具有高延性的抗冰载荷蚀损超高强海工钢及其制造方法与流程

本发明属于金属领域，尤其涉及具有高延性的抗冰载荷蚀损超高强海工钢及其制造方法。

背景技术：

1、海洋工程应用环境的特殊性，一直以来对于海工装备和结构用材的服役安全性要求较高。近年来，随着近洋产业正逐步向海洋产业转型升级，海洋装备的服役环境也日趋复杂恶劣。对于在冰区海域或季节性出现海冰的海域中长期服役的海工装备和结构，冰载荷是海洋工程设计与使用过程中需要重点考虑的外荷载。冰载荷是指海冰与冰区海洋工程装备和结构的相互作用而产生的力，其主要作用方式包括：在风和海流推动下流冰产生的冲击力或摩擦力；在风和海流作用下大面积冰块产生的挤压力；由于海面升降而引起冰层对透空式建筑物的竖向作用力；海冰在建筑物上堆积引起的竖向静荷载；因水体结冰膨胀而产生的挤压力。

2、上述冰载荷的作用方式就对映了冰区海洋工程结构和装备在服役过程中可能遭遇的挤压变形、碰撞冲击和冲蚀磨损这三种失效威胁形式，而这三种失效威胁形式又对映了冰载荷下应用材料安全服役的三种性能需求：延展性、低温冲击韧性和抗冲蚀磨损性能。目前，美国abs船级社已经将延展性能指标纳入相关规范“material requirements forhigher-ductility hull structural steel plates and sections”当中，其目的是在船舶、海洋工程装备和结构发生碰撞时，让钢板吸收碰撞的能量，使之不易出现结构失稳从而提高装备的服役安全性，日本的新日铁、住友金属已经开发出了此类具有高延展性和抗碰撞功能的海洋工程用钢板(“nsafe-hull”系列)，目前已经处于应用阶段。我国目前未形成此类钢板的系统性研究和规模化应用。另一方面，关于抗冲蚀磨损性能，目前国内外的大多数研究都集中在室温下钢的冲蚀磨损过程和性能上，而针对钢在海冰载荷下的低温冲蚀磨损研究较少。实际上，冰区海洋工程结构和装备的近海面关键部位不断遭受海冰的反复冲击摩擦并叠加海水腐蚀，其服役状态更加复杂、恶劣。因此有必要开发一种兼具高延展性、良好的低温冲击韧性和抗冲蚀磨损性能的海洋工程用钢，以保障冰区海域的海洋工程结构和装备在冰载荷下的工程运营安全。

3、相关专利的公开报导:

4、发明《一种具有高延展性的eh36级海洋工程用钢及其制造方法》(公开号cn114807761a)公开的海工钢化学成分按重量百分比计：c：0.05％～0.08％，si：0.10％～0.30％，mn：1.00％～1.50％，nb：0.01％～0.04％，v：0.02％～0.05％，ti：0.005％～0.02％，p：≤0.01％，s：≤0.01％，als：0.01％～0.05％，其余为fe和不可避免的杂质。该发明钢化学成分不添加ni等贵重合金元素；通过控制硫、磷含量，采用连铸坯感应加热、两阶段控制轧制、弛豫和控制冷却工艺调控钢板的显微组织和晶粒尺寸，得到成材率高、强度和韧性稳定、特别具有高延展性的钢板；其不足之处在于，所生产的钢板强度级别不高，未进行冲蚀磨损性能评价。

5、发明《一种高延展性的fh500级船板钢及其生产方法》(公开号cn108517463a)公开的船板钢成分上采用nb、v微合金强化成分设计，配合控轧控冷技术获得软相铁素体和硬相贝氏体的组织，控冷阶段采用水冷-空冷-水冷三段式冷却，且第一段冷却要求100～150℃/s的超快冷，其不足之处在于，同样存在工艺控制复杂、对控冷设备能力要求高和钢板组织均匀性等问题。钢板未进行腐蚀性能评价。

6、发明《一种440mpa级极地船体用钢及其制备方法》(公开号为cn112831720a)公开的船体用的成分以重量百分比计为c：0.07～0.12％，si：0.30～0.40％，mn：1.30～1.60％，cu：0.25～0.40％，ni：1.0～1.5％，v：0.06～0.10％，ti：0.008～0.012％，als：0.05～0.07％，n≤0.004％，p≤0.005％；s≤0.002％，其余为fe及不可避免的杂质元素，工艺上通过两阶段控制轧制加控制冷却的方式得到铁素体加珠光体的复合组织，钢板的-60℃冲击功≥200j，延伸率≥26％，且具有良好的焊接性能，其不足之处在于，未对钢的冲蚀磨损性能进行评价。

7、发明《一种耐磨钢板及其制备方法》(公开号为cn110656291a)公开的耐磨钢板化学成分为：c：0.05～0.12％，si：0.10～0.50％，mn：1.00～1.50％，p≤0.020％、s≤0.005％，nb：0.015～0.025％，cr：0.50～0.90％，ni：0.08～0.25％，ti：0.008～0.035％，als：0.015～0.040％，as≤0.04％，sn≤0.03％，n≤0.005％，o≤0.003％，h≤0.0002％，余量为fe和不可避免的杂质，制备方法采用了tmcp的方式，通过两阶段控制轧制加控制冷却的方式得到贝氏体、铁素体和珠光体复合组织，结合合金成分作用使钢板具有足够的韧性的条件下兼具一定的耐蚀、耐磨性能。其不足之处在于，该技术是以高速冷却加低温反红提高贝氏体比例(＞70％)的方式来保障钢板的硬度及耐磨性，对冷却必然对钢板的塑性造成负面影响。

8、发明《一种经济型耐蚀耐磨钢及其制备方法》(公开号为cn112195405a)公开的钢板成分设计以低成本的c-mn-b为主要耐磨性强化元素，发挥b元素增强淬透性的作用，实现c、mn等固溶元素对材料强度和耐磨性的大幅提升，结合p、sb、ce等元素的协同作用提高材料的耐蚀性；制备方法采用了tmcp加调质的方式，通过两阶段控制轧制加控制冷却后利用高加热速率的高(中)频感应淬火和回火实现组织细化，得到回火马氏体/贝氏体组织，使钢材兼具良好的耐磨性能和耐蚀性能，其不足之处在于，该技术以感应加热对整板进行调质处理，电能消耗大且由于感生涡流的集肤效应对受热体厚度有限制，难以实现大厚度钢板均热。

9、发明《一种提高单机架轧机厚板生产效率的方法》(公开号为cn111014292a)公开的生产方法主要通过一次加热轧制结束后中间坯直接冷却后再二次加热轧制，二次加热至目标温度出钢后直接轧制成品厚度。采用中间坯直接冷却后再次加热轧制的方式，省去了中间坯的降温时间，可显著提高了轧机效率进而大幅提高了轧机机时产量，其不足之处在于，该方法由于增加了工艺路径中的加热冷却过程，增加了能源和工业水的消耗，且生产效率提升的幅度还有待商榷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种综合性能可达到海洋工程设备长期服役条件，具有高延性的抗冰载荷蚀损超高强海工钢及其制造方法。

2、本发明目的是这样实现的：

3、本发明通过采用低c、mn+“cr-cu-ni-mo-sn-sb”合金化+nb、v、ti微合金化的成分设计，结合二次加热轧制、控制冷却和感应调质工艺调控钢板的显微组织，得到成材率高、强韧性稳定、特别具有抗冰载荷冲蚀磨损和高延展性的550mpa级钢板。与上述公开专利相比，本专利制备一种适用于海洋工程领域的具有抗冰载荷冲蚀磨损性、高延展性和低温韧性的钢板，其综合性能可达到海洋工程设备长期服役条件，拉伸断后延伸率≥29％，-60℃冲击功≥180j，ndtt温度≤-70℃，表面硬度≥325hbw。

4、一种具有高延性的抗冰载荷蚀损超高强海工钢，该钢板的成分按重量百分比计如下：c:0.045～0.065％，si:0.25～0.35％，mn:1.00～1.30％，cr:1.30～1.60％，ni:1.10～1.50％，cu:0.45～0.65％，mo：0.40～0.80％，sn：0.05～0.12％，sb：0.05～0.12％，nb:0.03～0.05％，v:0.03～0.04％，ti:0.005～0.025％，ca:0.006～0.009％，p:≤0.01％，s:≤0.001％，als:0.02％～0.05％，其余为fe和不可避免的杂质。

5、所述钢表层显微组织为为回火马氏体，钢板基体显微组织为铁素体和贝氏体。

6、钢板表层回火马氏体淬硬层厚度为2～3mm；钢板表层向基体内部3mm区含c含量0.12％～0.15％。

7、所述铁素体相为针状铁素体+等轴铁素体，等轴平均晶粒尺寸小于20μm；贝氏体相占总面积比例范围在20％～30％；所述回火马氏体板条平均长度＜20μm；其中铁素体相为针状铁素体加等轴铁素体，等轴平均晶粒尺寸小于20μm，原奥氏体晶粒内部为细小的针状铁素体，所占铁素体相面积分数70～80％。

8、所述钢板的拉伸断后延伸率≥29％，屈服强度≥550mpa，抗拉强度670～830mpa，-60℃夏比冲击功≥180j，零塑性转变温度(ndtt)≤-70℃，钢板表面硬度hbw≥325，所述钢板成品厚度范围为40～70mm。

9、本发明成分设计理由如下：

10、c：c是钢铁材料中的必要元素，本发明钢板按组织特性可分为基体和表面淬硬层，在本发明的钢板基体部分c的作用主要体现为两点：一是通过固溶强化的形式贡献钢板基体强度；二是通过与微合金化元素共同作用以析出强化的形式贡献钢板基体强度。但在满足本发明强度设计要求的前提下，从本发明钢的高延展性角度又需要尽可能的控制基体c含量，这主要是因为本发明钢板基体是铁素体/贝氏体双相组织，需要控制c含量来保证最终组织的高铁素体相比例，在整体协调变形过程中可释放贝氏体塑性变形产生的应力，避免因过早的出现应力集中而颈缩。另一方面钢的表面淬硬性无需提高基体c含量，而是通过表面渗碳工艺解决，因此钢板基体c含量优选c：0.045％～0.065％。在本发明的钢板表面淬硬层部分c的作用主要体现为两点：一是保证钢板在表面淬火时的马氏体形成能力，使得钢板可以通过表面淬火形成与基体具有明显硬度差异的表面淬硬层；二是与nb、v、ti在表面淬硬层中以弥散碳氮化物的形式提高钢的耐磨性，这都需要较高的c含量。因此，从产品抗冲蚀磨损的性能综合考虑，通过表面渗碳增加钢板表层的含c量，实现由表面向内3mm的c：0.12％～0.15％。

11、si：是炼钢过程中主要的脱氧成分，以固溶形式存在的si在提高强度的同时也会提高韧脆转变温度、弹性极限以及疲劳强度，为了得到充分的脱氧效果必须含0.10％以上，但过高上限则会降低母材及焊接部位的韧性，对钢的表面质量有不利的影响，因此优选si含量控制在0.25％～0.35％。

12、mn：mn是保证钢的强度和韧性的必要元素，还具有扩大奥氏体相区，降低ac1、ac3、ar1、ar3点温度，细化铁素体晶粒的作用。在本发明中mn的作用主要体现为两点：一是通过固溶强化的形式贡献钢板基体强度；二是mn可极大降低钢的马氏体转变温度，提高钢的淬透性，保证钢板在表面淬火时的马氏体形成能力；。但mn元素容易在钢中偏析，易在中厚钢板的1/4和1/2厚度出偏析，从而造成低温韧性的强烈降低，甚至出现冲击断口分层的现象；更重要的是随着mn含量的升高，会使钢板的耐蚀性急剧下降；因此，综合考虑材料力学和耐蚀性能，优选mn含量范围控制在1.00％～1.30％。

13、cr：cr是提高钢耐蚀性的有效元素，钢中cr的加入对钢的电化学过程有明显的影响。cr元素可抑制电化学过程中的阳极溶解过程，钢基体的腐蚀电位正移。cr添加量越高对阳极过程的抑制作用越明显。cr在锈层中一方面可以形成稳定性和耐蚀性更好的cr2o3和cr(oh)3产物；另一方面，cr可以促进锈层中α-feooh的形成，一部分还会掺杂在α-feooh和fe3o4中形成热力学更稳定的α-(fe,cr)ooh和fecr2o4。二者的共同作用下，含cr钢锈层的稳定性和保护性被大大提高锈层中的含cr产物可以改善锈层原本疏松多孔的网状结构，提供更多的形核位置，锈颗粒逐渐球化、细化，这有利于后续颗粒间紧密的团聚融合，锈层中的缺陷减少。随着时间延长，锈层结构逐渐致密化，可有效阻碍海水种侵蚀性cl-离子的渗入。此外，cr也是提高钢板强度的有效的元素。但过量的cr可引起焊接性能下降，因此，本发明将cr含量控制在1.30％～1.60％。

14、ni：ni具有固溶强化作用，可提高钢的强度和韧性，具备降低ar3点且碳当量或冷裂纹敏感系数pcm增加最小的特性。ni也是改善钢板耐蚀特性关键合金元素之一，在钢中添加ni元素，可以促使钢板表面形成稳定的、致密的、抗氯离子侵蚀剥落的非晶层，抑制氯离子、氧原子的通透性，改善钢板耐蚀特性。但添加ni元素成本较高，因此本发明控制ni含量范围1.10％～1.50％。

15、cu：cu是钢在海洋环境耐蚀的必要元素，在钢的腐蚀过程中将以cuo的形式在内锈层中富集，能很好的隔离腐蚀性介质，减轻氯离子对腐蚀的促进作用，并增大钢的极化电阻，导致锈层的保护性增强，从而提高了钢的耐蚀性能。力学性能上，cu可提高钢板强度且对钢板低温韧性影响较小；但加入过多的cu时，在热轧和正火处理过程中，将发生细小弥散的ε-cu沉淀(cu在铁素体中固溶度约0.45％左右)，损害钢板的低温韧性，同时还可能造成铜脆、产生铸坯裂纹、液析等缺陷。因此，综合考虑材料力学和耐蚀性能，优选cu含量范围控制在0.45％～0.65％。

16、mo：mo是公认的耐局部腐蚀元素，mo在锈层中无论是以金属态还是氧化态形式存在，均可提高锈层电阻率，锈层致密化程度，进而提高锈层的保护性。mo和cr还有一定的协同作用，可促进锈层中合金元素向耐蚀产物的转化过程。此外，mo还能提高钢的淬透性。本发明控制mo的范围为0.40％～0.80％。

17、sn：sn可提高钢自身的腐蚀电位，自腐蚀电流密度降低，通过加大双电层电阻，抑制离子交换而达到减缓腐蚀速率，提高其耐蚀性的效果。形成锈层后，锈层中sno2的存在，可抑制钢的进一步溶解，降低腐蚀速率。sn和cu之间还有协同作用，在钢表面形成连续的同时含有氧化锡、氧化铜的膜层，提高钢的耐腐蚀性能。但sn含量过高会损害钢的韧性且会增加局部酸化点蚀的风险，因而将其含量控制在0.05％～0.25％。

18、sb：在钢中与sn复合添加时，可提高钢的抗腐蚀能力及耐磨性，使锈层中出现sn的富集和sb的均匀分布，钢的表面形成sno2-sb2o5耐蚀性氧化膜，可以增强阻挡cl-离子渗透的能力。但sb对钢的力学性能有不利影响，会使钢的强度降低、脆性增加，本发明控制sb的范围为0.10-0.25％。

19、nb：nb和c、n、o都有极强的亲和力，与之形成相应的极稳定的化合物。nb能细化钢的晶粒，降低钢的过热敏感性，在一定的存在条件下，能提高钢的强度和韧性，特别是在高加热速率的感应加热条件下，析出细小的nb碳氮化物细化奥氏体晶粒。而且根据二维错配度理论，奥氏体向铁素体相变的过程中nb碳氮化物与铁素体之间的错配度高于v碳氮化物，理论上在促进针状铁素体形成的效力属于中等有效，但在该相变过程中nb碳氮化物的析出效率是v的3倍，因此实际对于诱发针状铁素体的促进作用较好。本发明的nb含量控制在0.03％～0.05％。

20、v：v与c、n都有强亲和力，铁素体中弥散分布的细小v(c,n)颗粒是钒微合金化强化的主要方式，铁素体内的v(c,n)析出物与铁素体基体符合b-n位向关系，在铁素体中均匀析出的初始阶段与铁素体基体保持共格关系。相较于nb、ti等其他微合金化元素，v的碳化物和氮化物与铁素体基体有最小的错配度，v的碳化物和氮化物与铁素体基体的共格关系可以保持到更大的颗粒尺寸，因此有利于改善钢的疲劳裂纹萌生和扩展的抗力，也会改善钢的屈强比、低温韧性和焊接性能。且错配度值越小，非均质形核就越容易发生，因此v的添加对与针状铁素体的形成具有重要作用。但v含量不宜过高，过高则降低钢的韧性，不利于钢的蠕变性能。本发明的v含量控制在0.03％～0.04％。

21、ti：ti不仅能提高钢的强度、细化晶粒、降低时效敏感性和冷脆性，而且少量的钛还能改善焊接性能。ti以tin形式存在而发挥作用，在本发明中主要利用tin与针状铁素体具有良好共格性关系的特性，可以成为针状铁素体生成核心。这种与针状铁素体具有良好共格性的异质核可有效促进基体针状铁素体形成。因此优选ti含量为0.005％～0.025％。

22、ca：对钢水进行ca处理净化钢液，ca元素可以对mns夹杂进行球化处理，并分散其大小，防止mns夹杂在轧制过程中形成长条形塑性形状，而形成分散的球状，并且细化硫化物夹杂尺寸，抑制s的热脆性、提高钢板冲击韧性和z向性能、改善钢板冲击韧性的各向异性。此外，冶金过程ca处理所生成氧化钙夹杂在一氧化碳气泡生成的同时呈弥散状分布，呈弥散状分布的氧化钙夹杂作为异质形核核心，在后续控冷过程中可诱导晶内针状铁素体形成。本发明ca元素含量范围为0.006～0.009％。

23、p：p可在板坯中心部位偏析以及在晶界聚集，是对钢板低温韧性、延展性和焊接性带来不利影响的元素。p虽然具有改善钢板耐蚀的作用，但对钢板疲劳性能有着负面作用，考虑钢板抗腐蚀疲劳性能要求，无法采用p作为特征元素，本发明要求p含量控制在不高于0.01％。

24、s：s在钢中能与mn结合，形成mns夹杂物，在热轧过程中mns沿轧向延伸，形成沿轧向mns夹杂物带，在长期复杂载荷下易成为裂纹源，严重损害钢板的抗疲劳性能、低温冲击韧性和z向性，因此本发明要求s含量控制在不高于0.001％。

25、als：作为本发明必须添加的脱氧和细化晶粒元素，添加含量在0.01％以上，但超过0.08％时容易产生铸坯热裂纹，同时钢的韧性降低。als含量控制在0.02％～0.05％。

26、本发明的成分设计思路是钢板基体采用低c含量设计保证最终组织的高铁素体相比例以实现钢板的高延展性，钢板表层通过渗碳技术提高表层c含量来保证马氏体形成能力以实现钢板耐磨性。添加cr、cu、ni、mo、sn、sb提高钢的耐腐蚀性能，nb、v、ti微合金化提高钢的基体强度并促进针状铁素体的形成，并在表面淬硬层中以弥散碳氮化物的形式提高钢的耐磨性，通过各元素之间的协同作用结合工艺控制，使钢板兼具优良的抗冰载荷冲蚀磨损性、延伸性能和低温冲击韧性。

27、本发明技术方案之二是提供一种具有高延性的抗冰载荷蚀损超高强海工钢制造方法，包括冶炼、连铸、加热、一次加热、一次轧制、一次冷却、二次加热、二次轧制、二次冷却、热处理；

28、(1)冶炼工艺：

29、a)在转炉冶炼时调整c、si、mn、p、s等元素的含量，使其含量至本发明范围内，并根据要求添加其它合金成分进行熔炼。

30、b)将钢水进行精炼，调整其它合金元素含量至本发明范围内。

31、c)将精炼后的钢水进行rh处理，rh处理时间≥30min，，在连铸拉坯前往结晶器中添加电石进行终脱氧，控制钢中[h]≤2.0ppm，[o]≤18ppm。电石在高温下和钢水中的发生剧烈反应，同时生成cao夹杂，由于生成cao夹杂距离钢水凝固时间较短且钢水运动较为平缓，因此，刚刚生成的cao夹杂聚集长大的可能相对较小，并且在co气泡生成同时会呈弥散的状态分布，大量弥散分布的细小cao夹杂作为异质形核核心在后续控冷过程可促进针状铁素体形成。最终钢板基体中尺寸为0.3～2μm的含ca的复合夹杂物的数量达到2000～2400个/mm2。

32、(2)将步骤(1)所得钢水经连铸制得所需铸坯，为了改善铸坯的中心偏析，控制中间包过热度≤30℃；全程保护浇注，并投入电磁搅拌和轻压下，电磁搅拌：i≥450a，电流频率200～250khz。

33、(3)一次加热工艺：将步骤(2)所得铸坯加热温度1160～1200℃，本发明钢合金含量高，导热性能较差，为了控制连铸坯加热质量，优选，分段加热；第一次加热时采用分段加热工艺，850℃以下，采用慢速加热，以缓解由于导热性能而造成的热应力，升温速率9～13℃/min。大于850℃，采用快速加热工艺，防止奥氏体晶粒的异常长大，升温速率17～22℃/min，到达目标温度后保温1～2.5h。

34、(4)一次轧制工艺：轧制温度为1050～1100℃的奥氏体再结晶温度区，将铸坯轧至1.5～2.0倍成品厚度。首道次压下量≥50mm，平均单道次压下率在15％以上，目的是充分破碎铸坯的奥氏体晶粒，使奥氏体动态再结晶过程充分进行，以细化奥氏体晶粒尺寸；

35、(5)一次冷却工艺：一次轧制结束后，采用平均冷速为8～15℃/s的快速层流冷却系统，将中间坯快冷至室温，完成中间坯奥氏体化预处理，得到细小的马氏体/贝氏体组织；

36、(6)二次加热工艺：将步骤(5)所得中间坯送入渗碳炉二次加热，以17～22℃/min的升温速率加热中间坯至920～960℃重新奥氏体化，随后以甲醇和煤油为渗剂进行滴注式气体表面渗碳，保温4～6h。一次轧制、冷却后的预处理组织为细小的马氏体/贝氏体组织，这种非稳态组织内部储能较高，大量的位错、界面等晶体缺陷可在二次加热奥氏体化过程中提供大量的再结晶形核点，可得到细化的奥氏体组织(原始奥氏体晶粒平均等效直径≤20μm)；另一方面，二次加热相当于正火处理作用，有利于耐蚀固溶元素在钢中均匀分布。表面渗碳可在不提高钢板整体c含量的条件下，增加钢板表层的含c量(由表面向内3mm的c含量＞0.12％)并形成一定的c浓度梯度以增强表面淬硬性，配合后续感应表面淬火实现表面硬化。

37、(7)二次轧制工艺：二次开轧温度为820～850℃，平均单道次压下率达到15％～20％，终轧温度770～810℃。目的是使奥氏体晶粒充分变形，为相变形核提供储能和位置，提高相变形核率，两相区变形进一步减小铁素体晶粒，最终达到细化晶粒的目的。

38、(8)矫直工艺：轧制后的钢板要进行矫直，以提高钢板的平直度，同时防止在冷却过程中发生钢板翘曲等问题。

39、(9)二次冷却工艺：钢板矫直后弛豫待温至730～760℃进入平均冷速10～15℃/s的快速层流冷却系统，返红温度控制在500～550℃。本发明选择高冷速和低反红的目的是为了控制相变组织构成，主要体现为两点：一是保证一定的贝氏体比例以满足钢板设计强度需求；二是在该冷却条件下可实现针状铁素体大量形成的热力学条件，这种连锁结构强度高于等轴铁素体，使钢板在塑、韧性不降低的情况下得到有效强化，又能很好地阻止裂纹的扩展，有利于提高钢板的抗疲劳性能。随后钢板空冷至室温，得到铁素体加贝氏体双相基体组织。其中铁素体相为针状铁素体加等轴铁素体，等轴平均晶粒尺寸小于20μm，原奥氏体晶粒内部为细小的针状铁素体，所占铁素体相面积分数70～80％；贝氏体相占总面积比例范围在20～30％。

40、(10)高频感应表面淬火：采用纵磁通感应加热的方式，以200khz以上的电流频率将冷却后的钢板表面高频感应加热至960～1000℃后水淬至室温，随后对表面淬火钢板加热至150～200℃进行0.5～1.0h的低温回火。目的是利用高频感生涡流的集肤效应，使钢板表面快速奥氏体化后淬火，形成2～3mm的表面淬硬层，低温回火后钢板表面形成一层细晶马氏体(马氏体板条平均长度＜20μm)加弥散分布碳氮化物的高硬度回火组织，可在不影响钢板整体性能的前提下有效提高钢板耐磨性能。

41、本发明的设计理由在于：

42、(1)本发明通过控制硫、磷含量纯净钢冶炼提高钢纯净度，通过ca处理球化夹杂物改善钢质，同时与钢水反应形成的弥散分布的氧化钙夹杂作为异质形核核心，在后续控冷过程中可诱导晶内针状铁素体形成。对钢板化学成分进行了合理设计，钢板基体采用低c含量设计保证最终组织的高铁素体相比例以实现钢板的高延展性，钢板表层通过渗碳技术提高表层c含量来保证马氏体形成能力以实现钢板耐磨性。添加cr、cu、ni、mo、sn、sb提高钢的耐腐蚀性能，nb、v、ti微合金化提高钢的基体强度并促进针状铁素体的形成，并在表面淬硬层中以弥散碳氮化物的形式提高钢的耐磨性，通过各元素之间的协同作用结合工艺控制，使钢板兼具优良的抗冰载荷冲蚀磨损性、延伸性能和低温冲击韧性。

43、(2)创新性的采用了二次加热轧制、表面渗碳、控制冷却和高频感应表面淬火方法，快冷后的中间坯二次加热，高储能的非稳态组织在重新奥氏体化过程中提供释放能量并提供大量形核位置，细化中间坯奥氏体晶粒尺寸，同时有利于第二阶段轧制钢板良好的组织及合金元素均匀性，有利于实现产品的塑韧性提升。二次冷却的高冷速和低反红的既保证一定的贝氏体比例以满足钢板设计强度需求，又实现了针状铁素体大量形成的热力学条件。针状铁素体的引入使钢板在塑、韧性不降低的情况下得到有效强化，其连锁结构能很好地阻止裂纹的扩展，有利于提高钢板的抗疲劳性能。表面渗碳可在不提高钢板整体c含量的条件下，增加钢板表层的含c量并形成一定的c浓度梯度以增强表面淬硬性，后续配合高频感应加热表面快速奥氏体化后淬火，形成表面淬硬层。低温回火后钢板表面形成一层细晶马氏体加弥散分布碳氮化物的高硬度回火组织，可在不影响钢板整体性能的前提下有效提高钢板耐磨性能，为海洋工程极地服役安全性提供保障。

44、(3)本发明制备的钢板具有抗冰载荷冲蚀磨损性能(是同级别钢板的2倍以上)、超高强度(屈服强度≥550mpa，抗拉强度670～830mpa)，高延展性能(断后延伸率≥29％)和低温冲击韧性(-60℃夏比冲击功≥180j，零塑性转变温度(ndtt)≤-70℃)，表面硬度hbw≥325，产品厚度范围40～70mm。

45、(4)本发明钢板的组织特征为：钢板基体为铁素体加贝氏体的双相组织，其中铁素体相为针状铁素体加等轴铁素体，等轴平均晶粒尺寸小于20μm，原奥氏体晶粒内部为细小的针状铁素体，所占铁素体相的面积分数70～80％；贝氏体相占总面积比例范围在20～30％。表面为2～3mm深的回火马氏体淬硬层，马氏体板条平均长度＜20μm。