CN108330404B - 一种海洋用高强钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种海洋用高强钢，属于海洋用材料领域。对原有的超高强度钢原料配比进行改进，加入了Ni和Mo，镍元素使得超高强度钢综合力学性能没有劣化的同时其焊接性能得到提升，尤其是焊缝处变形得到抑制，接口强度提升；钼可以使超高强度钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，改善超高强度钢的冲击韧度。本发明使用了电磁搅拌技术实现了成分均匀化，有效细化钢坯晶粒，减少成分偏析，从而改善钢坯的表面质量；在成形步骤中，依次进行冷冲压和热冲压成型，不仅使得成形工件成形精度更高，综合力学性能也没有太多劣化；热处理工艺使成形件组织成分奥氏体化，提高其综合力学性能。

Description

一种海洋用高强钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及海洋用材料技术领域，尤其涉及一种海洋用高强钢及其制备方法。
背景技术
超高强度钢板是在高强度钢板的基础上进一步发展而来的，由于普通的冷冲压成形技术几乎无法成形，因此目前普遍采用热冲压成形工艺进行制作。相比于轻量化材料铝合金、镁合金等有更好的综合力学性能，碰撞安全系数也更高，通过一定的热处理工艺，其抗拉强度可以达到1700Mpa。因此非常适合作为船舶、潜艇、无人艇等海洋交通工具的结构强度材料。
海洋环境平台下的结构材料使用条件都极为苛刻，常年工作于海洋环境下的无人艇、潜艇的壳体材料通常是高强钢，但是因为结构的原因，高强钢在制作过程中难免会产生变形，很难做到光滑的大平面，尤其是在制作壳体材料的过程中，局部的连接处，使用传统的焊接方法都会导致高强钢产生比较严重的变形。对于潜艇无人艇机身焊缝处的变形不仅会使整个壳体的强度减弱，更容易加剧海洋环境下焊缝处与高强钢基体构成的电偶腐蚀。除此之外，由于焊接部位多用钢强度高、厚度大易造成焊接缺陷，如气孔、未熔合、夹渣、微裂纹、残余应力等，致使耐腐蚀性能不佳。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种海洋用高强钢及其制备方法。本发明提供的海洋用高强钢具有优异的焊接性能和耐蚀性能，适用于海洋环境。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种海洋用高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：C 0.10～0.15％，Si 0.20～0.25％，Mn 1.3～1.5％，Ni 0.6～0.8％，Cr 0.19％，Mo 0.3～0.5％，B 0.003％,S 0.006％，P 0.015％，余量的Fe；
所述海洋用高强钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将SAPH440钢、纯镍和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液进行轧制，得到轧制板料；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制板料依次进行冷冲压成型和热冲压成型，得到成形件；
(4)将所述步骤(3)得到的成形件依次进行热处理和淬火，得到海洋用高强钢。
优选地，所述步骤(1)中电磁搅拌的磁场强度为0.3T，电磁搅拌的时间为45min。
优选地，所述步骤(1)中电磁搅拌在结晶器中进行。
优选地，所述步骤(3)中冷冲压成型的压力为230MPa。
优选地，所述热冲压成型的压力为220～280MPa，热冲压成型的时间为18min，热冲压成型的温度为320℃。
优选地，所述步骤(3)中热冲压成型后还包括：热冲压成形产物自然冷却，得到成形件。
优选地，所述步骤(4)中热处理的温度为910℃，热处理的时间为6min。
优选地，升温至热处理温度的升温速率为10℃/min。
优选地，所述步骤(4)中淬火为水淬。
本发明还提供了上述技术方案所述海洋用高强钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将SAPH440钢、纯镍和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液进行轧制，得到轧制板料；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制板料依次进行冷冲压成型和热冲压成型，得到成形件；
(4)将所述步骤(3)得到的成形件依次进行热处理和淬火，得到海洋用高强钢。
本发明提供了一种海洋用高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：C 0.10～0.15％，Si 0.20～0.25％，Mn 1.3～1.5％，Ni 0.6～0.8％，Cr 0.19％，Mo 0.3～0.5％，B 0.003％,S 0.006％，P 0.015％，余量的Fe；
所述海洋用高强钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将SAPH440钢、纯镍和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液进行轧制，得到轧制板料；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制板料依次进行冷冲压成型和热冲压成型，得到成形件；
(4)将所述步骤(3)得到的成形件依次进行热处理和淬火，得到海洋用高强钢。
本发明对原有的超高强度钢(SAPH440钢)原料配比进行改进，加入了0.6～0.8wt％的Ni和0.3～0.5wt％的Mo，镍元素使得超高强度钢综合力学性能没有劣化的同时其焊接性能得到提升，尤其是焊缝处变形得到抑制，接口强度提升；钼可以使超高强度钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，改善超高强度钢的冲击韧度，在改善其焊接性能的同时，依然具有优良的综合力学性能，满足超高强钢的标准。且在制备过程中，本发明使用了电磁搅拌技术实现了成分均匀化，有效细化钢坯晶粒，减少成分偏析，从而改善钢坯的表面质量；在成形步骤中，依次进行冷冲压成型和热冲压成型，不仅使得成形工件成形精度更高，综合力学性能也没有太多劣化；在热冲压成型后，成形件成分以铁素体珠光体相为主，强度硬度都较差，后续的热处理工艺使成形件组织成分奥氏体化，提高其综合力学性能。后期焊接测试证明，焊缝处变形明显减小，焊缝处的强度、硬度很高，且具有优良的耐腐蚀性能。实施例的数据表明，本发明提供的海洋用高强钢屈服强度为1180～1380MPa，抗拉强度为1564～1730MPa，焊缝处腐蚀电流密度为2.62×10-8～7.34×10-8A/cm2。
具体实施方式
本发明提供了一种海洋用高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：
C 0.10～0.15％，Si 0.20～0.25％，Mn 1.3～1.5％，Ni 0.6～0.8％，Cr 0.19％，Mo 0.3～0.5％，B 0.003％,S 0.006％，P 0.015％，余量的Fe；
所述海洋用高强钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将SAPH440钢、纯镍和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液进行轧制，得到轧制板料；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制板料依次进行冷冲压成型和热冲压成型，得到成形件；
(4)将所述步骤(3)得到的成形件依次进行热处理和淬火，得到海洋用高强钢。
本发明提供了一种海洋用高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：C 0.10～0.15％，Si 0.20～0.25％，Mn 1.3～1.5％，Ni 0.6～0.8％，Cr 0.19％，Mo 0.3～0.5％，B 0.003％,S 0.006％，P 0.015％，余量的Fe。本发明对原有的超高强度钢(SAPH440钢)原料配比进行改进，加入了0.6～0.8wt％的Ni和0.3～0.5wt％的Mo，镍元素使得超高强度钢综合力学性能没有劣化的同时其焊接性能得到提升，尤其是焊缝处变形得到抑制，接口强度提升；钼可以使超高强度钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，改善超高强度钢的冲击韧度，在改善其焊接性能的同时，依然具有优良的综合力学性能，满足超高强钢的标准。
本发明将SAPH440钢、纯镍和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液。本发明对所述SAPH440钢、纯镍和纯钼的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。本发明对所述熔化的温度、时间没有特殊的限定，能够使原料熔化即可。
在本发明中，所述电磁搅拌的磁场强度优选为0.3T，电磁搅拌的时间优选为45min。本发明中，所述电磁搅拌实现了成分均匀化，有效细化钢坯晶粒，减少成分偏析，从而改善钢坯的表面质量。
在本发明中，所述电磁搅拌优选在结晶器中进行。
得到钢液后，本发明将所述钢液进行轧制，得到轧制板料。本发明对所述轧制的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的轧制方式即可，具体的，如将钢液轧辊矫直，然后轻压下轧制。
得到轧制板料后，本发明将所述轧制板料依次进行冷冲压成型和热冲压成型，得到成形件。在本发明中，所述冷冲压成型的压力优选为230MPa；冷冲压成型的温度优选为室温，不需要额外的加热或降温。
在本发明中，所述热冲压成型的压力优选为220～280MPa，更优选为240～250MPa；热冲压成型的时间优选为18min，热冲压成型的温度优选为320℃。本发明中，冷冲压成型和热冲压成型不仅使得成形工件成形精度更高，综合力学性能也没有太多劣化。
在本发明中，所述热冲压成型后还优选包括：热冲压成形产物自然冷却，得到成形件。在本发明中，所述自然冷却的终温优选为室温。
得到成形件后，本发明将所述成形件依次进行热处理和淬火，得到海洋用高强钢。在本发明中，所述热处理的温度优选为910℃，热处理的时间优选为6min。在本发明中，所述热处理优选在马弗炉中进行。本发明中，在热冲压成型后，成形件成分以铁素体珠光体相为主，强度硬度都较差，后续的热处理工艺使成形件组织成分奥氏体化，提高其综合力学性能。
在本发明中，升温至热处理温度的升温速率优选为10℃/min。
在本发明中，所述淬火优选为水淬。
本发明还提供了所述海洋用高强钢的制备方法，按照上述技术方案所述制备过程进行，在此不再赘述。
下面结合实施例对本发明提供的海洋用高强钢及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
本实施例制得的海洋用高强钢按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：C:0.10％，Si:0.20％，Mn:1.3％，Ni:0.8％，Cr:0.19％，Mo:0.5％，B:0.003％，S:0.006％，P:0.015％，余量为铁。将SAPH440钢、纯镍和纯钼熔化后转移至中间包内，在结晶器中外加磁场强度为0.3T的磁场电磁搅拌45min后进行轧制，得到轧制板料，轧制板料于230MPa下冷冲压成形，之后于220MPa、320℃下热冲压成型18min，自然冷却至室温，最后在马弗炉中加热至910℃，保温6min，之后取出工件在水中淬火，得到海洋用高强钢。
实施例2
本实施例制得的海洋用高强钢按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：C:0.15％，Si:0.25％，Mn:1.5％，Ni:0.6％，Cr:0.19％，Mo:0.5％，B:0.003％，S:0.006％，P:0.015％，余量为铁。将SAPH440钢、纯镍和纯钼熔化后转移至中间包内，在结晶器中外加磁场强度为0.3T的磁场电磁搅拌45min后进行轧制，得到轧制板料，轧制板料于230MPa下冷冲压成形，之后于280MPa、320℃下热冲压成型18min，自然冷却至室温，最后在马弗炉中加热至910℃，保温6min，之后取出工件在水中淬火，得到海洋用高强钢。
实施例3
本实施例制得的海洋用高强钢按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：C:0.10％，Si:0.20％，Mn:1.3％，Ni:0.6％，Cr:0.19％，Mo:0.3％，B:0.003％，S:0.006％，P:0.015％，余量为铁。将SAPH440钢、纯镍和纯钼熔化后转移至中间包内，在结晶器中外加磁场强度为0.3T的磁场电磁搅拌45min后进行轧制，得到轧制板料，轧制板料于230MPa下冷冲压成形，之后于220MPa、320℃下热冲压成型18min，自然冷却至室温，最后在马弗炉中加热至910℃，保温6min，之后取出工件在水中淬火，得到海洋用高强钢。
实施例4
本实施例制得的海洋用高强钢按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：C:0.15％，Si:0.25％，Mn:1.5％，Ni:0.8％，Cr:0.19％，Mo:0.3％，B:0.003％，S:0.006％，P:0.015％，余量为铁。将SAPH440钢、纯镍和纯钼熔化后转移至中间包内，在结晶器中外加磁场强度为0.3T的磁场电磁搅拌45min后进行轧制，得到轧制板料，轧制板料于230MPa下冷冲压成形，之后于280MPa、320℃下热冲压成型18min，自然冷却至室温，最后在马弗炉中加热至910℃，保温6min，之后取出工件在水中淬火，得到海洋用高强钢。
表1实施例1～4制备的海洋用高强钢的性能测试结果
实施例 1 2 3 4
屈服强度(MPa) 1380 1260 1180 1230
抗拉强度(MPa) 1730 1620 1564 1600
焊缝处腐蚀电流密(A/cm<sup>2</sup>) 2.62×10<sup>-8</sup> 5.62×10<sup>-8</sup> 4.21×10<sup>-8</sup> 7.34×10<sup>-8</sup>
由表1可以看出，本发明制得的海洋用高强钢具有优秀的焊接性能，同时保持了自身优良的力学性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种海洋用高强钢，其特征在于，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：C0.10％，Si 0.20％，Mn 1.3％，Ni 0.8％，Cr 0.19％，Mo 0.5％，B 0.003％,S 0.006％，P0.015％，余量的Fe；
所述海洋用高强钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将SAPH440钢、纯镍和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液进行轧制，得到轧制板料；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制板料依次进行冷冲压成型和热冲压成型，得到成形件；所述步骤(3)中冷冲压成型的压力为230MPa；所述热冲压成型的压力为220MPa，热冲压成型的时间为18min，热冲压成型的温度为320℃；
(4)将所述步骤(3)得到的成形件依次进行热处理和淬火，得到海洋用高强钢，所述步骤(4)中热处理的温度为910℃，热处理的时间为6min。
2.根据权利要求1所述的海洋用高强钢，其特征在于，所述步骤(1)中电磁搅拌的磁场强度为0.3T，电磁搅拌的时间为45min。
3.根据权利要求1所述的海洋用高强钢，其特征在于，所述步骤(1)中电磁搅拌在结晶器中进行。
4.根据权利要求1所述的海洋用高强钢，其特征在于，所述步骤(3)中热冲压成型后还包括：热冲压成形产物自然冷却，得到成形件。
5.根据权利要求1所述的海洋用高强钢，其特征在于，升温至热处理温度的升温速率为10℃/min。
6.根据权利要求1所述的海洋用高强钢，其特征在于，所述步骤(4)中淬火为水淬。
7.权利要求1～6任意一项所述海洋用高强钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将SAPH440钢、纯镍和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液进行轧制，得到轧制板料；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制板料依次进行冷冲压成型和热冲压成型，得到成形件；
(4)将所述步骤(3)得到的成形件依次进行热处理和淬火，得到海洋用高强钢。
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