一种高强度高低温韧性的船用结构钢及其制备方法

本发明涉及船用钢铁材料的制备，尤其涉及一种高强度高低温韧性的船用结构钢及其制备方法。

背景技术：

1、随着海洋工程结构的不断发展以及对深海远洋探索的不断深入，对于船用结构钢的使用条件要求也越来越苛刻，要求在极寒条件下船只在经受强烈冲击的载荷下不容许发生脆性断裂，这就对于船用结构钢的强度和低温冲击韧性提出了更高的要求。因此，开发具备超高强度高低温韧性的船用结构钢成为现实所需。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高强度高低温韧性的船用结构钢及其制备方法，本发明所述船用结构钢在具有高结构钢强度的同时，还具有高低温韧性。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种高强度高低温韧性的船用结构钢，按照质量百分比计，包括以下元素：c：0.08～0.12％，si：0.18～0.22％，mn：0.48～0.58％，cr：0.48～0.58％，ni：4.3～4.6％，v：0.04～0.06％，mo：0.35～0.45％，ti：0.03～0.10％，p：≤0.008％，s：≤0.008％，o：≤0.001％，余量为fe。

4、优选的，所述高强度高低温韧性的船用结构钢的主相为回火马氏体，硬度为25～35hrc，屈服强度为840～900mpa，抗拉强度为860～930mpa，韧脆转变温度为-120～-100℃。

5、本发明还提供了上述技术方案所述的船用结构钢的制备方法，包括以下步骤：

6、按照上述技术方案所述船用结构钢的元素组成，将反应原料依次进行熔炼和浇铸，得到钢锭；

7、将所述钢锭依次进行高温均质化处理、高温扩散退火、锻造、热轧、第一热处理和第二热处理，得到高强度高低温韧性的船用结构钢。

8、优选的，所述熔炼的过程包括：将金属镍、金属钼、金属铬和金属铁混合，熔化后，在真空条件下依次加入石墨碳、钒、锰和钛进行熔炼脱氧；

9、加入石墨碳后进行熔炼脱氧的方式为真空碳脱氧。

10、优选的，所述高温均质化处理的温度为1100～1200℃，保温时间为9～12h。

11、优选的，所述高温扩散退火的温度为1200℃，时间为2h。

12、优选的，所述锻造采用750空气锤将所述高温扩散退火得到的原坯锻造成方坯；

13、所述锻造的温度为950～1150℃，所述锻造的方式为自由锻。

14、优选的，所述热轧的过程为：将所述锻造后的方坯加热至1200℃保温2h后，经多道次热轧成厚度为12mm的热轧板；

15、所述多道次热轧的开轧温度为1150℃，终轧温度为950℃。

16、优选的，所述第一热处理的温度为830～900℃，保温时间为3h。

17、优选的，所述第二热处理的温度为620～650℃，保温时间为2h。

18、本发明提供了一种高强度高低温韧性的船用结构钢，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下元素：c：0.08～0.12％，si：0.18～0.22％，mn：0.48～0.58％，cr：0.48～0.58％，ni：4.3～4.6％，v：0.04～0.06％，mo：0.35～0.45％，ti：0.03～0.10％，p：≤0.008％，s：≤0.008％，o：≤0.001％，余量为fe。本发明所述高强度高低韧性的船用结构钢通过添加ti可以在晶界等处析出ti的纳米级碳氮化物，有效细化晶粒，有利于船用结构钢的焊接及热加工性能的改善，有助于提高成材率，增加经济效益。同时ti的微合金化对船用结构钢进行强化作用不会增强裂纹敏感性，有助于生产处易于焊接的超高强度高低温韧性船用结构钢；

19、本发明还提供了上述技术方案所述的船用结构钢的制备方法，包括以下步骤：按照上述技术方案所述船用结构钢的元素组成，将反应原料依次进行熔炼和浇铸，得到钢锭；将所述钢锭依次进行高温均质化处理、高温扩散退火、锻造、热轧、第一热处理和第二热处理，得到高强度高低温韧性的船用结构钢。与现有技术相比，本发明所述制备方法具有以下有益效果：1)本发明在合金中添加ti元素进行微合金化，可在高温奥氏体化过程中析出纳米级碳氮化物，从而在大角度晶界处沉淀，进而延缓奥氏体化过程中晶粒的再结晶和长大过程，起到晶粒细化的作用，而晶粒细化是唯一一种既能提高强度又能提高韧性的强化方式；2)ti的微合金化对船用结构钢进行强化作用不会增强裂纹敏感性，有助于生产处易于焊接的超高强度高低温韧性船用结构钢；3)本发明对于船用结构钢进行锻造+热轧的双重热加工处理，能够起到进一步细化晶粒的作用，对于船用结构钢的强化作用进一步提高；4)利用上述制备方法制备得到的船用结构钢的硬度为25～35hrc，屈服强度为840～900mpa，抗拉强度为860～930mpa，韧脆转变温度(dbtt)为-120～-100℃；氧含量≤10ppm，极低的氧含量有助于降低大尺寸氧化物夹杂的形成，有利于后续的材料加工，提高材料加工的成材率，提高经济效益。

技术特征：

1.一种高强度高低温韧性的船用结构钢，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下元素：c：0.08～0.12％，si：0.18～0.22％，mn：0.48～0.58％，cr：0.48～0.58％，ni：4.3～4.6％，v：0.04～0.06％，mo：0.35～0.45％，ti：0.03～0.10％，p：≤0.008％，s：≤0.008％，o：≤0.001％，余量为fe。

2.如权利要求1所述的船用结构钢，其特征在于，所述高强度高低温韧性的船用结构钢的主相为回火马氏体，硬度为25～35hrc，屈服强度为840～900mpa，抗拉强度为860～930mpa，韧脆转变温度为-120～-100℃。

3.权利要求1或2所述的船用结构钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的过程包括：将金属镍、金属钼、金属铬和金属铁混合，熔化后，在真空条件下依次加入石墨碳、钒、锰和钛进行熔炼脱氧；

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高温均质化处理的温度为1100～1200℃，保温时间为9～12h。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高温扩散退火的温度为1200℃，时间为2h。

7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锻造采用750空气锤将所述高温扩散退火得到的原坯锻造成方坯；

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热轧的过程为：将所述锻造后的方坯加热至1200℃保温2h后，经多道次热轧成厚度为12mm的热轧板；

9.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一热处理的温度为830～900℃，保温时间为3h。

10.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第二热处理的温度为620～650℃，保温时间为2h。

技术总结
本发明涉及船用钢铁材料的制备技术领域，尤其涉及一种高强度高低温韧性的船用结构钢及其制备方法。本发明提供了一种高强度高低温韧性的船用结构钢，按照质量百分比计，包括以下元素：C：0.08～0.12％，Si：0.18～0.22％，Mn：0.48～0.58％，Cr：0.48～0.58％，Ni：4.3～4.6％，V：0.04～0.06％，Mo：0.35～0.45％，Ti：0.03～0.10％，P：≤0.008％，S：≤0.008％，O：≤0.001％，余量为Fe。本发明所述船用结构钢在具有高结构钢强度的同时，还具有高低温韧性。

技术研发人员：董艳伍,邹涛,姜周华,刘浩杰,杜书扬
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12