CN108624809A - 优良的耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

优良的耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板及其制造方法，其成分重量百分比为：C 0.025～0.055％、Si≤0.10％、Mn 0.45～0.85％、P≤0.013％、S≤0.0050％、Cr 11～16％、Mo 0.85～1.25％、Ni 4.50～6.50％、Nb 0.05～0.08％、Ti 0.008～0.018％、Ca 0.0015～0.0040％、其余为Fe和不可避免杂质。本发明钢采用超低C－低Mn‑高Cr－高Ni‑(Nb+Ti)微合金化的成分体系，与在线调质工艺相匹配，获得抗高SR特性参数处理软化与脆化的超高强度钢板；不仅具有超高强度(屈服强度Rel/Rp_0.2≥920MPa、抗拉强度Rm≥980MPa)、高延伸率A₅≥14％、优良的超低温韧性(‑84℃Akv≥47J)与焊接性；而且具有优良的耐海水腐蚀特性、抗疲劳特性及抗环境脆性特性。

Description

优良的耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢 板及其制造方法

技术领域

本发明涉及超高强度钢板，特别涉及一种优良的耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板及其制造方法，该钢板不仅具有超高强度(屈服强度Rel/Rp0.2≥920MPa、抗拉强度Rm≥980MPa)、高延伸率(A5≥14％)、优良的超低温韧性(-84℃Akv≥47J)与焊接性；而且具有优良的耐海水腐蚀特性、抗疲劳特性及抗环境脆性特性。

背景技术

众所周知，高强度钢板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。高强度钢板性能取决于其化学成分与制造工艺，其中强度、韧性、塑性及焊接性是低碳(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，人们对超高强钢板的韧性、塑性、焊接性、耐海水腐蚀及疲劳性能提出更高的要求，即钢板在超低温状态下(≤-60℃)，具有抗脆性断裂及塑性失稳断裂能力，并且在相对较低的制造成本条件下，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，减轻钢构件的自身重量、稳定性和安全性，更为重要的是为进一步提高钢构件冷热加工性及服役过程中的安全可靠性。

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、复相结构精细化设计和革新制造工艺技术(TMCP及DQ)获得更好的显微组织匹配，超细化组织与结构，使超高强调质钢板获得更优良的塑韧性、焊接性、耐疲劳性能及环境脆性。

近年来，随着深海区域的海洋资源开发、超高速舰船开发与制造、重装设备不断大型化、巨型化发展，传统1000MPa级超高强度调质钢板不能满足上述大型工程建设及装备巨型化、高性能化的发展，主要表现在超高强度调质钢板耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性存在一定的缺陷，无法满足高速运动、高频载荷条件下的服役要求，因此开发具有耐海水腐蚀、抗高周疲劳性能、高的冷热加工特性及优良焊接性的超高强度调质钢板刻不容缓，以解决我国海洋重大工程建设、高速舰船制造及巨型装备制造专用的特种钢板，减少国外对我国高端钢材的技术封锁与进口钢材的使用限制。

现有抗拉强度≥980MPa的高强度钢板主要通过离线调质工艺(即RQ+T)生产；但是对于钢板厚度≤60mm，也可以采用在线调质工艺来生产(即DQ+T)；为了获得超高强度，钢板必要具有足够高的淬透性，即钢板淬透性指数DI≥3.50×成品钢板厚度〖DI＝0.311(％C)^1/2[(1+0.64(％Si)]×[(1+4.10(％Mn)]×[(1+0.27(％Cu)]×[(1+0.52(％Ni)]×[(1+2.33(％Cr)]×[(1+3.14(％Mo)]×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、V等合金元素，尤其Ni含量添加到2.00％以上，导致钢板的碳当量、冷裂纹敏感指数较高，严重影响钢板的焊接性；此外，高合金含量的钢板表(亚)面层易产生过淬火，形成粗大的马氏体组织，使钢板表(近)面层的低温韧性与延伸率严重劣化【电力土木(日文)，1986，Vol.201，P33；鉄と鋼，1986，Vol.72，S612；鉄と鋼，1986，Vol.72，S614；鉄と鋼，1985，Vol.71，S1523；鉄と鋼，1986，Vol.72，S615；鉄と鋼，1986，Vol.73，S1398；川崎制铁技报(日文)，1988，Vol.20，P233；制铁研究(日文)，1986，Vol.322，P99；CAMP-ISIJ日文)，1989，Vol.3，P207；NKK技报(日文)，1990，Vol.133，P37；电力土木(日文)，1994，Vol.249，P1；住友金属(日文)，1995，Vol.47，P1；西山記念技术講座191-192，2008，P162】；较低的延伸率、低温韧性不仅不利于钢板冷热加工性能，而且对钢板的抗疲劳性能、抗应力集中敏感性、抗裂性及结构稳定性影响较大；在海洋资源开发装备、超高速舰船开发与制造、巨型重装设备等疲劳重载结构上使用时，存在安全较大的隐患；因此大型疲劳重载钢结构采用超高强钢时，一般希望100公斤级高强钢不仅具有优良的强韧性、强塑性匹配及焊接性，而且延伸率确保在14％以上，以保证钢板加工性能与抗疲劳性能。现有大量专利与技术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，也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，更没有指出如何防止钢板表(亚)面层过淬(日本专利昭63－93845、昭63－79921、昭60－258410、特平开4－285119、特平开4－308035、平3－264614、平2－250917、平4－143246、美国专利USPatent5798004、欧洲专利EP 0288054A2、【西山纪念技术讲座第159-160，P79～P80】)。

还有如中国专利ZL201410300731.8、ZL201110445792.X、ZL201110178632.3、ZL201110071217.8、ZL201010227961.8公开的系列超高强度、高韧性的调质钢板，基本解决了超高强度钢板强韧性、强塑性匹配、超低温韧性、高的冷热加工特性等问题，钢板具有优良的焊接性与焊接工艺性，但是对于超高强度钢板的耐海水腐蚀性、抗高周疲劳性能及环境脆性特性基本没有涉及，也没有开发出用于高速动态载荷下的超高强度调质钢板。

发明内容

本发明的目的在于设计一种优良的耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板及其制造方法，该钢板不仅具有超高强度(屈服强度Rel/Rp_0.2≥920MPa、抗拉强度Rm≥980MPa)、高延伸率(A₅≥14％)、优良的超低温韧性(-84℃Akv≥47J)与焊接性；而且具有优良的耐海水腐蚀特性、抗疲劳特性及抗环境脆性特性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是；

本发明钢板采用超低C－低Mn-高Cr－高Ni-(Nb+Ti)微合金化的成分体系，通过合金组合设计与在线调质工艺(即DQ+T)相匹配，控制残余奥氏体稳定化指数A/T_c≥0.025，Cr当量(即耐海水腐蚀指标)≥16.00，回火碳氮化物析出指数η×T_t≥770，优化在线淬火及后续离线回火工艺，获得均匀细小的超低碳回火马氏体组织+极少量的残余奥氏体组织，回火马氏体晶团平均尺寸≤20μm[均匀细小马氏体组织可以得到高强度、高韧性，极少量残余奥氏体组织可以改善钢板的低温韧性、延伸率、(高周)疲劳性能、降低环境脆性敏感性]，获得超高强度、优良的超低温韧性、高的冷热加工特性、优良的耐海水腐蚀特性、抗高周疲劳性能、抗环境脆性及焊接性，特别适用于高速运动、高频载荷条件下服役的深海区域海洋结构、超高速舰船结构及巨型重装设备等。

为获得优良的冷热加工特性，钢板具有高延伸率(尤其高的均匀延伸率)，本发明钢种开发摒弃了传统超高强度调质钢板采用添加微量的B元素来提高钢板的淬透性，通过控制微量B元素≤0.0003％，均匀细化回火马氏体晶团尺寸，锯齿化马氏体晶团晶界亚结构，即使马氏体晶团晶界亚结构由光滑状态，变成相互咬合嵌入状态，提高马氏体晶团晶界裂纹(尤其疲劳裂纹)扩展阻力，强化马氏体晶团晶界结合力，减少马氏体晶团晶界的应力集中，大幅度提高单相回火马氏体钢板延伸率延伸率(尤其均匀延伸率)、抗应变时效脆化，提升钢板的冷热加工特性及抗高周疲劳性能。为改善超高强度调质钢板的焊接性，大幅度降低焊接冷裂纹敏感性与焊接接头脆硬性，本发明钢板采用超低碳成分设计体系。

为获得超高强度与优良的耐海水腐蚀性，本发明钢板采用高Cr成分体系，通过向钢中添加大量合金元素铬，提高钢板的淬透性，确保在线淬火过程中钢板得到超低碳回火马氏体组织+极少量的残余奥氏体组织；此外，高铬含量促使钢板在海水中，其表面快速形成高铬含量的氧化非晶致密钝化层，提高钢板耐海水腐蚀性及抗环境脆性；

此外，添加向钢中添加适量的Mo，可以进一步提高与稳定钢板的淬透性，提高钢板屈服强度、抗拉强度及抗高SR特性参数处理所导致的钢板强度下降的同时，延长钢板回火特性平台，扩大后续热处理工艺窗口，降低钢板热处理的难度，提升钢板热处理工艺的成功率。

为保证钢板的超低温韧性，改善高温、长时间焊后消应处理(即高SR特性参数处理)所导致的钢板强度下降(即钢板软化)与低温韧性的劣化(即钢板脆化)，钢中需要平衡添加一定量的合金元素Ni与微量合金元素Nb；添加一定量的合金元素Ni主要是进一步稳定钢板淬透性、相变细化马氏体晶团尺寸及增加马氏体板条之间的位向差、改善低温条件下BCC金属螺型位错(回火马氏体为BCC晶体结构)可动性，大幅度提升钢板的超低温韧性与抗高SR参数处理所导致钢板脆化，此外Ni还能抑制高Cr钢中由于添加Mo而产生的高温δ铁素体相形成(BCC晶体结构)，改善钢板高温加工特性。

为保证钢板具有足够高的屈服强度、抗拉强度及抗高SR特性参数处理软化(经过高温、长时间焊后消应处理后，钢板的屈服强度、抗拉强度大幅度降低)，添加适量的合金元素Nb，通过Nb在回火过程中在板条马氏体内细小弥散地析出，提高钢板的屈服强度、抗拉强度及抗高SR特性参数处理所造成的软化。对钢板进行微Ti处理，保证钢中TiN以细小弥散地状态析出，降低板坯加热、钢板轧制、后续焊接过程中，奥氏体晶粒长大，均匀、细化成品钢板回火马氏体晶团尺寸，提升母材钢板及焊接接头强度与超低温韧性。

具体的，本发明的优良的耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板，其成分重量百分比为：

C：0.025％～0.055％

Si：≤0.10％

Mn：0.45％～0.85％

P：≤0.013％

S：≤0.0050％

Cr：11.00％～16.00％

Mo：0.85％～1.25％

Ni：4.50％～6.50％

Nb：0.05％～0.08％

Ti：0.008％～0.018％

Ca：0.0015％～0.0040％

其余为Fe和不可避免杂质；且上述元素含量必须同时满足如下关系：

控制残余奥氏体稳定化指数A/T_c≥0.025；

Au为残余奥氏体稳定化指数，Au＝3.85+67.17[(％C)+(％N)]+5.86[(％Cu)+(％Ni)+(％Mn)]-0.21(％Al)-2.75[(％P)+(％S)]-1.15[(％Cr)+(％Mo)]-0.89(％Si)；T_c为钢板在线加速冷却开冷温度，即在线淬火温度，单位为℃；

Cr当量≥16.00，Cr当量＝Cr+0.367Mo+0.672Ni-0.431Mn；

碳氮化物析出强度指数η×T_t≥770，其中η当量＝3.06Nb+Mo；T_t为钢板回火温度，单位为℃。

在本发明钢成分设计中：

C对超高强度调质钢的强度、低温韧性、延伸率及焊接性影响很大，对于高Cr含量的超高强度调质钢的低温韧性和焊接性角度，希望钢中C含量控制得越低越好；但是过低C含量弱化奥氏体晶界结合力，降低回火过程中碳化物的析出强化效果，适宜的C含量控制在0.025％～0.055％。

Si促进钢水脱氧并能够提高钢板强度，但是采用Al脱氧的钢水，Si的脱氧作用不大；Si虽然能够提高钢板的强度，但是Si严重损害钢板(尤其超高强调质钢板)的低温韧性、延伸率及焊接性，尤其在较大热输入焊接条件下，Si不仅促进M-A岛形成，而且形成的M-A岛尺寸较为粗大、分布不均匀，严重损害焊接热影响区(HAZ)韧性和焊接接头SR性能，因此钢中的Si含量应尽可能控制得低，考虑到炼钢过程的经济性和可操作性，Si含量控制在0.10％以下。

对于超高强度调质钢板，Mn虽然可以提高钢板淬透性与强度，但Mn提高马氏体钢的本征脆硬度、粗化马氏体晶团尺寸、增大马氏体板条宽度，恶化单相马氏体高强度钢板塑性(降低冷机械加工特性)、低温韧性及抗疲劳裂纹扩展能力；此外，在较高合金含量的钢中，Mn进一步促进钢水凝固偏析、扩大偏析区域，并易在偏析偏析区形成带状MnS夹杂物，提高钢板环境脆性的敏感性；最后，Mn极大提高超高强度钢板环境冷裂纹敏感性、促进焊接热影响区脆化，降低钢板的焊接性与焊接工艺性，因此对于高铬单相马氏体超高强度钢板，适宜的Mn含量0.45％～0.85％之间。

P作为钢中有害夹杂对超高强度调质钢板的机械性能，尤其低温冲击韧性、延伸率、焊接性及焊接接头高参数SR性能具有巨大的损害作用，理论上要求越低越好；但考虑到炼钢可操作性和炼钢成本，对于要求优良低温韧性与焊接性、优良的抗高周疲劳特性与环境脆性的高铬单相超高强度调质钢板，P含量需要控制在≤0.013％。

S作为钢中有害夹杂对超高强度调质钢板的低温韧性具有很大的损害作用，更重要的是S在钢中与Mn结合，形成MnS夹杂物，在热轧过程中，MnS的可塑性使MnS沿轧向延伸，形成沿轧向MnS夹杂物带，严重损害钢板的低温冲击韧性、延伸率、Z向性能、焊接性及焊接接头高参数SR性能，严重劣化抗疲劳性能，大幅度提高超高强度调质钢板环境脆性的敏感性，理论上要求越低越好；但考虑到炼钢可操作性、炼钢成本和物流顺畅原则，对于要求优良低温韧性与焊接性、优良的抗高周疲劳特性与环境脆性的高铬单相超高强度调质钢板，S含量需要控制在≤0.0030％。

Cr作为本发明的高铬单相超高强度调质钢板最关键合金元素之一，不仅确保钢板具有足够的淬透性，保证在淬火过程中钢板得到单相马氏体组织而获得超高强度；其次，高铬含量促使钢板浸泡在海水过程中，短时间内快速在钢板表面形成高铬含量的氧化非晶致密钝化层，抑制海水对钢板的进一步腐蚀，保证钢板具有优良的耐海水腐蚀性，同时氧化非晶致密钝化层阻止钢板表面腐蚀产生的H原子进入钢板内部而导致的环境脆性(即氢致延迟裂纹)，因此需要添加足够的Cr含量方可达到上述两个目的。当Cr含量低于11％时，钢板强度及抗疲劳性能低下、耐海水腐蚀性及抗环境脆性能力较差，不能满足用户需求；当Cr含量高于15％时，钢板焊接性严重劣化，易产生焊接冷裂纹与焊接热影响区脆化；因此适宜的Cr含量在11％～16％之间。

添加Mo提高钢板的淬透性，促进马氏体形成，但是Mo作为强碳化物形成元素，在促进马氏体形成的同时，增大马氏体晶团尺寸且形成的马氏体板条间位向差很小，减小裂纹穿过马氏体/贝氏体晶团的阻力，Mo在大幅度提高调质钢板强度的同时，降低了调质钢板的低温韧性、延伸率、抗环境脆性及高温热加工性；并且当Mo添加过多时，不仅严重损害钢板的延伸率、焊接性及焊接接头高参数SR性能，而且增加钢板SR脆性和生产成本；但是对于超高强度调质钢板，必须有一定的Mo含量，以保证钢板具有足够的淬透性与抗回火软化性。因此综合考虑Mo的相变强化作用及对母材钢板低温韧性、延伸率和焊接性的影响，Mo含量控制在0.85％～1.25％之间。

添加Ni不仅可以提高BCC相中位错可动性，促进位错交滑移，而且增大马氏体板条间位向差；Ni作为奥氏体稳定化元素，降低Ar₃点温度，细化马氏体晶团尺寸，因此Ni具有同时提高调质钢板强度、延伸率和低温韧性、抗疲劳性能及抗环境脆性特性(在热处理过程中促进与稳定残余奥氏体，降低超高强度调质钢板环境脆性敏感性)的功能，此外Ni还可以抑制高温δ铁素体相形成(BCC晶体结构)，改善钢板轧制及热成型型具有重大意义。因此从理论上讲，钢中Ni含量在一定范围内越高越好，但是过高的Ni含量会硬化焊接热影响区，对钢板的焊接性及焊接接头高参数SR性能不利；综上所述，适宜的Ni含量控制在4.50％～6.50％。

钢中添加微量的Nb元素目的是进行未再结晶控制轧制、细化在线淬火钢板马氏体晶团尺寸与block单元尺寸，促进Nb(C，N)粒子在回火马氏体板条上细小弥散的提出，提高钢板的强度与抗高参数SR软化，改善钢板表(亚)面层淬火组织，防止钢板表(亚)面层过度淬火，提高超高强度调质钢板强度、塑性、低温韧性、抗疲劳性能，为达到上述目的，Nb含量下限不得低于0.05％；当Nb含量超过0.08％时，严重劣化钢板的焊接性，尤其造成焊接热影响区严重硬化与脆化。

Ti含量在0.008％～0.018％之间，抑制板坯加热、热轧过程中奥氏体晶粒过分长大，改善钢板低温韧性，更重要的是抑制焊接过程中HAZ晶粒长大，改善HAZ韧性；此外，Ti具有固N作用，消除钢中自由N，改善超高强度调质钢板马氏体组织的塑韧性；当Ti含量超过0.018％时，过剩Ti在马氏体板条上及晶团界上以TiC共格析出，严重脆化钢板显微组织，当Ti含量低于0.010％，对板坯加热、轧制及焊接热循环过程中的奥氏体晶粒长大的抑制作用有限。

对钢进行Ca处理，一方面可以进一步脱S而纯洁钢液，另一方面对钢中硫化物进行变性处理，使之变成不可变形的、稳定细小的球状硫化物、抑制S的热脆性、提高钢板的低温韧性、延伸率、抗疲劳性能、Z向性能，降低超高强度调质钢板环境脆性的敏感度，改善钢板韧性的各向异性与焊接性，此外采用Ca处理，改善钢水的浇注，防止水口瘤；Ca加入量的多少，取决于钢中S含量的高低，Ca加入量过低，处理效果不大；Ca加入量过高，形成Ca(O，S)尺寸过大，脆性也增大，可成为断裂裂纹起始点，降低钢的低温韧性、延伸率及钢板的焊接性，同时还降低钢质纯净度、污染钢液。一般控制Ca含量按ESSP＝(wt％Ca)[1-1.24(wt％O)]/1.25(wt％S)，其中ESSP为硫化物夹杂形状控制指数，取值范围0.5～5之间为宜，因此Ca含量的合适范围为0.0010％～0.0040％。

控制残余奥氏体稳定化指数A/T_c≥0.025；本发明钢板关键核心技术之一，控制钢中残余奥氏体含量在适宜的范围内的同时，作为塑韧性相--残余奥氏体具有高的热稳定性、机械稳定性及化学稳定性，即在温度、应力及酸碱环境下，残余奥氏体不发生马氏体相变。

①残余奥氏体作为塑韧性相，在裂纹尖端(包括疲劳裂纹)扩展过程中遇到奥氏体相时，奥氏体相发生塑性形变，消耗裂纹扩展的能量，增加了裂纹扩展的阻力，裂纹尖端发生钝化而导致裂纹停止扩展，提升了超高强度调质钢板的延伸率(即改善钢板的冷热机械加工特性)、低温韧性、抗疲劳性能(尤其抗高周疲劳性能)；

②残余奥氏体作为第二相，具有进一步细分化马氏体晶团及其内部的亚结构，提升超高强度调质钢板强韧性、强塑性匹配；

③氢在奥氏体中的化学位远低于铁素体(或马氏体)，通过表面腐蚀产生的氢，迅速扩散进入奥氏体中，即奥氏体对钢中的氢具有净化作用，抑制了氢聚集在马氏体组织中而产生氢致延迟裂纹(即环境脆性)；

④氮在奥氏体中的化学位远低于铁素体(或马氏体)，钢中的氮迅速扩散进入奥氏体中，即奥氏体对钢中的氮具有净化作用，避免了固溶氮对马氏体组织的严重脆化与硬化，极大的提高了马氏体组织的本征韧性与塑性；其中Au为残余奥氏体稳定化指数，A＝3.85+67.17[(％C)+(％N)]+5.86[(％Cu)+(％Ni)+(％Mn)]-0.21(％Al)-2.75[(％P)+(％S)]-1.15[(％Cr)+(％Mo)]-0.89(％Si)；T_c为钢板在线加速冷却开冷温度(即在线淬火温度)，单位为℃。

Cr当量(即耐海水腐蚀指标)≥16.00，本发明钢板关键核心技术之一，①保证钢板在海水中服役条件下，其表面快速形成高铬含量的氧化非晶致密钝化层，提高钢板耐海水腐蚀性，阻止钢板表面腐蚀产生的氢向钢中扩散，对钢板抗环境脆性具有一定的作用；②保证钢板具有足够的淬透性，确保钢板获得超高强度的同时，强韧性、强塑性匹配优良；其中Cr当量＝Cr+0.367Mo+0.672Ni-0.431Mn。

碳氮化物析出强度指数η×T_t≥770，本发明钢板关键核心技术之一，保证在一定的回火温度下，析出数量足够、细小弥散的铌碳氮化物与钼的碳化物粒子，提高钢板强度尤其屈服强度、钢板抗回火软化特性，满足钢板焊接各种高温、长时间的消应热处理；其中η当量＝3.06Nb+Mo；T_t为钢板回火温度，单位为℃。

以上关系式中的成分数据按百分数计算，如碳含量为0.10％，关系式计算时，用0.10带入计算即可。

本发明的优良的耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按权利要求1所述成分冶炼，连铸成坯；连铸中间包浇注平均过热度ΔT控制在8～23℃，二次冷却段采用弱冷，二次冷却段比水量为≤0.60升/吨钢；

2)板坯加热

板坯加热温度设定为1100～1170℃；

3)轧制

第一阶段为普通轧制，普通轧制过程中，轧机以不间断的模式，连续将出炉板坯轧制到中间坯待温厚度；

第二阶段采用未再结晶控制轧制，控轧开轧温度800℃～860℃，轧制道次压下率≥8％，累计压下率≥50％，终轧温度760℃～800℃；

4)冷却

未再结晶控轧结束后，钢板立即运送到加速冷却，对钢板进行在线淬火冷却，淬火开冷温度控制在700℃～730℃，冷却速度≥5℃/s，停冷温度≤200℃，随后钢板自然空冷至室温；

5)回火热处理

钢板回火温度为650～750℃，回火保持时间≥50min，回火结束后钢板自然空冷至室温。

在本发明钢板制造工艺中：

1、本发明采用板坯低温加热技术，以细化原始奥氏体晶粒尺寸，但考虑到确保铌碳氮化物完全固溶，板坯加热温度又不能过低，否则钢中铌碳氮化物不能固溶而不能发挥au-forming工艺作用及铌的析出强化作用；两者权衡并结合钢中C含量，板坯加热温度设定为1100℃～1170℃之间。

2、热轧，第一阶段为普通轧制，普通轧制过程中，轧机以不间断的模式，连续将出炉板坯轧制到中间坯待温厚度，最大程度地细化奥氏体晶粒。

第二阶段采用未再结晶控制轧制，控轧开轧温度800℃～860℃，轧制道次压下率≥8％，累计压下率≥50％，终轧温度760℃～800℃，保证奥氏体未再结晶轧制效果(控轧过程中形成的点缺陷、位错及层错等晶体缺陷)保留在钢中的同时，防止钢板在快速冷却前(即在线淬火前)发生敏化、沿晶型铬碳化物Cr₂₃C₆析出，劣化高锰钢板抗应力腐蚀开裂特性。

未再结晶控轧结束后，钢板立即以辊道的最大输送速度运送到DQ加速冷却设备处，摆动钢板进行开冷温度的调整控制，当钢板温度达到目标开冷温度时，对钢板进行在线淬火冷却，淬火开冷温度控制在700℃～730℃，冷却速度≥5℃/s，停冷温度≤200℃，随后钢板自然空冷至室温。

3、回火热处理工艺

钢板回火温度(板温)为650～750℃，钢板相对较薄时回火温度偏上限、钢板相对较厚时回火温度偏下限，回火保持时间≥50min，回火结束后钢板自然空冷至室温。

本发明的有益效果是：

本发明采用Cr、Mo、Ni、Nb等合金元素的组合设计与在线淬火(DQ)相结合，在添加较少Ni合金量的条件下，通过在线淬火工艺，钢板获得超高强度、高韧性、优良焊接性及耐海水腐蚀特性的同时，钢板抗疲劳性能与抗环境脆性也同样优异，成功地解决了钢铁材料的超高强度化与抗疲劳性能与抗环境脆性之间的相互制约、很难平衡的矛盾；其次，解决了钢板材料的超高强度化与焊接性的相互制约、很难平衡的矛盾；其次，本发明技术成分发挥了au-forming工艺的潜能，实现以水代金、以水代碳，大幅度降低了钢板C与合金含量，改善了超高强度钢板的焊接性；最后，通过在线淬火替代离线淬火，大幅度降低了制造成本、缩短制造周期，实现了低成本制造。钢板良好的焊接性节省了用户钢构件制造的成本，缩短了用户钢构件制造的时间，为用户创造了巨大的价值。

附图说明

图1为本发明实施例5的显微组织(1/4厚度)照片。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

本发明钢板成分实施例参见表1，表2～表5为本发明钢板制造工艺。表6为本发明钢板性能。

根据本发明钢的成分体系，连铸工艺采用垂直立式连铸机、低过热度浇铸，连铸中间包浇注平均过热度ΔT控制在8℃～23℃，二次冷却段采用弱冷，二次冷却段比水量为≤0.60升/吨钢。

从图1可以看出，本发明钢中的显微组织为均匀细小的超低碳回火马氏体组织+极少量的残余奥氏体组织，回火马氏体晶团平均尺寸≤20μm。

本发明耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板主要用作制造海洋工程建设、高速舰船及巨型装备特殊构件制造，广泛应用于国民经济重大工程建设、海洋开发、重大装备制造及军事装备工业，是国家2025高端制造的关键性战略基础性材料，目前国内各大钢厂目前均采用普通国标Q960E/F系列、欧标S960QL1系列，钢板不仅耐海水腐蚀性差，更为重要的是钢板耐疲劳性能、抗环境脆性(超高强度钢板最重要的服役性能之一)较差，不能满足钢板长期稳定服役的要求，容易造成疲劳损坏及环境脆性破坏，严重危及工程、重大装备及军事设施的安全，该类钢板目前需从日本、德国等钢铁强国进口；不仅交货期无法保证，迫使用户在设计图纸出来前，提前订购具有一定尺寸余量钢板，以便设计图纸出来后，根据设计图纸要求的钢板尺寸要求裁剪钢板，导致材料巨大的浪费；而且钢板必须指定特定的民用工程建设、民用装备制造，严重损坏我国国家利益。

近年来，随着深海区域的海洋资源开发、超高速舰船开发与制造、重装设备不断大型化、巨型化发展，耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板需求量逐年提高，单个工程及装备的用量越来越大，不仅具有广阔的市场前景而且具有很高的战略意义，及时研究与开发具有耐海水腐蚀、抗高周疲劳性能、高的冷热加工特性及优良焊接性的超高强度调质钢板刻不容缓，以解决我国海洋重大工程建设、高速舰船制造及巨型装备制造专用的特种钢板，减少国外对我国高端钢材的技术封锁与进口钢材的使用限制。

Claims (6)

1.优良的耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板，其成分重量百分比为：

C：0.025％～0.055％

Si：≤0.10％

Mn：0.45％～0.85％

P：≤0.013％

S：≤0.0050％

Cr：11.00％～16.00％

Mo：0.85％～1.25％

Ni：4.50％～6.50％

Nb：0.05％～0.08％

Ti：0.008％～0.018％

Ca：0.0015％～0.0040％

其余为Fe和不可避免杂质；且上述元素含量必须同时满足如下关系：

控制残余奥氏体稳定化指数A/T_c≥0.025；

Au为残余奥氏体稳定化指数，Au＝3.85+67.17[(％C)+(％N)]+5.86[(％Cu)+(％Ni)+(％Mn)]-0.21(％Al)-2.75[(％P)+(％S)]-1.15[(％Cr)+(％Mo)]-0.89(％Si)；T_c为钢板在线加速冷却开冷温度，即在线淬火温度，单位为℃；

Cr当量≥16.00，Cr当量＝Cr+0.367Mo+0.672Ni-0.431Mn；

碳氮化物析出强度指数η×T_t≥770，其中η当量＝3.06Nb+Mo；T_t为钢板回火温度，单位为℃。

2.如权利要求1所述的优良的耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板，其特征是，钢板的显微组织为均匀细小的超低碳回火马氏体组织+极少量的残余奥氏体组织，回火马氏体晶团平均尺寸≤20μm。

3.如权利要求1或2所述的优良的耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板，其特征是，钢板的屈服强度Rel/Rp_0.2≥920MPa，抗拉强度Rm≥980MPa，高延伸率A₅≥14％、超低温韧性-84℃Akv≥47J。

4.如权利要求1所述的优良的耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板的制造方法，其特征是，包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按权利要求1所述成分冶炼，连铸成坯；连铸中间包浇注平均过热度ΔT控制在8～23℃，二次冷却段采用弱冷，二次冷却段比水量为≤0.60升/吨钢；

2)板坯加热

板坯加热温度设定为1100～1170℃；

3)轧制

第一阶段为普通轧制；

第二阶段采用未再结晶控制轧制，控轧开轧温度800℃～860℃，轧制道次压下率≥8％，累计压下率≥50％，终轧温度760℃～800℃；

4)冷却

未再结晶控轧结束后，钢板立即运送到加速冷却，对钢板进行在线淬火冷却，淬火开冷温度控制在700℃～730℃，冷却速度≥5℃/s，停冷温度≤200℃，随后钢板自然空冷至室温；

5)回火热处理

钢板回火温度为650～750℃，回火保持时间≥50min，回火结束后钢板自然空冷至室温。

5.如权利要求4所述的优良的耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板的制造方法，其特征是，钢板的显微组织为均匀细小的超低碳回火马氏体组织+极少量的残余奥氏体组织，回火马氏体晶团平均尺寸≤20μm。

6.如权利要求4或5所述的优良的耐海水腐蚀、抗疲劳性能及抗环境脆性的超高强度钢板的制造方法，其特征是，钢板的屈服强度Rel/Rp_0.2≥920MPa，抗拉强度Rm≥980MPa，高延伸率A₅≥14％、超低温韧性-84℃Akv≥47J。