一种超高强度贝氏体钢板及其制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103993243 A (43)申请公布日 2014.08.20 CN 103993243 A (21)申请号 201410201493.5 (22)申请日 2014.05.14 C22C 38/58(2006.01) C21D 8/02(2006.01) (71)申请人东北大学地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路 3 号巷 11 号 (72)发明人蓝慧芳杜林秀邱春林高秀华高彩茹吴红艳 (74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限公司 21109 代理人梁焱 (54) 发明名称一种超高强度贝氏体钢板及其制备方法 (57) 摘要一种超高。

2、强度贝氏体钢板及其制备方法，属于冶金技术领域，钢板成分按重量百分比含 C0.180.22%， Si1.451.55%， Mn3.07.0%， Ni03.0%， Cr00.8%， Mo00.5%，其余为 Fe 及不可避免杂质；其抗拉强度为 16501800MPa ；制备方法按以下步骤进行：（1）按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯；（2）在 120030加热 23h 后进行热轧，获得热轧钢板；（3）以 1030 /s 的速度升温至 850950，保温 10180s 进行奥氏体化；（4）空冷至220380，在220350保温20180min。本发明的方法不需。

3、要进行调质处理，也不需要采用盐浴炉预冷却，降低了工艺控制难度，简化了制造工序；制备发钢板具有高强塑性匹配和高冲击韧性；热处理后钢板板形良好，残余应力低，使用性能良好。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页说明书 5 页附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图3页 (10)申请公布号 CN 103993243 A CN 103993243 A 1/1 页 2 1. 一种超高强度贝氏体钢板，其特征在于成分按重量百分比含 C 0.180.22%， Si 1.451.55%， Mn 3.07.0%，。

4、 Ni 03.0%， Cr 00.8%， Mo 00.5%，其余为 Fe 及不可避免杂质；其抗拉强度为 16501800MPa，延伸率 16%，室温冲击吸收功 59J。 2. 根据权利要求 1 所述的一种超高强度贝氏体钢板，其特征在于该钢板的成分中 Mn、 Ni、 Cr 和 Mo 的总重量百分比为 5.57.0%。 3. 根据权利要求 1 所述的一种超高强度贝氏体钢板，其特征在于该钢板的组织是尺寸为 100200nm 的板条贝氏体和残余奥氏体，奥氏体的体积分数在 13.517.2%。 4. 一种权利要求 1 所述的超高强度贝氏体钢板的制备方法，其特征在于按以下步骤进行。

5、：（1）按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含 C 0.180.22%， Si 1.451.55%， Mn 3.07.0%， Ni 03.0%， Cr 00.8%， Mo 00.5%，其余为 Fe 及不可避免杂质；（2）将铸坯在120030加热23h后进行热轧，开轧温度为11501180，终轧温度为 850950，总压下率为 6090%，获得热轧钢板；（3）将热轧钢板以 1030 /s 的速度升温至 850950，保温 10180s 进行奥氏体化；（4）将奥氏体化后的热轧钢板空冷至 220380，然后置于温度为 220350的加热炉中，使热轧。

6、钢板在 220350保温 20180min，制成超高强度贝氏体钢板。 5. 根据权利要求 4 所述的超高强度贝氏体钢板的制备方法，其特征在于所述的铸坯中， Mn、 Ni、 Cr 和 Mo 的总重量百分比为 5.57.0%。权利要求书 CN 103993243 A 2 1/5 页 3 一种超高强度贝氏体钢板及其制备方法技术领域 0001 本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种超高强度贝氏体钢板及其制备方法。背景技术 0002 随着装备水平的提高及建筑设施的发展，超高强度钢的应用日趋广泛；然而，在提高强度的同时，也迫切需要提高塑性、韧性及焊接性能。 0003 目前。

7、常见的超高强度钢的生产通常有两种：第一种是调质处理工艺，即淬火 + 回火，得到回火马氏体组织，通过调整淬火温度和回火温度获得相应的力学性能；如公开号为 “CN 101691640 B” 的专利申请涉及的一种高强度低合金耐磨钢板及其制造方法，通过 910950淬火及后续 250回火，钢板的抗拉强度为 13501450MPa，延伸率 11 ；又如公开号为 “CN 102618792 A” 的专利申请涉及的一种工程机械用高强度耐磨钢及其制备方法，通过 860950淬火及后续 150400回火，钢板的抗拉强度不低于 1220MPa，延伸率 13 ；又如公开号为 “。

8、CN 102808130 A” 的专利申请涉及的一种铌微合金化 Mn-B 系超高强度钢板及其热处理工艺，通过 880930淬火及后续 190280回火，钢板抗拉强度为 11001400MPa，延伸率 7 15；这种调质处理方法可以获得超高强度，并可以通过回火温度的选择兼顾较高的塑性和韧性，但需要特殊的淬火设备，而且热处理工序复杂，因此存在成本高，生产周期长等缺点。第二种是控轧控冷工艺，即通过一定的合金元素设计，采用控制轧制并结合后续的快速冷却，获得硬相组织；但是为了获得高强度，通常需要较低的终冷温度和高冷速；如公开号为 “CN102618803A” 。

9、的专利申请涉及的一种超高强度钢板及其制造方法，通过控轧控冷工艺，将轧制后钢板快速冷却至 200以下，之后进行低温回火，钢板的抗拉强度不低于 1800MPa， -20冲击功 20J。这种工艺可以获得超高强度，但其缺点是冷却后的钢板中残余应力较大，板形控制及矫直难度加大，并且在使用过程中易发生瓢曲等问题。 0004 铁素体 - 珠光体钢、马氏体钢和贝氏体钢是并列的三大钢种，相比之下，贝氏体钢韧性和塑性优于马氏体钢，而强度高于铁素体 - 珠光体钢。因此，贝氏体钢具有很高的强度、塑性和韧性匹配；目前，贝氏体钢已经广泛应用于铁路、航空、石油、矿山等领域，。

10、发展前景良好；然而，随着强度的提高，尤其当抗拉强度超过 1500MPa 时，钢板的韧性急剧降低，这一问题限制了超高强度钢的应用；提高超高强度钢的冲击韧性主要有两个途径：一是提高钢的洁净度，降低夹杂物水平；二是进行组织控制，主要包括组织细化以及提高组织中的韧性相（如残余奥氏体）的比例；公开号为 “CN 102112644 A” 的专利申请公开了一种贝氏体钢及其制造方法，采用 C 含量为 0.61.1%，在 190250进行贝氏体相变，钢板的抗拉强度达到 1900MPa 以上，但其室温冲击吸收功不足 10J，这主要是由其过高的 C 含量造。

11、成的；公开号为 “CN 102021479 B” 的专利申请中采用 0.5%C 含量，奥氏体化后，先利用盐浴炉将钢板预冷却至 250350，然后再放入 250350的电阻炉中等温热处理，钢板的抗拉强度达到 1500MPa 以上，但盐浴炉的使用增加了温度控制难度，降低了工艺可操作性。说明书 CN 103993243 A 3 2/5 页 4 发明内容 0005 针对现有超高强度贝氏体钢在制备技术上存在的上述问题，本发明提供一种超高强度贝氏体钢板及其制备方法，通过设计元素成分及采用贝氏体区等温热处理，在不需要高冷速降温和盐浴炉预冷的条件下，在钢板中获得细化的贝氏。

12、体和一定量的残余奥氏体，使贝氏体钢板具有超高强度及室温冲击功。 0006 本发明的超高强度贝氏体钢板的成分按重量百分比含 C 0.180.22%， Si 1.451.55%， Mn 3.07.0%， Ni 03.0%， Cr 00.8%， Mo 00.5%，其余为 Fe 及不可避免杂质；其抗拉强度为 16501800MPa，延伸率 16%，室温冲击吸收功 59J。 0007 上述的超高强度贝氏体钢板中， Mn、 Ni、 Cr 和 Mo 的总重量百分比为 5.57.0%。 0008 上述的超高强度贝氏体钢板的组织是尺寸为 100200nm 的板条贝氏体和残余奥氏体，奥氏体的体积。

13、分数在 13.517.2%。 0009 本发明的超高强度贝氏体钢板的制备方法按以下步骤进行： 1、按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含 C 0.180.22%， Si 1.451.55%， Mn 3.07.0%， Ni 03.0%， Cr 00.8%， Mo 00.5%，其余为 Fe 及不可避免杂质； 2、将铸坯在 120030加热 23h 后进行热轧，开轧温度为 11501180，终轧温度为 850950，总压下率为 6090%，获得热轧钢板； 3、将热轧钢板以 1030 /s 的速度升温至 850950，保温 10180s 进行奥氏体化； 4、将。

14、奥氏体化后的热轧钢板空冷至 220380，然后置于温度为 220350的加热炉中，使热轧钢板在 220350保温 20180min，制成超高强度贝氏体钢板。 0010 上述的铸坯中， Mn、 Ni、 Cr 和 Mo 的总重量百分比为 5.57.0%。 0011 上述方法中，以 1030 /s 的速度升温至 850950是采用电磁感应加热炉进行快速感应加热。 0012 本发明的钢板中各种合金元素的主要作用在于： C 的作用是提高淬透性、提供一定的固溶强化效果， C 含量太低，不利于形成残余奥氏体，而 C 含量太高将导致钢的冲击韧性和焊接性能大大降低； Si 在渗碳体中的溶。

15、解度很低，添加一定量的 Si 可以有效抑制渗碳体析出，从而提高钢中的有效 C 浓度，提高残余奥氏体体积分数，并提高钢的冲击韧性； Ni 是扩大奥氏体区的合金元素，能够提高淬透性，有效降低 Ms 温度，从而有助于在低温范围发生贝氏体相变；而且 Ni 可以使位错的交滑移更容易，从而提高塑性和韧性，但 Ni 价格昂贵，因此控制其上限含量为 3% ； Mn与Ni类似，扩大奥氏体区的合金元素，能够提高淬透性，有效降低Ms温度，从而有助于在低温范围发生贝氏体相变；而且Mn的价格低廉，因此在本发明中将Mn作为主要的合金元素； Cr和Mo的作用是提高淬透性；。

16、但出于经济性考虑，将Cr和Mo含量分别控制在0.8%和 0.5% 以下。 0013 本发明的方法通过合理设计化学成分，结合快速感应加热，获得细小的初始奥氏体晶粒尺寸，有两点益处：其一，提高贝氏体相变前奥氏体的稳定性；在随后的贝氏体相变过程中获得更多的残余奥氏体；其二，为贝氏体相变提供更多形核地点，从而加快贝氏体相变速度，有助于保持细化的贝氏体板条尺寸。说明书 CN 103993243 A 4 3/5 页 5 0014 本发明的优点在于：（1）不需要进行调质处理，也不需要采用盐浴炉预冷却，只需要将钢板冷却至一定的温度区间后放入加热炉中等温处理。

17、，即所有冷却过程均采用空冷，不需要水冷，因此，降低了工艺控制难度，简化了制造工序；（2）制备发钢板具有高强塑性匹配；（3）由于 C 含量低，钢板的冲击韧性高，室温冲击吸收功 50J ；（4）冷却过程均采用空冷，热处理后钢板板形良好，残余应力低，使用性能良好。附图说明 0015 图1为本发明实施例1中的奥氏体化后的热轧钢板的奥氏体晶粒形态的金相组织显微图；图 2 为本发明实施例 1 中制备的超高强度贝氏体钢板金相组织显微图；其中深色部分为贝氏体，浅色部分为残余奥氏体；图 3 为本发明实施例 1 中制备的超高强度贝氏体钢板的透射电镜照片；。

18、其中深色部分为残余奥氏体，浅色部分为贝氏体板条；图 4 为本发明实施例 1 中制备的超高强度贝氏体钢板的拉伸应力 - 应变曲线图。具体实施方式 0016 本发明实施例中制备的超高强度贝氏体钢板的屈服强度在 9701050 MPa，抗拉强度在 16501800MPa。 0017 本发明实施例中制备的超高强度贝氏体钢板的室温冲击功在 5976J。 0018 本发明实施例中制备的超高强度贝氏体钢板的延伸率在 16.518.3%。 0019 本发明实施例中分析晶粒形态和金相组织采用的设备为 Leica DMIRM 金相显微镜。 0020 本发明实施例中分析透射电镜照片采用的设备为 F。

19、EI Technai G2 F20 透射电镜。 0021 本发明实施例中测试抗拉强度、延伸率测定采用的设备为 CMT 5105 拉伸机，拉伸试验采用的标准为 GB/T 228-2010金属材料拉伸试验；室温冲击功测定采用的设备为 JBW-500 冲击试验机，冲击试验采用的标准为 GB/T 229-2007金属夏比缺口冲击试验方法。 0022 本发明实施例中等温处理采用的加热炉为电阻炉。 0023 实施例 1 按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含 C 0.20%， Si 1.5%， Mn 3.0%， Ni 3.0%， Cr 0.3%， Mo 0.1%，其余为。

20、Fe 及不可避免杂质；其中 Mn、 Ni、 Cr 和 Mo 的总重量百分比为 6.4% ；将铸坯在120030加热2h后进行热轧，开轧温度为1150，终轧温度为850，总压下率为 90%，获得热轧钢板；采用电磁感应加热炉将热轧钢板以 20 /s 的速度升温至 900，保温 30s 进行奥氏体化；奥氏体化后的热轧钢板的奥氏体晶粒形态如图 1 所示；将奥氏体化后的热轧钢板空冷至 300330，然后置于温度为 300的加热炉中，使热说明书 CN 103993243 A 5 4/5 页 6 轧钢板在 300保温 20min，制成超高强度贝氏体钢板；其组。

21、织是尺寸为 120150nm 的板条贝氏体和残余奥氏体，残余奥氏体的体积分数为 14.7%，金相组织如图 2 所示；其抗拉强度为 1650MPa，屈服强度在 990 MPa，延伸率 18.3%，室温冲击吸收功 68J ；拉伸应力 - 应变曲线如图 4 所示。 0024 实施例 2 按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含 C 0.18%， Si 1.45%， Mn 6.0%， Ni 0.5%，其余为 Fe 及不可避免杂质；其中 Mn 和 Ni 的总重量百分比为 6.5% ；将铸坯在120030加热3h后进行热轧，开轧温度为1170，终轧温度为900。

22、，总压下率为 70%，获得热轧钢板；采用电磁感应加热炉将热轧钢板以 20 /s 的速度升温至 900，保温 60s 进行奥氏体化；将奥氏体化后的热轧钢板空冷至 250280，然后置于温度为 250的加热炉中，使热轧钢板在250保温120min，制成超高强度贝氏体钢板；其组织是尺寸为100130nm的板条贝氏体和残余奥氏体，残余奥氏体的体积分数为 13.5% ；其抗拉强度为 1750MPa，屈服强度在 1040 MPa，延伸率 16.5%，室温冲击吸收功 59J。 0025 实施例 3 按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含 C 0.19。

23、%， Si 1.55%， Mn 2.1%， Ni 2.5%， Cr 0.8%， Mo 0.5%，其余为 Fe 及不可避免杂质；其中 Mn、 Ni、 Cr 和 Mo 的总重量百分比为 5.9% ；将铸坯在120030加热2h后进行热轧，开轧温度为1180，终轧温度为850，总压下率为 90%，获得热轧钢板；采用电磁感应加热炉将热轧钢板以 30 /s 的速度升温至 950，保温 10s 进行奥氏体化；将奥氏体化后的热轧钢板空冷至 350380，然后置于温度为 350的加热炉中，使热轧钢板在 350保温 60min，制成超高强度贝氏体钢板；其组织是尺寸为。

24、150200nm 的板条贝氏体和残余奥氏体，残余奥氏体的体积分数为 15.2% ；其抗拉强度为 1650MPa，屈服强度在 970 MPa，延伸率 17.5%，室温冲击吸收功 76J。 0026 实施例 4 按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含 C 0.22%， Si 1.52%， Mn 4.0%， Ni 1.0%， Cr 0.8%，其余为 Fe 及不可避免杂质；其中 Mn、 Ni 和 Cr 的总重量百分比为 5.8% ；将铸坯在120030加热3h后进行热轧，开轧温度为1150，终轧温度为880，总压下率为 85%，获得热轧钢板；采用电磁感。

25、应加热炉将热轧钢板以 10 /s 的速度升温至 850，保温 180s 进行奥氏体化；将奥氏体化后的热轧钢板空冷至 300330，然后置于温度为 300的加热炉中，使热轧钢板在 300保温 30min，制成超高强度贝氏体钢板；其组织是尺寸为 120150nm 的板条贝氏体和残余奥氏体，残余奥氏体的体积分数为 14.5% ；其抗拉强度为 1670MPa，屈服强度在 1010 MPa，延伸率 17.6%，室温冲击吸收功 69J。 0027 实施例 5 说明书 CN 103993243 A 6 5/5 页 7 按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含。

26、 C 0.20%， Si 1.51%， Mn 4.0%， Ni 1.0%， Mo 0.5%，其余为 Fe 及不可避免杂质；其中 Mn、 Ni 和 Mo 的总重量百分比为 5.5% ；将铸坯在120030加热2h后进行热轧，开轧温度为1160，终轧温度为940，总压下率为 60%，获得热轧钢板；采用电磁感应加热炉将热轧钢板以 30 /s 的速度升温至 880，保温 130s 进行奥氏体化；将奥氏体化后的钢板空冷至 250280，然后置于温度为 250的加热炉中，使热轧钢板在 250保温 60min，制成超高强度贝氏体钢板；其组织是尺寸为 100130nm。

27、的板条贝氏体和残余奥氏体，残余奥氏体的体积分数为 15.1% ；其抗拉强度为 1725MPa，屈服强度在 995 MPa，延伸率 16.9%，室温冲击吸收功 66J。 0028 实施例 6 按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含 C 0.20%， Si 1.51%， Mn 7.0%，其余为 Fe 及不可避免杂质；将铸坯在120030加热3h后进行热轧，开轧温度为1180，终轧温度为920，总压下率为 65%，获得热轧钢板；采用电磁感应加热炉将热轧钢板以 30 /s 的速度升温至 920，保温 120s 进行奥氏体化；将奥氏体化后的钢板空冷。

28、至 220250，然后置于温度为 220的加热炉中，使热轧钢板在 220保温 180min，制成超高强度贝氏体钢板；其组织是尺寸为 100120nm 的板条贝氏体和残余奥氏体，残余奥氏体的体积分数为 17.2% ；其抗拉强度为 1800MPa，屈服强度在 1050 MPa，延伸率 16.5%，室温冲击吸收功 62J。说明书 CN 103993243 A 7 1/3 页 8 图 1 说明书附图 CN 103993243 A 8 2/3 页 9 图 2 说明书附图 CN 103993243 A 9 3/3 页 10 图 3 图 4 说明书附图 CN 103993243 A 10 。

摘要
申请专利号：	CN201410201493.5	申请日：	2014.05.14
公开号：	CN103993243A	公开日：	2014.08.20
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):C22C 38/58申请日:20140514\|\|\|公开
IPC分类号：	C22C38/58; C21D8/02	主分类号：	C22C38/58
申请人：	东北大学
发明人：	蓝慧芳; 杜林秀; 邱春林; 高秀华; 高彩茹; 吴红艳
地址：	110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号
优先权：
专利代理机构：	沈阳东大知识产权代理有限公司 21109	代理人：	梁焱
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内容摘要

一种超高强度贝氏体钢板及其制备方法，属于冶金技术领域，钢板成分按重量百分比含C0.18~0.22%，Si1.45~1.55%，Mn3.0~7.0%，Ni0~3.0%，Cr0~0.8%，Mo0~0.5%，其余为Fe及不可避免杂质；其抗拉强度为1650~1800MPa；制备方法按以下步骤进行：（1）按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯；（2）在1200±30℃加热2~3h后进行热轧，获得热轧钢板；（3）以10~30℃/s的速度升温至850~950℃，保温10~180s进行奥氏体化；（4）空冷至220~380℃，在220~350℃保温20~180min。本发明的方法不需要进行调质处理，也不需要采用盐浴炉预冷却，降低了工艺控制难度，简化了制造工序；制备发钢板具有高强塑性匹配和高冲击韧性；热处理后钢板板形良好，残余应力低，使用性能良好。

权利要求书

权利要求书
1.  一种超高强度贝氏体钢板，其特征在于成分按重量百分比含C 0.18~0.22%，Si 1.45~1.55%，Mn 3.0~7.0%，Ni 0~3.0%，Cr 0~0.8%，Mo 0~0.5%，其余为Fe及不可避免杂质；其抗拉强度为1650~1800MPa，延伸率≥16%，室温冲击吸收功≥59J。

2.  根据权利要求1所述的一种超高强度贝氏体钢板，其特征在于该钢板的成分中Mn、Ni、Cr和Mo的总重量百分比为5.5~7.0%。

3.  根据权利要求1所述的一种超高强度贝氏体钢板，其特征在于该钢板的组织是尺寸为100~200nm的板条贝氏体和残余奥氏体，奥氏体的体积分数在13.5~17.2%。

4.  一种权利要求1所述的超高强度贝氏体钢板的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含C 0.18~0.22%，Si 1.45~1.55%，Mn 3.0~7.0%，Ni 0~3.0%，Cr 0~0.8%，Mo 0~0.5%，其余为Fe及不可避免杂质；
（2）将铸坯在1200±30℃加热2~3h后进行热轧，开轧温度为1150~1180℃，终轧温度为850~950℃，总压下率为60~90%，获得热轧钢板；
（3）将热轧钢板以10~30℃/s的速度升温至850~950℃，保温10~180s进行奥氏体化；
（4）将奥氏体化后的热轧钢板空冷至220~380℃，然后置于温度为220~350℃的加热炉中，使热轧钢板在220~350℃保温20~180min，制成超高强度贝氏体钢板。

5.  根据权利要求4所述的超高强度贝氏体钢板的制备方法，其特征在于所述的铸坯中，Mn、Ni、Cr和Mo的总重量百分比为5.5~7.0%。

说明书

说明书一种超高强度贝氏体钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种超高强度贝氏体钢板及其制备方法。
背景技术
随着装备水平的提高及建筑设施的发展，超高强度钢的应用日趋广泛；然而，在提高强度的同时，也迫切需要提高塑性、韧性及焊接性能。
目前常见的超高强度钢的生产通常有两种：第一种是调质处理工艺，即淬火+回火，得到回火马氏体组织，通过调整淬火温度和回火温度获得相应的力学性能；如公开号为“CN 101691640 B”的专利申请涉及的一种高强度低合金耐磨钢板及其制造方法，通过910~950℃淬火及后续250℃回火，钢板的抗拉强度为1350~1450MPa，延伸率>11％；又如公开号为“CN 102618792 A”的专利申请涉及的一种工程机械用高强度耐磨钢及其制备方法，通过860~950℃淬火及后续150~400℃回火，钢板的抗拉强度不低于1220MPa，延伸率>13％；又如公开号为“CN 102808130 A”的专利申请涉及的一种铌微合金化Mn-B系超高强度钢板及其热处理工艺，通过880~930℃淬火及后续190~280℃回火，钢板抗拉强度为1100~1400MPa，延伸率7～15％；这种调质处理方法可以获得超高强度，并可以通过回火温度的选择兼顾较高的塑性和韧性，但需要特殊的淬火设备，而且热处理工序复杂，因此存在成本高，生产周期长等缺点。第二种是控轧控冷工艺，即通过一定的合金元素设计，采用控制轧制并结合后续的快速冷却，获得硬相组织；但是为了获得高强度，通常需要较低的终冷温度和高冷速；如公开号为“CN102618803A”的专利申请涉及的一种超高强度钢板及其制造方法，通过控轧控冷工艺，将轧制后钢板快速冷却至200℃以下，之后进行低温回火，钢板的抗拉强度不低于1800MPa，-20℃冲击功>20J。这种工艺可以获得超高强度，但其缺点是冷却后的钢板中残余应力较大，板形控制及矫直难度加大，并且在使用过程中易发生瓢曲等问题。
铁素体-珠光体钢、马氏体钢和贝氏体钢是并列的三大钢种，相比之下，贝氏体钢韧性和塑性优于马氏体钢，而强度高于铁素体-珠光体钢。因此，贝氏体钢具有很高的强度、塑性和韧性匹配；目前，贝氏体钢已经广泛应用于铁路、航空、石油、矿山等领域，发展前景良好；然而，随着强度的提高，尤其当抗拉强度超过1500MPa时，钢板的韧性急剧降低，这一问题限制了超高强度钢的应用；提高超高强度钢的冲击韧性主要有两个途径：一是提高钢的洁净度，降低夹杂物水平；二是进行组织控制，主要包括组织细化以及提高组织中的韧性相（如残余奥氏体）的比例；公开号为“CN 102112644 A”的专利申请公开了一种贝氏体钢及其制造方法，采用C含量为0.6~1.1%，在190~250℃进行贝氏体相变，钢板的抗拉强度达到1900MPa以上，但其室温冲击吸收功不足10J，这主要是由其过高的C含量造成的；公开号为“CN 102021479 B”的专利申请中采用0.5%C含量，奥氏体化后，先利用盐浴炉将钢板预冷却至250~350℃，然后再放入250~350℃的电阻炉中等温热处理，钢板的抗拉强度达到1500MPa以上，但盐浴炉的使用增加了温度控制难度，降低了工艺可操作性。
发明内容
针对现有超高强度贝氏体钢在制备技术上存在的上述问题，本发明提供一种超高强度贝氏体钢板及其制备方法，通过设计元素成分及采用贝氏体区等温热处理，在不需要高冷速降温和盐浴炉预冷的条件下，在钢板中获得细化的贝氏体和一定量的残余奥氏体，使贝氏体钢板具有超高强度及室温冲击功。
本发明的超高强度贝氏体钢板的成分按重量百分比含C 0.18~0.22%，Si 1.45~1.55%，Mn 3.0~7.0%，Ni 0~3.0%，Cr 0~0.8%，Mo 0~0.5%，其余为Fe及不可避免杂质；其抗拉强度为1650~1800MPa，延伸率≥16%，室温冲击吸收功≥59J。
上述的超高强度贝氏体钢板中， Mn、Ni、Cr和Mo的总重量百分比为5.5~7.0%。
上述的超高强度贝氏体钢板的组织是尺寸为100~200nm的板条贝氏体和残余奥氏体，奥氏体的体积分数在13.5~17.2%。
本发明的超高强度贝氏体钢板的制备方法按以下步骤进行：
1、按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含C 0.18~0.22%，Si 1.45~1.55%，Mn 3.0~7.0%，Ni 0~3.0%，Cr 0~0.8%，Mo 0~0.5%，其余为Fe及不可避免杂质；
2、将铸坯在1200±30℃加热2~3h后进行热轧，开轧温度为1150~1180℃，终轧温度为850~950℃，总压下率为60~90%，获得热轧钢板；
3、将热轧钢板以10~30℃/s的速度升温至850~950℃，保温10~180s进行奥氏体化；
4、将奥氏体化后的热轧钢板空冷至220~380℃，然后置于温度为220~350℃的加热炉中，使热轧钢板在220~350℃保温20~180min，制成超高强度贝氏体钢板。
上述的铸坯中，Mn、Ni、Cr和Mo的总重量百分比为5.5~7.0%。
上述方法中，以10~30℃/s的速度升温至850~950℃是采用电磁感应加热炉进行快速感应加热。
本发明的钢板中各种合金元素的主要作用在于：
C的作用是提高淬透性、提供一定的固溶强化效果，C含量太低，不利于形成残余奥氏体，而C含量太高将导致钢的冲击韧性和焊接性能大大降低；
Si在渗碳体中的溶解度很低，添加一定量的Si可以有效抑制渗碳体析出，从而提高钢中的有效C浓度，提高残余奥氏体体积分数，并提高钢的冲击韧性；
Ni是扩大奥氏体区的合金元素，能够提高淬透性，有效降低Ms温度，从而有助于在低温范围发生贝氏体相变；而且Ni可以使位错的交滑移更容易，从而提高塑性和韧性，但Ni价格昂贵，因此控制其上限含量为3%；
Mn与Ni类似，扩大奥氏体区的合金元素，能够提高淬透性，有效降低Ms温度，从而有助于在低温范围发生贝氏体相变；而且Mn的价格低廉，因此在本发明中将Mn作为主要的合金元素；
Cr和Mo的作用是提高淬透性；但出于经济性考虑，将Cr和Mo含量分别控制在0.8%和0.5%以下。
本发明的方法通过合理设计化学成分，结合快速感应加热，获得细小的初始奥氏体晶粒尺寸，有两点益处：其一，提高贝氏体相变前奥氏体的稳定性；在随后的贝氏体相变过程中获得更多的残余奥氏体；其二，为贝氏体相变提供更多形核地点，从而加快贝氏体相变速度，有助于保持细化的贝氏体板条尺寸。
本发明的优点在于：
（1）不需要进行调质处理，也不需要采用盐浴炉预冷却，只需要将钢板冷却至一定的温度区间后放入加热炉中等温处理，即所有冷却过程均采用空冷，不需要水冷，因此，降低了工艺控制难度，简化了制造工序；
（2）制备发钢板具有高强塑性匹配；
（3）由于C含量低，钢板的冲击韧性高，室温冲击吸收功≥50J；
（4）冷却过程均采用空冷，热处理后钢板板形良好，残余应力低，使用性能良好。
附图说明
图1为本发明实施例1中的奥氏体化后的热轧钢板的奥氏体晶粒形态的金相组织显微图；
图2为本发明实施例1中制备的超高强度贝氏体钢板金相组织显微图；其中深色部分为贝氏体，浅色部分为残余奥氏体；
图3为本发明实施例1中制备的超高强度贝氏体钢板的透射电镜照片；其中深色部分为残余奥氏体，浅色部分为贝氏体板条；
图4为本发明实施例1中制备的超高强度贝氏体钢板的拉伸应力-应变曲线图。
具体实施方式
本发明实施例中制备的超高强度贝氏体钢板的屈服强度在970~1050 MPa，抗拉强度在1650~1800MPa。
本发明实施例中制备的超高强度贝氏体钢板的室温冲击功在59~76J。
本发明实施例中制备的超高强度贝氏体钢板的延伸率在16.5~18.3%。
本发明实施例中分析晶粒形态和金相组织采用的设备为Leica DMIRM金相显微镜。
本发明实施例中分析透射电镜照片采用的设备为FEI Technai G2 F20透射电镜。
本发明实施例中测试抗拉强度、延伸率测定采用的设备为CMT 5105拉伸机，拉伸试验采用的标准为GB/T 228-2010《金属材料拉伸试验》；室温冲击功测定采用的设备为JBW-500冲击试验机，冲击试验采用的标准为GB/T 229-2007《金属夏比缺口冲击试验方法》。
本发明实施例中等温处理采用的加热炉为电阻炉。
实施例1
按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含C 0.20%，Si 1.5%，Mn 3.0%，Ni 3.0%，Cr 0.3%，Mo 0.1%，其余为Fe及不可避免杂质；其中Mn、Ni、Cr和Mo的总重量百分比为6.4%；
将铸坯在1200±30℃加热2h后进行热轧，开轧温度为1150℃，终轧温度为850℃，总压下率为90%，获得热轧钢板；
采用电磁感应加热炉将热轧钢板以20℃/s的速度升温至900℃，保温30s进行奥氏体化；奥氏体化后的热轧钢板的奥氏体晶粒形态如图1所示；
将奥氏体化后的热轧钢板空冷至300~330℃，然后置于温度为300℃的加热炉中，使热轧钢板在300℃保温20min，制成超高强度贝氏体钢板；其组织是尺寸为120~150nm的板条贝氏体和残余奥氏体，残余奥氏体的体积分数为14.7%，金相组织如图2所示；其抗拉强度为1650MPa，屈服强度在990 MPa，延伸率18.3%，室温冲击吸收功68J；拉伸应力-应变曲线如图4所示。
实施例2
按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含C 0.18%，Si 1.45%，Mn 6.0%，Ni 0.5%，其余为Fe及不可避免杂质；其中Mn和Ni的总重量百分比为6.5%；
将铸坯在1200±30℃加热3h后进行热轧，开轧温度为1170℃，终轧温度为900℃，总压下率为70%，获得热轧钢板；
采用电磁感应加热炉将热轧钢板以20℃/s的速度升温至900℃，保温60s进行奥氏体化；
将奥氏体化后的热轧钢板空冷至250~280℃，然后置于温度为250℃的加热炉中，使热轧钢板在250℃保温120min，制成超高强度贝氏体钢板；其组织是尺寸为100~130nm的板条贝氏体和残余奥氏体，残余奥氏体的体积分数为13.5%；其抗拉强度为1750MPa，屈服强度在1040 MPa，延伸率16.5%，室温冲击吸收功59J。
实施例3
按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含C 0.19%，Si 1.55%，Mn 2.1%，Ni 2.5%，Cr 0.8%，Mo 0.5%，其余为Fe及不可避免杂质；其中Mn、Ni、Cr和Mo的总重量百分比为5.9%；
将铸坯在1200±30℃加热2h后进行热轧，开轧温度为1180℃，终轧温度为850℃，总压下率为90%，获得热轧钢板；
采用电磁感应加热炉将热轧钢板以30℃/s的速度升温至950℃，保温10s进行奥氏体化；
将奥氏体化后的热轧钢板空冷至350~380℃，然后置于温度为350℃的加热炉中，使热轧钢板在350℃保温60min，制成超高强度贝氏体钢板；其组织是尺寸为150~200nm的板条贝氏体和残余奥氏体，残余奥氏体的体积分数为15.2%；其抗拉强度为1650MPa，屈服强度在970 MPa，延伸率17.5%，室温冲击吸收功76J。
实施例4
按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含C 0.22%，Si 1.52%，Mn 4.0%， Ni 1.0%，Cr 0.8%，其余为Fe及不可避免杂质；其中Mn、Ni和Cr的总重量百分比为5.8%；
将铸坯在1200±30℃加热3h后进行热轧，开轧温度为1150℃，终轧温度为880℃，总压下率为85%，获得热轧钢板；
采用电磁感应加热炉将热轧钢板以10℃/s的速度升温至850℃，保温180s进行奥氏体化；
将奥氏体化后的热轧钢板空冷至300~330℃，然后置于温度为300℃的加热炉中，使热轧钢板在300℃保温30min，制成超高强度贝氏体钢板；其组织是尺寸为120~150nm的板条贝氏体和残余奥氏体，残余奥氏体的体积分数为14.5%；其抗拉强度为1670MPa，屈服强度在1010 MPa，延伸率17.6%，室温冲击吸收功69J。
实施例5
按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含C 0.20%，Si 1.51%，Mn 4.0%，Ni 1.0%，Mo 0.5%，其余为Fe及不可避免杂质；其中Mn、Ni和Mo的总重量百分比为5.5%；
将铸坯在1200±30℃加热2h后进行热轧，开轧温度为1160℃，终轧温度为940℃，总压下率为60%，获得热轧钢板；
采用电磁感应加热炉将热轧钢板以30℃/s的速度升温至880℃，保温130s进行奥氏体化；
将奥氏体化后的钢板空冷至250~280℃，然后置于温度为250℃的加热炉中，使热轧钢板在250℃保温60min，制成超高强度贝氏体钢板；其组织是尺寸为100~130nm的板条贝氏体和残余奥氏体，残余奥氏体的体积分数为15.1%；其抗拉强度为1725MPa，屈服强度在995 MPa，延伸率16.9%，室温冲击吸收功66J。
实施例6
按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含C 0.20%，Si 1.51%，Mn 7.0%，其余为Fe及不可避免杂质；
将铸坯在1200±30℃加热3h后进行热轧，开轧温度为1180℃，终轧温度为920℃，总压下率为65%，获得热轧钢板；
采用电磁感应加热炉将热轧钢板以30℃/s的速度升温至920℃，保温120s进行奥氏体化；
将奥氏体化后的钢板空冷至220~250℃，然后置于温度为220℃的加热炉中，使热轧钢板在220℃保温180min，制成超高强度贝氏体钢板；其组织是尺寸为100~120nm的板条贝氏体和残余奥氏体，残余奥氏体的体积分数为17.2%；其抗拉强度为1800MPa，屈服强度在1050 MPa，延伸率16.5%，室温冲击吸收功62J。