专利名称：：具有增强的可焊接性的潜艇壳体钢的制作方法
技术领域：
：本发明涉及生产潜艇壳体的钢，所述壳体由轧钢或锻钢部件通过焊接装配而成。
背景技术：
：为使船能沉于深水中而又不使其非常重，潜艇壳体通常由40-50mm厚的钢板和100-150mm厚的任选锻造的部件组成，所述锻造的部件由甚至在低温下具有特高冲击阻力的特高强度钢组成，这样即使在强烈的动力荷载下也能提供良好的可靠性，其可相对容易地被焊接以产生高质量的组装件。常规使用的钢是称为60或80HLES的钢，其化学组成包含大约0.10%的碳、2-4%的镍、0.2-0.4%的硅、钼和钒的含量使得Mo+3V为0,3-0.5°/。，0.8-1.2%的锰、0.1-0.5%的铬，余量为铁、杂质和任意少量的脱氧元素。该钢用来制备诸如钢板或锻件，其被淬火并回火以得到整体上为马氏体的回火结构，也就是说，其包括多于90%的马氏体，该钢屈服强度为550-650MPa，抗拉强度为600-750MPa，断裂伸长为15-20%，沙尔皮(Charpy)韧性Kev在-8(TC下大于80J。由这些钢制成的部件通过焊接组装，其在至少15(TC的工作状态下预热以防止在冷态下断裂。对焊接条件有特别要求，因为产生的焊接缝为有相当广延边缘的焊接缝，其可产生几乎80%弹性极限的应力，还因为焊接缝在温度可以降至(TC范围水平的位置完成。需要在高温下进行预热操作，这是不利的因为会导致潜艇壳体部分之间的焊接变得格外困难。因此，需要能在不太苛刻条件下可以产生焊接缝的钢，也就是说，不需要预热，或至少在不超过IO(TC或最好5(TC时仅进行烘烤操作，而不管焊接缝相当广延的边缘，也不管现场相对低的外部温度。已经提出，尤其是在专利申请W093/24269中，由60或80HLES型钢制造的潜艇壳体的焊接条件可以通过使用电焊条来改善，该电焊条不同于应用于本领域由施工标准限定的电焊条，这些电焊条会导致产生低碳贝氏体结构(LCBS)。然而，该技术也有缺点，在受热影响区，因为由沉积金属区带来的断裂风险得以降低，但是并不能克服在焊接操作中因基体金属自身引起的断裂风险问题。
发明内容本发明的目的是通过提供一种能克服上述缺点、可用来通过装配部件来制造潜艇壳体的、具有高屈服强度的可焊接钢，其可由厚钢板或锻件构成，所述钢的屈服强度为480-620MPa，以沙尔皮(Charpy)V型韧性Kv测定的韧性在-60。C下大于50J，优选在-85。C下大于50J，这样在基体金属中断裂发生的风险会降低，该断裂由受热影响区的焊接操作引起。为此目的，本发明涉及一种用于制造潜艇壳体的钢，其特征在于其化学组成包括，以重量百分比计0.030%《C<0.080%0.040o/o《Si《0.48%0.1%《Mn《1.4%2%《Ni《4%Cr《0.3%0.30%《Mo+W/2+3(V+Nb/2+Ta/4)《0.89%MoX).15%V+Nb/2+Ta/4《0.004%Nb《0.00线Cu《0.45%AKO.1%Ti《0.04%N《0.0300%余量为铁和制备过程中产生的杂质，硼作为杂质其含量小于0.0005%，而且P+S《0.015。/q，所述化学组成满足条件410^540xC025+245[Mo+W/2+3(V+Nb/2+Ta/4)f30《460所述刚主要是马氏体或下贝氏体或主要由这两种结构的混合物构成，包含至少90。/。的马氏体或下贝氏体或这两种结构的混合物，最多为5%的残余奥氏体，最多为5%的铁素体，该钢具有480MPa-620MPa的屈服强度，在-6(TC下沙尔皮V型韧性Kev大于50J。优选地，化学组成满足下述一个或多个条件Si《0.19%Mn《l%W》0,11%2KNi《3.5%0<0.2%和优选Cr《0.09%425《540xC025+245[Mo+W/2+3(V+Nb/2+Ta/4)f30《450Ni>2.7%Mo《0.75%C《0.055%本发明还涉及一种厚度为15mm-150mm、根据本发明已进行了淬火并回火处理的锻钢或轧钢的潜艇壳体部件，而且本发明还涉及包含由焊接组装而成的本发明的部件的潜艇壳体。本发明最后涉及本发明所述钢的用途，其用来制造潜艇壳体，所述壳体包含厚度为15mm-150mm，并由焊接组装的部件，所述焊接可以在没有预热或在已预热至温度不超过25'C的部件上进行。现在将结合唯一的附图来更详细但并非限制性地描述本发明，附图阐明了焊接过程中作为强碳化物形成元素的函数的、不产生裂纹的最小温度的曲线，其通过实施例来说明。发明者以新奇并且不可预料地方式发现可以生产出比由当前已知的钢制造的潜艇部件更加易于焊接的部件，其可用于制备潜艇壳体并具备通常制造潜艇壳体的必要特征。为此目的，需要使用一种与已知钢相比其成分已被改善的钢，一方面基本上通过降低碳的含量，另一方面需要通过增加强碳化物形成元素的含量，也就是说，所述元素可以以微细而分散的硬而不脆的碳化物的形式沉淀，该钢需要有基本上为马氏体的结构，也就是说，其具有多于90°/。的马氏体，余量由少于5%的残余奥氏体和少于5°/。的铁素体组成。然而，已经发现，马氏体成分可以在不过分削弱韧性的情况下，完全或部分地由下型贝氏体取代，也就是说，以板条的形式的贝氏体，在这点上，其有与马氏体相似的显微照片表象。以该方式改善的钢的化学组成以重量百分比计，含有--多于0.03%的碳，优选多于0.035%，但少于0.080%,优选少于0.060%，甚至更优选少于0.055%，一方面，以在回火时形成硬化碳化物，而不会削弱基体金属的韧性尤其是不会削弱在焊接操作中受热影响区中的韧性；在焊接区域中受温度影响区中，已受限制的碳含量特别为了降低与马氏体转换相关的变形，其必须为了限制边缘(flanging)的影响，因此在焊接操作过程中降低了金属断裂的敏感性，-0.04%-0.48%的硅，以对液态钢液进行脱氧。然而，硅含量将优选减少并且保留为少于0.29%，优选少于0.25%，甚至更优选少于0.19%，以改善钢的热传导性，其将降低在焊接操作中热梯度的影响，因而减少了产生的机械限制，其降低了边缘焊接缝产生过程中钢断裂的敏感性，-不高于1.4%的锰以改善淬火性而不形成过大的偏析带。因为钢还含有其它淬火元素，锰并非确实必需，其含量可限制为1.2%,更优选为1.0%;也可以以痕量值存在。然而，特别为了便于钢制造，锰含量将优选为至少等于0.2%，甚至为0.6%，-至少2.1%,更优选2.5%，甚至更优选2.7%的镍，以改善淬火性，其是确保获得所需的微结构类型所必须的，也就是说，所述结构基本上是由马氏体或下贝氏体(lowerbainite)或这两种结构的混合物组成。镍含量可达5%，但实际上并且考虑到该元素的成本，其含量将优选为少于4%，甚至更优选少于3.5%，-少于0.3%，优选少于0.15%,更优选少于0.09%的铬。该碳化物形成元素并非想要的。该形成元素将形成相对的固体碳化物，其对本发明的钢的性能并没有特别的好处。因此，如果含量太高，它将消耗碳，将使碳不能获得，所述碳与其他强碳化物形成元素形成的硬化碳化物，即形成微细和分散的硬化碳化物。因此铬被看成是生产过程中的残渣。遵照与该元素含量相关的限制意味着钢必须由小心挑选的原料制造。当原料主要由铁屑这一通常铁的类型构成时，这种预防特别重要，-强碳化物形成元素，其形成细而硬的碳化物沉淀。这些元素一方面是钼和钨，另一方面是钒、铌和钽。对于这些元素，[Mo+W/2+3(V+Nb/2+Ta/4)]的总量(以重量计)必须至少为0.30%，优选为0.35%，甚至更优选为0.4%。该总量不必太高以限制对金属韧性和均质的不利影响，其来自超过所需硬化的必要的含量。因此，强碳化物形成元素的总重量保留为少于0.89%，优选少于0.69%，甚至更优选为0.59%。此外，鉴于钒、铌和钽有显著的脆性，优选钼和钨。因此，V+Nb/2+Ta/4的总重量保留为少于0.004%，并且因为铌对韧性的危害比钒大，所以其含量限制为0.004%,而且钒、铌和钽优选以痕量存在。相反地，钼的含量最小量为0.15%，更优选为0.30%，甚至更优选为0.45%。鉴于钼的使用比钩的使用更普遍也更经济，因此钼比钨优选。然而，钨的优点在于其能减少偏析区域(segregatedzone)的形成，其对金属的韧性有不利影响，因此优选锌的含量大于0,11%,-少于0.45%，更优选少于0.25%的铜，以不削弱可锻性并改善后期成型钢板的匹配性，-不高于0.10%的铝，更优选少于0.040%，但优选多于0.004%，更优选多于0.010%，以对钢进行脱氧并形成氮化铝，在热处理过程中，所述氮化铝允许控制颗粒的生长，-氮含量优选为0.0010%-0.0150%以便于生成氮化铝，其允许控制颗粒的生长；氮含量可以超过0.0150%，但其含量希望不超过0.0300%，优选不超过0.0200°/。，使得在冷或微温的状态下不削弱成型产品的匹配性，-任意不高于0.04%的钛，该元素与铝有相似的影响。然而，鉴于钛倾向于形成有很脆的沉淀物，优选将该元素含量限制为痕量。组成余量为铁和来自制造过程中的杂质。在这些杂质中，硼必须保留为痕量，也就是说，其含量少于0.0005%。这是为了阻止该元素和为氮化物和碳化物的其化合物的脆性。虽然硼是一种为了增加高弹性极限的钢的淬火性而常用的元素，但是在这种情况下，所期望的特高冲击阻力值导致硼的使用影响消失。同样在杂质中，磷和硫的含量也必须限制，以使P+S的总量保留为少于0.015%，优选少于0.012%，甚至更优选少于或等于0.009%，以不削弱钢的硬度。该限制需要特别严谨地来制造钢。目前，本领域普通技术人员，遵照这些限制，已知该如何操作。而且，为获得足够的机械性能，特别是屈服强度和抗拉强度，钢的化学组成必须使量R=540XCa25+245[Mo=W/2=3(V=Nb/2+Ta/4)f30为410-460，优选为425-450。为制造拟制造潜艇的钢板或部件，可以按如下所述进行。首先，钢以已知方式制造，例如，在电炉中，采取所有本领域普通技术人员所知的必要防范，以遵照上述钢纯度限制，接着钢以棒或板坯的形式被灌注--由其要制造的成分类型而定。棒或板坯接着在热状态下通过塑性变形生成，也就是说，通过轧辊或锻造，再热其至变形开始的温度，再热在大于1000。C的温度下进行，优选大于105(TC，甚至更优选大于IIO(TC，以限制表面缺陷。然而，再热温度必须优选保留为小于126(TC，更优选小于122(TC，以为了特别限制该阶段颗粒的过多生成。在热状态下通过塑性变形的成型过程后，制造的部件可以进行热处理操作，其涉及包含淬火处理，可以在形成开始加热也可优选在再奥氏体化之后，其温度至少等于AC3，通常约为860-950°C。可以依所有已知淬火方法获得冷却，比如使用空气、油或水，依照所需成分的硬度而定以便在淬火后获得大体上的马氏体微结构。本领域技术人员知道该如何根据具体情况选择最合适的淬火方法。淬火之后至少有一个回火处理，其优选在550-670"C的温度之间进行。使用该方法，可以获得钢板或锻件，在其整个厚度上机械性能符合所需潜艇产品，也就是说，屈服强度为480MPa-620Mpa，优选为500MPa-600Mpa，-6(TC下沙尔皮韧性Kcv大于50J。适于焊接的化学组成的性能由实施例在表1和2中分析阐明。表中的实施例，铌、钽和钛都为痕量，以使表中所示Mo+W/2+3V值等于Mo+3(V+Nb/2+Ta/4)的量；硼以少于0.0005%的痕量存在；铝为0.015%-0.025%。表1中，P+S的总量以10—3%表示。表2中，P+S的总量保留为少于0.015%。实施例1-2依照现有技术，实施例3-9和6a-9a依照本发明。实表l<table>complextableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>实施例l-9显示了以碳和以常规硅含量的强碳化合物形成元素含量表示的联合作用。实施例6a、7a、8a和9a显示了硅的特殊作用。可评估可焊性，特别是通过最低预热温度测试，其由自动边缘焊接连接以使焊接后不出现裂缝而定。测试包括在15(TC、125°C、100°C、75°C、50°C、25°C、5'C的预热温度下产生焊缝，在接合处观察以探测裂缝的出现与消失。对应于表1和表2中实施例的评估结果在唯一的附图中显示，其中所示线1代表最低无缝温度路线，其是在硅含量为0.3%时强碳化物形成元素含量的函数。当强碳化物形成元素含量增加并且同时碳含量减少时，从线上可以发现强碳化物形成元素含量直至0.6%时，最低无缝温度(minimumnon-crackingtemperature)都是下降的。超过大约0.6%后，最低无缝温度又开始上升。对应于强碳化物形成元素最高含量的铸件9-10的缝区，使用微观测试可以确定缝出现于偏析区，已发现尽管碳含量相对低，但是其硬度特别高。偏析区的高硬度值可能来自碳和强碳化合物形成元素的共偏析。通过线的测试，可以看出对于强碳化物形成元素在约为0.4%-0.65%时，可获得最佳可焊接性。线2对应于与上述实施例成分相似但有较低硅含量的钢，其显示当硅含量降低时，最低无缝温度在2(TC-25t:间下降。硅的影响可归于硅热导性的影响。通过降低硅含量…其大大削弱钢的热传导性，在受热影响区温度梯度也下降---其可降低应力值。这可由与其相似的铸件6a-9a和6-9的热传导性测试证实。该类测试将表明铸件6a和9a的热传导性比铸件6-9约大10°/。。依据本发明的钢，可以制造潜艇壳体的部件，例如，从厚度为40-60mm的钢板切割的部件，或者如厚度可达100-150mm的连接部件的锻件。使用具有上述特性的部件，可以通过在户外焊接组装来制造潜艇壳体，外界温度要能达到0。C。这些部件可以以令人满意的方式焊接—不用预热或预热不超过25°C。当使用"涂层焊条"方法时，其通常在此焊接操作时被推荐，为限制引入氢含量的规范应与最大可能程度相符，也就是说，先烘烤焊条并在干燥状态下存储。使用的焊条类型应当遵照EN757标准与如E552NiMo型号相符。实心线MIG方法—-其本质上几乎不引入氢，在任何可能使用中都是优选的，比如，G55Mn4Ni2Mo型线满足标准EN12534。在这种情况下，有关焊接方法的指示构成非限定推荐值。权利要求1.一种制造潜艇壳体的钢，其特征在于其化学组成包括，以质量％计0.030％≤C＜0.080％0.040％≤Si≤0.48％0.1％≤Mn≤1.4％2％≤Ni≤4％Cr≤0.3％0.30％≤Mo+W/2+3(V+Nb/2+Ta/4)≤0.89％Mo≥0.15％V+Nb/2+Ta/4≤0.004％Nb≤0.004％Cu≤0.45％Al≤0.1％Ti≤0.04％N≤0.0300％余量为铁和制备过程中产生的杂质，硼作为杂质其含量小于0.0005％而且P+S≤0.015％，所述化学组成满足条件410≤540×C0.25+245[Mo+W/2+3(V+Nb/2+Ta/4)]0.30≤460所述钢主要是马氏体结构，所述钢包含至少90％的马氏体，最多为5％的残余奥氏体，最多为5％的铁素体，所述钢具有480MPa-620MPa的屈服强度，在-60℃下沙尔皮V型韧性Kcv大于50J。2.如权利要求l所述的钢，其特征在于Si《0.19%3.如权利要求1或2所述的钢，其特征在于Mn《l%4.如权利要求1-3中任一项所述的钢，其特征在于W》0.11%5.如权利要求中l-4任一项所述的钢，其特征在于2KNi《3.5%。6.如权利要求中1-4任一项所述的钢，其特征在于Cr《0.15%。7.如权利要求6所述的钢，其特征在于Cr《0.09%。8.如权利要求l-7中任一项所述的钢，其特征在于425^540xC025+245[Mo+W/2+3(V+Nb/2+Ta/4)]030《450。9.如权利要求1-8中任一项所述的钢，其特征在于Ni》2.7%。10.如权利要求l-9中任一项所述的钢，其特征在于Mo《0.75%。11.如权利要求l-10中任一项所述的钢，其特征在于C《0.055%。12.如权利要求l所述的钢，其特征在于0.030%《C<0.060%0.040%《Si<0.29%0.6%《Mn<1.2%2KNi<3.5%Cr<0.15%0.40%《Mo+W/2+3(V+Nb/2+Ta/4)<0.59%Mo》0.15%V+Nb/2+Ta/4《0.004%Nb《0.004%Cu<0.25%Al<0.04%钛不存在或以痕量值存在。13.潜艇壳体部件，其厚度为15mm-150mm，其为根据权利要求1-12中任一项所述的已被淬火并回火的锻钢或轧钢。14.包含权利要求13所述部件的潜艇壳体，所述部件通过焊接组装。15.根据权利要求1-12中任一项所述钢的用途，其用于制造潜艇壳体，所述潜艇壳体包含厚度为15mm-150mm的部件并且所述部件通过焊接组装。16.根据权利要求15所述钢的用途，其特征在于通过焊接组装所述部件时不需预热或预热温度小于或等于25°C，包括当在外界温度小于ot:的位置进行焊接的情况。全文摘要一种生产潜艇壳体的钢，其特征在于其化学组成包括，以重量百分比计0.030％≤C＜0.080％；0.040％≤Si≤0.48％；0.1％≤Mn≤1.4％；2％≤Ni≤4％；Cr≤0.3％；0.30％≤Mo+W/2+3(V+Nb/2+Ta/4)≤0.89％；Mo≥0.15％；V+Nb/2+Ta/4≤0.004％；Nb≤0.004％；Cu≤0.45％；Al≤0.1％；Ti≤0.04％；N≤0.0300％。余量为铁和制备过程中产生的杂质，硼作为杂质其含量小于0.0005％，而且P+S≤0.015％，所述化学组成满足条件410≤540×C<sup>0.25</sup>+245[Mo+W/2+3(V+Nb/2+Ta/4)]<sup>0.30</sup>≤460。所述刚主要是马氏体或下贝氏体结构，包含至少90％的马氏体或下贝氏体，最多为5％的残余奥氏体，最多为5％的铁素体。所述钢具有480MPa-620MPa的屈服强度，在-60℃下CharpyV型韧性K<sub>cv</sub>大于50J。文档编号C22C38/00GK101180413SQ200680018090公开日2008年5月14日申请日期2006年5月19日优先权日2005年5月26日发明者C·萧威,J·贝居诺特申请人:法国钢铁工业公司