CN101381854A

CN101381854A - 低碳高铌含量的贝氏体高强钢中厚板生产方法

Info

Publication number: CN101381854A
Application number: CNA2008102251831A
Authority: CN
Inventors: 武会宾; 唐荻; 焦多田; 余伟; 蔡庆伍; 王路兵
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2028-10-30
Also published as: CN101381854B

Abstract

本发明低碳高铌含量的贝氏体高强钢中厚板生产方法，涉及超低碳贝氏体钢板的制造方法。本发明采用高铌含量并复合添加钼、铜、镍的超低碳贝氏体钢板，对坯料进行两阶段控轧，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制。再结晶区轧制，变形速率在大于10s^－1，累积变形量大于60％，获得平均尺寸小于25μm的奥氏体晶粒；未再结晶区轧制，使压缩比保持在5倍以上，即可获得小于5μm的扁平奥氏体晶粒宽度。层流冷却采用20～25℃/s的冷却速度，终冷温度在300～400℃范围内。最终得到板条贝氏体与马氏体组织，材料强韧性得到同步提高。最终产品的屈服强度σs≥840MPa，抗拉强度σb≥930MPa，延伸率Ψ≥15％，(－20℃)夏比冲击功≥230J。

Description

低碳高铌含量的贝氏体高强钢中厚板生产方法

技术领域

本发明涉及一种超低碳贝氏体钢板制的造方法，特别是涉及一种高铌含量并复合添加钼、铜、镍的超低碳贝氏体钢板的制造方法。

背景技术

目前，在能源、交通、原材料工业以及各种工程中使用的钢铁材料都要求有高强度(一般抗拉强度大于600MPa)、较高的韧性或低温韧性(特别是在寒冷地区)、良好的焊接性能及成形性能。从降低制造各种装备的成本及改善产品性能出发，还希望保持较低的碳含量和合金元素含量。在综合以上考虑的前提下，细化晶粒是达到优良性能要求的唯一有效的工艺思路。通过细化原始奥氏体晶粒，优化冷却条件，控制生成不同的组织类型。低碳的成分设计彻底消除了碳对贝氏体组织韧性的不利影响。钢的强度不再依靠钢中的碳含量，而主要通过细晶强化，位错强化及亚结构强化，铌、钒、钛微合金元素析出强化。因此必须要保证足够的铌含量能够有效抑制奥氏体再结晶，提高再结晶温度，扩大未结晶区温度区间，为控制轧制大压下量来细化最终组织提供保证。如果Nb含量低于0.05％，未再结晶温度只能提高到950℃左右，如果Nb含量提高到0.05-1.0％范围，则再结晶温度可以提高到1000℃以上，即可以更大程度的扩大未再结晶区域的轧制空间，从而在终轧温度不变的条件下，确保大于5倍的未再结晶压缩比。

虽然TMCP理论为控轧控冷工艺提供了思路，但是设备条件与工艺设计的矛盾是不可避免的，比如每道次压下量的分配必须要考虑轧机的承载能力，冷却速度的设计要考虑水冷***的能力。因此针对高铌含量并复合添加钼、铜、镍的超低碳贝氏体钢板需要提出相应的工艺参数。

发明内容

本发明的目的是针对高铌低碳的成分设计，结合实际生产条件，对控制轧制中，两阶段轧制压下量的分配提出了具体的工艺指标，根据再结晶区轧制压下量对细化奥氏体的影响规律，确定中间坯待温温度区间和未再结晶区轧制的压缩比，优化轧后冷却的速度范围，实现高铌含量并复合添加钼、铜、镍的超低碳贝氏体钢板具有较高的屈服强度、较高的延伸率和较好的低温韧性。

为实现上述目的，本发明提出的生产低碳高铌含量高强钢中厚板的方法包括如下步骤：

1)在真空感应熔炼炉中冶炼出符合设定成分控制范围的铸锭，铸锭经过锻造，使之成为厚度规格为230～250mm的热轧板坯；也可以采用成熟的连铸生产工艺，直接将钢水连铸成钢坯；

2)对坯料进行均热处理，控制坯料在1150～1250℃温度范围内，保温120～240min，使钢中的铌、钒、钛元素充分回溶；

3)对出炉后的板坯进行高压水除磷处理，去除板坯在加热过程中所产生的氧化铁皮；

4)对除磷后的坯料立即进行两阶段控制轧制，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制。再结晶区轧制，变形速率大于10s^-1，累积变形量大于60％，终轧温度控制在1020～1080℃范围内，得到中间坯，中间坯空冷到980±30℃，再进行未再结晶区轧制，使未再结晶区轧制压缩比保持在5倍以上，终轧温度控制在750～800℃范围内；

5)对终轧后在6-20mm的中厚板进行层流冷却，冷却速度范围控制在20～25℃/s之间，终冷温度控制在300～400℃范围内，将层流冷却后的钢板空冷至室温。

上述设定成分控制范围按重量百分比计为：0.02～0.05％C、0.1～0.4％Si、1.5～2.0％Mn、0.004～0.012％P、0.01～0.02％Ti、0.001～0.005％S、0.3～0.6％Cu、0.3～0.6％Ni、0.2～0.5％Mo、0.05～0.1％Nb，余量为Fe及不可避免的夹杂。

本发明的优点在于：

1)通过高铌含量(0.05-0.10％)并复合添加钼、铜、镍的超低碳贝氏体钢板；

2)对坯料进行两阶段控轧，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制。在再结晶区变形，随变形量的增加，奥氏体再结晶晶粒细化效果明显，并随变形量的逐步加大，再结晶晶粒细化效果逐渐减缓；变形量达到60％左右时，晶粒尺寸基本达到一个近极限状态，再次增加变形量，奥氏体再结晶晶粒细化效果不明显。研究表明，再结晶区轧制，变形速率在大于10s^-1，终轧温度在1050℃左右时，变形量大于60％时，可获得平均尺寸小于25μm的奥氏体晶粒。

3)在1020℃～1080℃中间坯空冷，铌碳氮化物第二相析出明显，奥氏体晶界得到了有效钉扎，晶粒稳定性良好，不会发生明显的粗化现象。

4)980±30℃开始进行未再结晶区轧制，压缩比保持在5倍以上，即可获得小于5μm的扁平奥氏体晶粒宽度。当扁平奥氏体晶粒宽度小于5μm时，相变后的板条组织得到有效细化，钢板强韧性能同步提高。

5)轧后冷却阶段，在0.5℃/s～50℃/s的冷却速度范围内均可以得到贝氏体组织。随着冷却速度的提高，贝氏体开始相变温度相应降低，冷却速度从0.5℃/s增大至50℃/s，贝氏体开始相变温度下降了110℃，转变结束温度降低了152℃。且随着冷却速度的增加，显微组织逐渐由粒状贝氏体向板条贝氏体与马氏体转变，且相变组织越加细小。大于20℃/s的冷速避开退化的上贝氏体组织形成冷速，25℃/s的冷速得到了最大量的下贝氏体组织，因此20～25℃/s之间冷速为最佳冷却速度范围，终冷温度设定为300~400℃。

6)最终的板条组织沿与扁平奥氏体晶界成50～60度大角度生长，奥氏体晶界起到了限制板条束生长的作用，随奥氏体晶界宽度的降低，板条束有效晶粒尺寸得到细化，材料强韧性能得到同步提高。最终产品的强度和韧性指标能够满足以下要求：屈服强度σs≥840MPa，抗拉强度σb≥930MPa，延伸率ψ≥15％，(—20℃)夏比冲击功≥230J。

附图说明

图1为实施例1的光学金相照片观察压扁的原始奥氏体晶粒；

图2为实施例2的光学金相照片观察压扁的原始奥氏体晶粒；

图3为对比例的光学金相照片观察压扁的原始奥氏体晶粒；

图4为实施例1最终形成的板条束TEM形貌分析；

图5为实施例2最终形成的板条束TEM形貌分析；

图6为对比例最终形成的板条束TEM形貌分析。

具体实施方式

实施例1

将化学成分按重量百分数计，C 0.041％、Si 0.33％、Mn 1.97％、Ni 0.44％、Cu0.40％、Mo 0.29％、Nb 0.090％、Ti 0.017％、P 0.0054％、S 0.0013％，余量为Fe的钢水模铸成锭后，锻造为厚度为230mm的坯料。

把坯料在1220℃均热，保温240min后进行高压水除磷，进行两阶段控轧。再结晶区开轧温度是1189℃，变形速率为12s^-1，经多道次轧制后，再结晶区终轧温度为1040℃，累积变形量为67％，中间坯厚度控制在75mm。未再结晶区轧制开轧温度为980℃，经多道次轧制后，达到最终产品厚度12mm，压缩比为6.25，终轧温度为780℃。

终轧后层流冷却，冷却速度为23℃/s，终冷温度为383℃。终轧后空冷至室温。

对轧制阶段的试样检测，如图1所示为压扁的原始奥氏体晶粒，其扁平的晶界宽度大约为5μm，板条组织得到有效细化。图4所示为最终产品的TEM观察，其板条组织由于原始奥氏体细化的缘故，也得到了细化，其板条宽度为0.5～1μm。对钢板产品的性能检验可知：其抗拉强度σ_b为967MPa，屈服强度σ_s为853MPa，延伸率ψ为15.5％，(-20℃)夏比冲击功Akv为230J。

从上述实施例可知，本发明的低碳高铌含量高强钢的生产方法，通过控冷工艺，细化原始奥氏体的方法，有效的细化了最终组织，实现了强度韧性的同步提高。

实施例2

把坯料在1220℃均热，保温220min后进行高压水除磷，进行两阶段控轧。再结晶区开轧温度是1189℃，变形速率为12s^-1，经多道次轧制后，再结晶区终轧温度为1040℃，累积变形量为67％，中间坯厚度控制在75mm。未再结晶区轧制开轧温度为980℃，经多道次轧制后，达到最终产品厚度10mm，压缩比为7.5，终轧温度为760℃。

终轧后层流冷却，冷却速度为28℃/s，终冷温度为377℃。终轧后空冷至室温。

对轧制阶段的试样检测，如图2所示为压扁的原始奥氏体晶粒，板条组织得到有效细化。图5所示为最终产品的TEM观察，其板条宽度在0.3～1μm。对钢板产品的性能检验可知：其抗拉强度σ_b为973MPa，屈服强度σ_s为848MPa，延伸率ψ为16.8％，(-20℃)夏比冲击功Akv为253J。

对比实施例

把坯料在1220℃均热，保温240min后进行高压水除磷，进行两阶段控轧。再结晶区开轧温度是1190℃，变形速率为12s^-1，经多道次轧制后，再结晶区终轧温度为1080℃，累积变形量为48％，中间坯厚度控制在120mm。未再结晶区轧制开轧温度为950℃，经多道次轧制后，达到最终产品厚度30mm，压缩比为4，终轧温度为780℃。

终轧后层流冷却，冷却速度为22℃/s，终冷温度为400℃。终轧后空冷至室温。

对轧制阶段的试样检测，如图3所示为压扁的原始奥氏体晶粒，可以明显的观察到其扁平的晶界宽度大约为15μm，板条特征明显，但是相比实施例1和2较为粗大。图6所示为最终产品的TEM观察，其板条宽度在1～1.5μm。对钢板产品的性能检验可知：其抗拉强度σ_b为945MPa，屈服强度σ_s为821MPa，延伸率ψ为11％，(-20℃)夏比冲击功Akv为189J。

Claims

1、一种低碳高铌含量的贝氏体高强钢中厚板生产方法，其特征在于，具体步骤为：

1)对设定成分控制范围的铸锭铸成的坯料进行均热处理，温度控制在1150～1250℃的范围内，保温120～240min，使钢中的铌、钒、钛元素充分回溶；

2)对出炉后的板坯进行高压水除磷处理，去除板坯在加热过程中所产生的氧化铁皮；

3)对除磷后的坯料立即进行两阶段控制轧制，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制，再结晶区轧制，变形速率大于10s^-1，累积变形量大于60％，终轧温度控制在1020～1080℃范围内，得到中间坯，中间坯空冷到980±30℃，再进行未再结晶区轧制，使未再结晶区轧制压缩比保持在5倍以上，终轧温度控制在750～800℃范围内；

4)对终轧后尺寸在6-20mm的中厚板进行层流冷却，冷却速度范围控制在20～25℃/s之间，终冷温度控制在300～400℃范围内，将层流冷却后的钢板空冷至室温。

2、如权利要求1所述的低碳高铌含量的贝氏体高强钢中厚板生产方法，其特征在于，所述设定成分控制范围按重量百分比计为：0.02～0.05％C、0.1～0.4％Si、1.5～2.0％Mn、0.004～0.012％P、0.01～0.02％Ti、0.001～0.005％S、0.3～0.6％Cu、0.3～0.6％Ni、0.2～0.5％Mo、0.05～0.1％Nb，余量为Fe及不可避免的夹杂。