一种高强高韧抗氢脆钢板及其成分优选和制备方法与流程

技术特征：
1.一种高强高韧抗氢脆钢板，其特征在于，按照质量百分比计算，其主要的各组分化学成分及比例如下：c：0.089-0.110％，si：0.06-0.08％，mn：0.80-1.10％，cr：0.35-0.60％，ni：2.0-2.50％，cu：0.85-1.10％，mo：0.50-0.60％，nb：0.04-0.06％，余量为fe和不可避免的杂质；采用冶炼工艺制备铸锭，然后进行热轧、淬火和高温回火热处理；在进行热轧时，通过多道热轧将其轧至厚度不大于14mm，控制初轧温度为1150～1200℃，终轧温度为950～1000℃；在进行热处理时，控制淬火温度为850-870℃，淬火后降温至室温，然后控制回火温度为500-580℃，进行回火热处理，再空冷至室温，得到所述高强高韧抗氢脆钢板。2.根据权利要求1所述高强高韧抗氢脆钢板，其特征在于，按照质量百分比计，其主要的各组分化学成分如下：c：0.089-0.108％，si：0.067-0.080％，mn：0.84-1.05％，cr：0.37-0.57％，ni：2.10-2.42％，cu：0.87-1.09％，mo：0.52-0.60％，nb：0.043-0.056％，余量为fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述高强高韧抗氢脆钢板，其特征在于：其屈服强度不低于1000mpa，抗拉强度不低于1000mpa，延伸率不低于15％，在-40℃下的冲击韧性不低于69j，氢脆敏感性指数hei不高于20％。4.根据权利要求3所述高强高韧抗氢脆钢板，其特征在于：其屈服强度不低于1042mpa，抗拉强度不低于1079mpa，延伸率不低于15.8％，在-40℃下的冲击韧性不低于82j，氢脆敏感性指数hei不高于15.4％。5.一种权利要求1所述高强高韧抗氢脆钢板的制备方法，其特征在于，采用冶炼工艺制备铸锭，然后进行热轧、淬火和高温回火热处理；在进行热轧时，通过多道热轧将其轧至厚度不大于14mm，控制初轧温度为1150～1200℃，终轧温度为950～1000℃；在进行热处理时，控制淬火温度为850-870℃，淬火后降温至室温，然后控制回火温度为500-580℃，进行回火热处理，再空冷至室温，得到所述高强高韧抗氢脆钢板；所述制备的目标高强高韧抗氢脆钢板的主要的各组分化学成分及比例如下：c：0.089-0.110％，si：0.06-0.08％，mn：0.80-1.10％，cr：0.35-0.60％，ni：2.0-2.50％，cu：0.85-1.10％，mo：0.50-0.60％，nb：0.04-0.06％，余量为fe和不可避免的杂质。6.根据权利要求5所述高强高韧抗氢脆钢板的制备方法，其特征在于：冶炼工艺过程采用真空感应熔炼炉进行熔炼，然后制备铸锭，再将铸锭切成厚度不低于40mm的钢块，将钢块作为热轧的钢材。7.根据权利要求6所述高强高韧抗氢脆钢板的制备方法，其特征在于：热处理过程是将热轧钢板加热至850～870℃单相区进行保温至少25min后，然后进行水淬在降温至室温，再加热至500～580℃保温至少35min后，再空冷至室温。8.一种权利要求1所述高强高韧抗氢脆钢板的成分优选方法，其特征在于，在控制成本和保证焊接性的前提下，选取目标成分，包括如下步骤：a.拟定目标钢板的基体化学成分范围：按照质量百分比计算，初步拟定主要的各组分化学成分及比例如下：c：0.05-0.11％，si：0.05-0.09％，mn：0.50-1.10％，cr：0.30-0.60％，ni：1.0-2.50％，cu：0.70-1.10％，mo：0.50-0.60％，余量为fe和不可避免的杂质；
b.确定特征参量并编写开展集成批量计算的程序文件：利用thermo-calc计算软件包，采用其tc-python接口使用python语言编写可开展在不同成分和温度条件下，计算特征参量的程序文件，其中，特征参量1为t0温度，代表奥氏体与铁素体吉布斯自由能相等时的温度，特征参量2为ac，代表t0温度下奥氏体中的含碳量；程序文件中的关键指令包括，读取热力学数据，完成不同合金体系特征参量1和特征参量2的热力学计算；采用循环语句实现合金成分和温度的自动赋值，完成批量计算；限定计算误差范围以获得有效数据，完成计算结果的输出；c.确定计算条件，运行计算程序进行成分筛选：基于步骤a确定的成分范围，设置各个合金元素的计算步长，采用步骤b中计算特征参量1和特征参量2的程序文件ⅰ，获得t0和ac的计算结果，在保持低t0温度基础上，选取具有高ac值的点作为目标成分；d.运用第一性原理计算氢原子的偏聚能，确定微合金元素：采用第一性原理计算氢原子在碳化物/基体界面的偏聚能(e
mc
)，计算和比较待选的nb，v和ti微合金元素对应的碳化物nbc、tic、vc/基体界面的偏聚能，选择偏聚能最小的碳化物中的微合金元素作为合金添加元素，来优化在所述步骤a中拟定目标钢板的基体化学成分；e.筛选出钢板基体和微合金成分：根据所述步骤d确定微合金元素，将确定微合金元素添加到拟定目标钢板的基体化学成分，重新确定目标钢板的基体化学组分和成分比例范围，用于制备目标高强高韧抗氢脆钢板。

技术总结
本发明公开了一种高强高韧抗氢脆钢板及其成分优选与制备方法，按照质量百分比计，钢板的化学成分包括：C：0.089-0.108％，Si：0.067-0.080％，Mn：0.84-1.05％，Cr：0.37-0.57％，Ni：2.10-2.42％，Cu：0.87-1.09％，Mo：0.52-0.60％，Nb：0.043-0.056％，余量为Fe和不可避免的杂质。钢板的淬火温度为850-870℃，回火温度为500-580℃。本发明解决了在控制成本和保证焊接性的前提下，如何选取恰当的目标成分，使其在淬火和高温回火工艺条件下实现兼具屈服强度不低于1000MPa的高强度、-40℃下冲击功不低于69J的高的低温韧性及氢脆敏感性小于20％的问题。本发明能加速开发兼具高强度、高低温韧性及良好抗氢脆性能的新型钢铁材料，对于工程建设具有重大意义。于工程建设具有重大意义。于工程建设具有重大意义。


技术研发人员：何燕霖 赵强强 赵宁 刘文月 郑伟森 李天怡 王超逸 鲁晓刚
受保护的技术使用者：鞍钢集团北京研究院有限公司
技术研发日：2022.04.08
技术公布日：2022/8/12