本發(fā)明涉及的是一種易焊接鋼，本發(fā)明也涉及一種易焊接鋼的制備方法。

背景技術：

含銅納米相低合金鋼，在具有高強度的同時，也具有良好的延伸性、低溫沖擊韌性和易焊接性能，因此在，船舶制造、汽車制造、建筑、橋梁的領域都有著較為廣闊的應用。一般低合金鋼的屈服強度通常低于700MPa，而且通常具有高強度的同時卻難以保證良好的低溫韌性和焊接性能。

傳統(tǒng)的高強度鋼都是含碳量較高的馬氏體或下貝氏體組織，碳元素的大量引入大大降低了材料的焊接性能。同時材料為保證心部組織均勻，必須確保較厚規(guī)格的鋼板具有足夠的淬透性，鋼中需要添加較高含量的Ni、Cr、Mo等合金元素。鋼的強度級別要求越高，添加的合金元素的含量也相應增加，合金成本自然提高。隨著強度的提高，鋼的碳當量大幅增加，這使鋼的焊接性能大幅降低。

目前，國內外發(fā)表了利用添加合金元素和控軋控冷而得到高強度的低合金鋼，強度級別大于800MPa的都很難保證較好的延伸率，也沒有表征其低溫性能。

公開號為CN103361566A的專利文件中，公開了一種通過控制鑄造、軋制和熱處理工藝，得到的高強高韌的含銅低合金鋼。但其屈服強度低于850MPa。

公開號為CN102140606A的專利文件中，公開了一種通過控制熱軋各道次間隔時間及變形量、冷卻速率和等溫處理工藝，得到的熱軋高低合金多相鋼。其屈服強度800MPa，但延伸率僅在20％左右，低溫韌性未說明。

公開號為CN104513927A的專利文件中，公開了一種采用等溫熱處理工藝獲得的高強度鋼板。其屈服強度大于390MPa，抗拉強度為800MPa，-20℃的沖擊功僅為100J。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種強度高、塑性好和具有低溫韌性的含Cu納米相強化易焊接鋼。本發(fā)明的目的還在于提供一種能有效地控制基體相及納米析出相的顯微結構及晶粒尺寸的含Cu納米相強化易焊接鋼的制備方法。

本發(fā)明的含Cu納米相強化易焊接鋼其重量百分比組成為：C<0.05、Si:0.1～0.3、Mn:0.5～1.5、S<0.002、P<0.004、Cu:1.5～2.5、Ni:4～8、Al:0.3～0.8、Mo:0.2～1、Cr<1、Nb:0.01～0.04、Ti:0.01～0.05、V:0.01～0.08，其余為Fe及不可避免的雜質元素。

本發(fā)明的含Cu納米相強化易焊接鋼的制備方法為：按設計成分在氬氣保護條件下進行感應熔煉和澆鑄，鑄錠在1100～1200℃加熱1～3h進行均優(yōu)化退火，之后采用控軋控冷技術進行軋制，所述軋制具體包括以下階段：

第一階段為粗軋，均勻化退火的鑄錠直接進行粗軋，粗軋起始溫度為1050～1150℃，終軋溫度為1000～1050℃，粗軋總壓縮比為50～80％；

第二階段為精軋，精軋起始溫度為950～1000℃，終軋溫度為850～900℃，精軋總壓縮比為10％-30％；

第三階段為快速水冷，精軋結束后直接高壓澆水快速冷卻，終冷溫度在50℃以下。

控軋控冷后的鋼板進行固溶和時效處理，固溶溫度為800℃～1000℃，保溫時間為5分鐘～2小時，之后快速水冷至室溫；時效溫度為500℃～700℃，保溫時間5分鐘～10小時，之后快速水冷至室溫。

本發(fā)明提供了一種含Cu納米相強化高強度高韌性易焊接鋼及制備方法，本發(fā)明通過控制Cu、Mn、Ni、Al主要元素的比例關系，并添加其他合金元素，加之合理的軋制工藝和熱處理工藝，有效地控制了基體相及納米析出相的顯微結構及晶粒尺寸，從而獲得一種高強度、良好塑性和低溫韌性的易焊接鋼。

本發(fā)明的含Cu納米相強化易焊接鋼中所包含的主要組分的作用為：

Cu：Cu是奧氏體穩(wěn)定化元素，能降低奧氏體轉變溫度，抑制高溫轉變產物的生成，對組織的轉變及組織細化產生影響。同時，Cu在一定的熱處理條件下可以誘導析出細小沉淀相，并使Ni、Al、Mn等合金元素向該沉淀相前驅體聚合，形成富銅納米相，該富銅納米相強化可以有效代替碳強化，從而降低碳含量。因此，加入一定量的銅能夠提高鋼的強度、耐腐蝕性、抗疲勞性、提高抗蠕變強度和沖擊韌性，同時改善材料的焊接性能、成型性能與機加工性能等。

Ni：固溶形式的Ni能夠提高鐵素體的強度，當Ni含量升高時，能保證較高塑性的同時提高強度。當Ni含量升高時，能保證較高塑性的同時提高強度。Ni還能保證鋼性能的均勻性、顯著提高低溫沖擊韌性。

Al：鋼中的Al具有脫氧的能力和脫氮的作用。少量的Al有抑制低碳鋼的時效作用，細化晶粒、提高沖擊韌性、降低鋼的冷脆性轉變溫度的作用。Al沒有碳化物，氧化鋁屬于硬脆相。鋁含量較高時，在鍛軋過程中，氧化鋁顆粒沿著加工方向形成條狀物，影響到鋼的塑韌性。

Mn：Mn在鋼中的作用是脫氧去硫。在鋼中Mn在固溶強化方面有一定的效果，此外Mn還利于提高鋼的力學性能如強韌性以及工藝性能淬透性和熱加工性能。但Mn在鋼中含量過高會影響鋼在鑄造時產生偏析現(xiàn)象，軋制易于開裂。

本發(fā)明的含Cu納米相強化易焊接鋼中各元素，特別是較貴金屬元素的含量均較少，使得該鋼的成本得到大幅降低。

本發(fā)明的合金設計精確成分配比，在保證其強度的同時，其碳當量CE及冷裂紋敏感指數(shù)Pcm值均較低，焊后熱影響區(qū)不易產生冷裂傾向，使得該發(fā)明的合金具有很好的焊接性能，在不預熱或預熱溫度較低的情況下即可焊接。

本發(fā)明的軋制過程采用先進的控軋控冷技術，具有加工速度快，控溫及下降量精準、冷卻速率高、板材變形均勻等優(yōu)點。通過控制奧氏體再結晶區(qū)的粗軋溫度，粗軋變形量，以及奧氏體或奧氏體-鐵素體兩相區(qū)精軋溫度，控制冷卻方式及冷卻速率，控制了基體相的顯微結構及尺寸，因此該合金在軋制態(tài)就具有了較好的綜合力學性能。也為而后的熱處理工藝擴大了操作范圍。

在軋制工藝的基礎上，本發(fā)明使用合理的固溶和時效處理工藝對含Cu納米相高強度高韌性易焊接鋼的力學性能進行進一步優(yōu)化。通過合理的固溶處理，使奧氏體組織發(fā)生相變，形成多邊形型鐵素體或針狀鐵素體。隨后通過合理的時效溫度及時效時間控制納米析出，獲得優(yōu)化的析出相尺寸及數(shù)量密度匹配，納米析出相在基體中均勻分布，對位錯的阻礙作用顯著提高強度，同時由于析出相核心為較軟的Cu元素，位錯采用切過機制通過析出相，因此在強度提高的同時塑性沒有顯著降低。在鋼中添加Ni元素，細化晶粒，強化晶界，低溫韌性顯著提高。

綜上，本發(fā)明的低合金鋼中含碳量和碳當量均較低，具有超高的強度的同時保持良好的塑性和韌性，較低的碳當量使得在焊接冷卻的過程中不容易得到馬氏體組織，具有了優(yōu)良的焊接性能，這對船舶行業(yè)降低材料成本及焊接成本及其重要。含銅納米相強化高強度高韌性易焊接鋼是在超低碳合金鋼設計技術的基礎上，在鋼中加入一定量的Cu、Mn、Ni、Al等合金元素，經(jīng)過時效處理后獲得納米級尺寸的析出相，該析出相可顯著提高材料的強度，彌補了由于降C帶來的強度損失，同時添加其他微合金元素使該鋼具有高強度，高延展性，良好的低溫韌性及焊接性能。

附圖說明

圖1為實施例1使用本發(fā)明的金相照片。

圖2為實施例2使用本發(fā)明的金相照片。

圖3為實施例3使用本發(fā)明的金相照片。

圖4為實施例4使用本發(fā)明的金相照片。

圖5為實施例5使用本發(fā)明的金相照片。

具體實施方式

以下通過具體的實施例對本發(fā)明的技術方案做詳細描述，應理解的是，這些實施例是用于說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制，在本發(fā)明的構思前提下對本發(fā)明做簡單改進，都屬于本發(fā)明要求保護的范圍。

實施例1：

本實施例是一種含Cu納米相高強高韌性低合金鋼及制備方法，合金的化學成分(質量百分比)為：C<0.05，Si:0.2，Mn:1，S:<0.003，P:<0.004，Cu:2，Ni:4，Al:0.5，Nb:0.03，Ti:0.05，余量為Fe和不可避免的雜質。在1150℃保溫2h進行均勻化退火后在連軋連鑄機上進行軋制；粗軋開軋溫度為1000℃，軋制4道次，平均每次壓下量12％，總壓下率50％，軋制溫度控制在950℃～1050℃之間；精軋開軋溫度為800℃，軋制6道次，沒道次壓下量15％，總壓下率80％，終軋溫度不超過850℃，終軋厚度為14mm；軋后采用超快冷速澆水，終冷溫度在50℃以下。不經(jīng)歷固溶和時效處理。金相組織照片見圖1，其力學性能見表1

實施例2：

本實施例是一種含Cu納米相高強高韌性低合金鋼及制備方法，合金的化學成分(質量百分比)為：C<0.05，Si:0.2，Mn:1，S:<0.003，P:<0.004，Cu:2，Ni:4，Al:0.5，Nb:0.03，Ti:0.05，余量為Fe和不可避免的雜質。在1150℃保溫2h進行均勻化退火后在連軋連鑄機上進行軋制；粗軋開軋溫度為1000℃，軋制4道次，平均每次壓下量12％，總壓下率50％，軋制溫度控制在950℃～1050℃之間；精軋開軋溫度為800℃，軋制6道次，沒道次壓下量15％，總壓下率80％，終軋溫度不超過850℃，終軋厚度為14mm；軋后采用超快冷速澆水，終冷溫度在50℃以下。在800℃進行固溶處理，保溫時間2h。在550℃進行時效處理，保溫時間1h。金相組織照片見圖2，其力學性能見表1

實施例3：

本實施例是一種含Cu納米相高強高韌性低合金鋼及制備方法，合金的化學成分(質量百分比)為：C<0.05，Si:0.2，Mn:1，S:<0.003，P:<0.004，Cu:2，Ni:6，Al:0.5，Mo:0.5，Cr:0.5，Nb:0.03，Ti:0.05，余量為Fe和不可避免的雜質。在1150℃保溫2h進行均勻化退火后在連軋連鑄機上進行軋制；粗軋開軋溫度為1000℃，軋制4道次，平均每次壓下量12％，總壓下率50％，軋制溫度控制在950℃～1050℃之間；精軋開軋溫度為900℃，軋制6道次，沒道次壓下量15％，總壓下率80％，終軋溫度不超過920℃，終軋厚度為14mm；軋后采用超快冷速澆水，終冷溫度在50℃以下。在550℃進行時效處理，保溫時間2h。金相組織照片見圖3，其力學性能見表1

實施例4：

本實施例是一種含Cu納米相高強高韌性低合金鋼及制備方法，合金的化學成分(質量百分比)為：C<0.05，Si:0.2，Mn:1，S:<0.003，P:<0.004，Cu:2，Ni:6，Al:0.5，Nb:0.03，Ti:0.05，余量為Fe和不可避免的雜質。在1150℃保溫2h進行均勻化退火后在連軋連鑄機上進行軋制；粗軋開軋溫度為1000℃，軋制4道次，平均每次壓下量12％，總壓下率50％，軋制溫度控制在950℃～1050℃之間；精軋開軋溫度為800℃，軋制6道次，沒道次壓下量15％，總壓下率80％，終軋溫度不超過850℃，終軋厚度為14mm；軋后采用超快冷速澆水，終冷溫度在50℃以下。在880℃進行固溶處理，保溫時間5min，在565℃進行時效處理，保溫時間1h。金相組織照片見圖4，其力學性能見表1

實施例5：

本實施例是一種含Cu納米相高強高韌性低合金鋼及制備方法，合金的化學成分(質量百分比)為：C<0.05，Si:0.2，Mn:1，S:<0.003，P:<0.004，Cu:2，Ni:6，Al:0.5，Nb:0.03，Ti:0.05，余量為Fe和不可避免的雜質。在1150℃保溫2h進行均勻化退火后在連軋連鑄機上進行軋制；粗軋開軋溫度為1000℃，軋制4道次，平均每次壓下量12％，總壓下率50％，軋制溫度控制在950℃～1050℃之間；精軋開軋溫度為800℃，軋制6道次，沒道次壓下量15％，總壓下率80％，終軋溫度不超過850℃，終軋厚度為14mm；軋后采用超快冷速澆水，終冷溫度在50℃以下。在880℃進行固溶處理，保溫時間44min，在540℃進行時效處理，保溫時間73min。金相組織照片見圖5，其力學性能見表1。

表1 發(fā)明鋼的力學性能