CN101381854B - 低碳高铌含量的贝氏体高强钢中厚板生产方法 - Google Patents
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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
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,C0.041%、Si0.33%、Mn1.97%、Ni0.44%、Cu0.40%、Mo0.29%、Nb0.090%、Ti0.017%、P0.0054%、S0.0013%,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σb为967MPa,屈服强度σs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
将化学成分按重量百分数计,C0.041%、Si0.33%、Mn1.97%、Ni0.44%、Cu0.40%、Mo0.29%、Nb0.090%、Ti0.017%、P0.0054%、S0.0013%,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σb为973MPa,屈服强度σs为848MPa,延伸率Ψ为16.8%,(-20℃)夏比冲击功Akv为253J。
对比实施例
将化学成分按重量百分数计,C0.041%、Si0.33%、Mn1.97%、Ni0.44%、Cu0.40%、Mo0.29%、Nb0.090%、Ti0.017%、P0.0054%、S0.0013%,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σb为945MPa,屈服强度σs为821MPa,延伸率Ψ为11%,(-20℃)夏比冲击功Akv为189J。
Claims (1)
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1220℃,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;
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。
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