[发明专利]超低成本800MPa级高韧性、优良焊接性的钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超低成本800MPa级高韧性、优良焊接性的钢板及其制造方法，其抗拉强度≥780MPa、屈服强度≥690MPa、延伸率δ₅≥18％、－40℃夏比横向冲击功(单个值)≥100J、优良的焊接性及焊接接头塑韧性，焊接热影响区(HAZ)的－40℃的Charpy冲击功(单个值)≥47J，焊接接头拉伸延伸率≥15％。

背景技术

众所周知，低碳(高强度)低合金钢是最重要工程结构材料之一，广泛应用于石油天然气管线、海洋平台、造船、桥梁结构、锅炉容器、建筑结构、汽车工业、铁路运输及机械制造之中。低碳(高强度)低合金钢性能取决于其化学成分、制造过程的工艺制度，其中强度、韧性和焊接性是低碳(高强度)低合金钢最重要的性能，它最终决定于成品钢材的显微组织状态。随着冶金科技不断地向前发展，人们对高强钢的强韧性、强塑性匹配提出更高的要求，即在维持较低的制造成本的同时大幅度地提高钢板的综合机械性能和使用性能，以减少钢材的用量节约成本，减轻钢结构的自身重量、稳定性和安全性，更为重要的是为进一步提高钢结构安全稳定性和冷热加工性。目前日韩欧盟范围内掀起了发展新一代高性能钢铁材料的研究高潮，力图通过合金组合设优化计和革新制造工艺技术获得更好的组织匹配，使高强钢获得更优良的强韧性、强塑性匹配。

传统的抗拉强度≥780MPa、钢板的高强钢板主要通过离线调质工艺(Q+T)生产；为了获得良好的强韧性、强塑性匹配，钢板化学成分设计时，除了C含量较高外(C≥0.10％)，钢板必要具有足够高的淬透性，即淬透性指数DI≥2×成品钢板厚度【DI＝0.311C^1/2(1+0.64Si)×(1+4.10Mn)×(1+0.27Cu)×(1+0.52Ni)×(1+2.33Cr)×(1+3.14Mo)×25.4(mm)】，以确保钢板具有足够高的强度、优良的低温韧性及沿板厚方向显微组织与性能的均匀，因而不可避免地向钢中加入大量Cr、Mo、Ni、Cu等合金元素，尤其需要加入大量的贵重合金元素Ni与Mo，导致钢板制造成本居高不下(如日本专利昭59－129724、平1－219121及新日铁制钢研究第314号-1984、日本钢管技报No.107-1985、新日铁技报第348号-1993、川崎制铁技报Vol.4(No.3)-1972、川崎制铁技报Vol.7(No.2)-1975、美国专利US Patent4855106、US Patent5183198、US Patent4137104、US Patent4790885、US Patent4988393、欧洲专利EP 0867520A2)。

此外，加入大量合金元素的钢板导致钢板延伸率尤其均匀延伸率大幅度地降低，较低的均匀延伸率不仅不利于钢板冷加工性能，而且对钢板的抗疲劳断裂特性、抗应力集中敏感性及结构稳定性影响较大，在水电工程中的压力水管/涡壳与钢岔管、火电汽轮发电机结构、海洋采油平台及海上船用浮吊等巨型钢结构上使用时，存在安全较大的隐患，尤其在地震、海啸等自然灾害发生时，钢结构存在破坏甚至垮塌的危险；因此大型疲劳重载钢结构采用高强钢时，一般希望80公斤级高强钢具有优良的强韧性、强塑性匹配，抗拉延伸率δ₅在18％以上，尤其均匀延伸率达到10％以上。

现有大量专利文献只是说明如何实现母材钢板的强度和低温韧性，就改善钢板焊接能性，获得优良焊接热影响区HAZ低温韧性说明较少，更没有涉及如何在提高钢板抗拉强度的同时，提高钢板的抗拉延伸率及厚度方向力学性能均匀性，尤其焊接热影响区具有优良塑韧性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超低成本800MPa级高韧性、优良焊接性的钢板及其制造方法，通过钢板合金元素的组合设计与特殊制造工艺(CR+DQ+T)相结合，在不含铜、镍元素的条件下，获得优良800MPa级调质钢板的强度、低温韧性、强韧性与强塑性匹配的同时，钢板的焊接性也同样优异，成功地解决了无镍含量调质钢板的焊接性，焊接HAZ呈现出高强度、高韧性及优良的塑性(即高的断裂延伸率与均匀延伸率)；这是本开发钢种最大的难点之一，也是关键核心技术；钢板抗拉强度≥780MPa、抗拉强度≥690MPa、延伸率δ₅≥18％、－40℃夏比横向冲击功(单个值)≥100J、优良的焊接性及焊接接头塑韧性，焊接热影响区(HAZ)的－40℃的Charpy冲击功(单个值)≥47J，焊接接头拉伸延伸率≥15％。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：