後延伸率≥17％，-84℃衝擊功≥130J，NDTT≤-80℃。

附圖說明

圖1為實施例1的顯微組織圖。

具體實施方式

實施例1

鋼坯的化學成分重量百分比包括，C：0.081％，Si：0.22％，Mn：0.84％，P：0.007％，S：0.0041％，B：0.001％，Ni：4.78％，Cr：0.74％，Mo：0.62％，V：0.050％，其餘為Fe和不可避免雜質。

1、冶煉及鍛造：利用500Kg真空冶煉爐煉鋼，澆鑄完成後鍛造為175mm鋼坯；

2、加熱制度：加熱至1200℃，保溫3h；

3、軋制工藝：軋制過程分為兩個階段，再結晶區軋制和未再結晶區軋制：再結晶區階段軋制開軋溫度為1087℃，共軋制4道次至中間坯待溫厚度60mm；待溫至870℃進行未再結晶區軋制，終軋溫度817℃，共軋制5道次至目標厚度20mm；

4、軋後冷卻工藝：軋後空冷至室溫；

5、熱處理工藝：淬火溫度900℃保溫50min後水淬，回火溫度650℃保溫60min，出爐空冷；

對本實施例的800MPa級船舶用鋼進行力學性能檢測，力學性能為：屈服強度847MPa、抗拉強度913MPa、斷後延伸率20.0％，-20℃橫向衝擊功：227J、210J、217J，-84℃橫向衝擊功：139J、177J、178J，-80℃落錘實驗結果表明裂紋源焊道形成的裂紋未擴展到受拉麵的稜邊，落錘性能合格。

實施例2

鋼坯的化學成分按重量百分比含量包括，C：0.078％，Si：0.21％，Mn：0.69％，P：0.007％，S：0.0041％，B：0.0006％，Ni：4.5％，Cr：0.667％，Mo：0.527％，V：0.043％，其餘為Fe和不可避免雜質。

冶煉及鍛造、加熱制度同實施例1。

軋制工藝：軋制過程分為兩個階段，再結晶區軋制和未再結晶區軋制：再結晶區階段軋制開軋溫度為1057℃，共軋制4道次至中間坯待溫厚度60mm；待溫至860℃進行未再結晶區軋制，終軋溫度810℃，共軋制5道次至目標厚度20mm；

軋後冷卻工藝：軋後水冷至450℃，冷卻速度12℃/s，然後空冷至室溫；

熱處理工藝：淬火溫度900℃保溫50min後水淬，回火溫度640℃保溫60min，出爐空冷；

對本實施例的800MPa級船舶用鋼進行力學性能檢測，力學性能為：屈服強度912MPa、抗拉強度953MPa、斷後延伸率17.0％，-20℃橫向衝擊功：203J、202J、195J，-84℃橫向衝擊功：163J、142J、150J，-80℃落錘實驗結果表明裂紋源焊道形成的裂紋未擴展到受拉麵的稜邊，落錘性能合格。

實施例3

鋼坯的化學成分按重量百分比含量包括，C：0.076％，Si：0.20％，Mn：0.83％，P：0.007％，S：0.0044％，B：0.0003％，Ni：4.83％，Cr：0.73％，Mo：0.521％，V：0.039％，其餘為Fe和不可避免雜質。

冶煉及鍛造、加熱制度同實施例1；

軋制工藝：軋制過程分為兩個階段，再結晶區軋制和未再結晶區軋制：再結晶區階段軋制開軋溫度為1050℃，共軋制3道次至中間坯待溫厚度85mm；待溫至850℃進行未再結晶區軋制，終軋溫度820℃，共軋制3道次至目標厚度40mm；

軋後冷卻工藝：軋後空冷至室溫；

熱處理工藝：淬火溫度910℃保溫100min後水淬，回火溫度620℃保溫120min，出爐空冷；

對本實施例的800MPa級船舶用鋼進行力學性能檢測，力學性能為：屈服強度899MPa、抗拉強度942MPa、斷後延伸率19.0％，-20℃橫向衝擊功：187J、195J、202J，-84℃橫向衝擊功：147、153、159J，-80℃落錘實驗結果表明裂紋源焊道形成的裂紋未擴展到受拉麵的稜邊，落錘性能合格。