CN116334497A - 具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板及其生产方法。化学成分：C 0.03～0.05％，Si≤0.03％，Mn 0.15～0.25％，P≤0.02％，S≤0.012％，Al 0.01～0.04％，N≤0.003％，余铁和杂质。生产方法中，将原材料经过钢水冶炼、连铸、加热、两阶段控制轧制、控制冷却、热处理、矫直工序制成钢板，所得钢板屈强比低、低温韧性高、应变疲劳寿命长，用于强震、严寒的极端环境。
Description
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的生产方法，以及一种采用该生产方法制备而成的具有低屈强比以及长应变疲劳寿命的钢板。
背景技术
随着经济的发展和科技的进步，冶金领域对钢材的使用要求逐渐提高，除了满足基本的强度、塑性要求外，还需要在强震、严寒的极端环境下也能正常使用。《建设工程抗震管理条例》中明确规定：位于高烈度设防地区、地震重点监视防御区的新建学校、幼儿园、医院等公共使用建筑应当按照国家有关规定采用隔震、减震等技术。这就要求钢板不仅具有低屈服强度，还要具有良好的低温韧性和较长的应变疲劳寿命。
低屈服强度钢板是制作减震装置金属阻尼器和屈曲约束支撑的关键材料。地震发生时，减震装置中的阻尼性构件先于主结构发生屈服变形吸收地震能量，从而可最大程度地降低建筑主结构受到的地震波冲击损伤，以达到抗震目的。近年来，低屈服强度钢板需求量明显增多，如何提高低屈服强度钢板的低温韧性和应变疲劳寿命成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的生产方法，以及采用该生产方法制备而成的具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板，在优化化学成分设计方案的同时，通过对生产工艺全流程的控制，不仅降低了对合金化的依赖，而且制备得到的钢板具有屈强比低、低温韧性高、应变疲劳寿命长的优点，解决了生产成本高、生产流程长、生产节奏慢、周期长等问题，可以适用于强震、严寒的极端环境。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的生产方法，将原材料依次经过钢水冶炼、连铸、加热、两阶段控制轧制、控制冷却、热处理、矫直工序制成钢板；所述钢板的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03～0.05％，Si≤0.03％，Mn 0.15～0.25％，P≤0.02％，S≤0.012％，Al 0.01～0.04％，N≤0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述两阶段控制轧制工序中，对加热工序后的连铸坯依次进行再结晶区轧制、非再结晶区轧制，制成钢板，再结晶区轧制阶段的终轧温度为(T再结晶+30)～(T再结晶+50)℃，非再结晶区轧制阶段的终轧温度为Ar3～(Ar3+20)℃，其中，T再结晶表示奥氏体再结晶温度，Ar3表示冷却过程中奥氏体向铁素体转变的开始温度；
所述控制冷却工序中，所述控制轧制工序结束后立即将所得钢板入水冷却，控制冷却速度为15～25℃//，终冷温度为500～(Ar1-150)℃，其中，Ar1表示冷却过程中奥氏体向铁素体转变的结束温度；
所述热处理工序中，将所述控制冷却工序后的钢板加热至Ac3～(Ac3+10)℃并保温，控制钢板的升温速度为5～10℃//，保温结束后出炉并将钢板入水冷却，控制冷却速度为10～20℃//，终冷温度为500～600℃，其中，Ac3表示加热过程中完全奥氏体化的温度；
所述矫直工序中，将所述热处理工序后的钢板待温20～30/后进行矫直，控制钢板的不平度≤2mm/m。
作为一实施方式的进一步改进，所述连铸工序中将钢水连铸成厚度为220mm的连铸坯。
作为一实施方式的进一步改进，所述加热工序中，将连铸坯加热至均热温度为1230～1250℃，而后保温100～120min。
作为一实施方式的进一步改进，所述两阶段控制轧制工序中，再结晶区轧制阶段的开轧温度为1080～1120℃，非再结晶区轧制阶段的开轧温度为900～940℃。
作为一实施方式的进一步改进，所述钢板的厚度d为8～60mm。
作为一实施方式的进一步改进，所述热处理工序中，16mm<d≤60mm时，保温时间为1.8min/mm；8mm≤d≤16mm时，保温时间为30min。
作为一实施方式的进一步改进，所述热处理工序在热处理炉中对钢板进行加热及保温。
为实现上述发明目的，本发明再一实施方式还提供了一种具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板，其采用如上所述的生产方法制备而成。
作为再一实施方式的进一步改进，所述钢板的下屈服强度Rel为205～245MPa，抗拉强度Rm为300～400MPa，断后伸长率A50mm≥55％，屈强比Rel/Rm≤0.75，-40℃夏比冲击吸收功＞200J，钢板同板强度差≤20MPa；当应变频率为1～3Hz时，在0.8％的应变幅下，钢板可承受至少2000周次不断裂。
作为再一实施方式的进一步改进，所述钢板的组织为铁素体+珠光体+晶界游离渗碳体的复合组织，其中，铁素体的比例为90～97％，珠光体的比例为2.5～10％，晶界游离渗碳体的比例为0.1～0.6％，且晶界游离渗碳体不连续分布，铁素体晶粒尺寸＜20μm，珠光体片层间距＜150nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)在优化化学成分设计方案的同时，通过对生产工艺全流程的控制，不仅降低了对合金化的依赖，而且制备得到的钢板具有屈强比低、低温韧性高、应变疲劳寿命长的优点，所得具有低屈强比以及长应变疲劳寿命的钢板的组织均为铁素体+珠光体+晶界游离渗碳体的复合组织，其中，铁素体的比例为90～97％，珠光体的比例为2.5～10％，晶界游离渗碳体的比例为0.1～0.6％，且晶界游离渗碳体不连续分布，铁素体晶粒尺寸＜20μm，珠光体片层间距＜150nm；下屈服强度Rel为205～245MPa，抗拉强度Rm为300～400MPa，断后伸长率A50mm≥55％，屈强比Rel/Rm≤0.75，-40℃夏比冲击吸收功＞200J，钢板同板强度差≤20MPa；当应变频率为1～3Hz时，在0.8％的应变幅下，钢板可承受至少2000周次不断裂，具有良好的应变疲劳性能，且滞回曲线光滑，屈强比低、低温韧性好，解决了生产成本高、生产流程长、生产节奏慢、周期长等问题，可以适用于强震、严寒的极端环境；
(2)通过对两阶段控制轧制工序的控制，将再结晶区终轧温度的控制为(T再结晶+30)～(T再结晶+50)℃，可以保证奥氏体完全再结晶还可以抑制奥氏体组织粗化，将非再结晶区轧制阶段的终轧温度控制为较低的Ar3～(Ar3+20)℃，可产生较多的变形带和位错，使相变后晶粒细化，从而可以最大限度通过轧制细化钢板组织，为后续热处理提供较多的形核点；通过对控制冷却工序的控制，可以确保钢板在水中冷却过程中完成相变过程，进一步细化钢板的组织，保留晶界、位错等形核点，并通过细晶强化和固溶强化提高轧态钢板的强度；
(3)通过对热处理工序的控制，可以使得钢板完全奥氏体化，使钢板内部组织全部进行重结晶，不仅消除了薄规格钢板头尾部与厚规格钢板表层由于温降快而导致的钢板在两相区轧制进而产生的混晶组织，而且通过重结晶以及重结晶后的保温使组织变得更细化均匀；通过控制钢板保温结束出炉后入水冷却并控制冷却速度和终冷温度，加快了钢板的冷却进程，减少了钢板在高温区的停留时间，不仅降低了铁素体和珠光体的相变温度，保证组织相变完全结束，细化了铁素体组织，减小了珠光体的片层间距，而且减少了渗碳体在晶界的形成，避免了渗碳体在晶界的连续分布，避免了冷却内应力的产生，进而提高了钢板的强度、低温韧性和应变疲劳寿命，还降低了对合金的依赖性，同时使钢板具有优良的板形；
(4)通过矫直工序中对待温时间和不平度的控制，不仅为钢板残余的内应力释放提供了充足的时间，改善了由于残余内应力对应变疲劳寿命的影响，降低了钢板的不平度，而且避免了因矫直温度过低而产生的矫后回弹的问题。
附图说明
图1是实施例1中具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的头部于200倍下的显微组织图，其示出了钢板头部纵截面厚度1/4处；
图2是实施例1中具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的中部于200倍下的显微组织图，其示出了钢板中部纵截面厚度1/4处；
图3是对比例1中钢板的头部于200倍下的显微组织图，其示出了钢板头部纵截面厚度1/4处；
图4是对比例1中钢板的中部于200倍下的显微组织图，其示出了钢板头部纵截面厚度1/4处；
图5是实施例2中具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的头部于1000倍下的显微组织图，其示出了钢板头部纵截面厚度1/4处；
图6是对比例2中钢板的头部于1000倍下的显微组织图，其示出了钢板头部纵截面厚度1/4处。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的介绍，但要求保护的范围不局限于所作的描述。
本发明一实施方式提供了一种具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的生产方法以及采用该生产方法制备而成的具有低屈强比以及长应变疲劳寿命的钢板。
该生产方法中，按预定的化学成分设计方案进行钢水冶炼，所得钢水浇注成连铸坯，再将连铸坯依次经过加热、两阶段控制轧制、控制冷却、热处理、矫直工序制成钢板。如此，在优化化学成分设计方案的基础上，通过对生产工艺全流程的控制，不仅降低了对合金化的依赖，而且制备得到的钢板具有屈强比低、低温韧性高、应变疲劳寿命长的优点，可以适用于严寒、强震的极端环境。
具体地，化学成分设计方案如下，也即，钢水冶炼而后浇注成的连铸坯的化学成分如下，也即，最终所得的具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板钢板的化学成分如下：
以质量百分比计包括：C 0.03～0.05％，Si≤0.03％，Mn 0.15～0.25％，P≤0.02％，S≤0.012％，Al 0.01～0.04％，N≤0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质。
在工艺流程方面，如前所述，所述生产方法包括：钢水冶炼、连铸、加热、两阶段控制轧制、控制冷却、热处理、矫直工序。下面分别对各个工序进行详细介绍。
(1)钢水冶炼工序
将原材料按比例依次经过铁水预脱硫、转炉冶炼、钢包精炼、RH真空精炼进行冶炼，冶炼所得钢水的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03～0.05％，Si≤0.03％，Mn 0.15～0.25％，P≤0.02％，S≤0.012％，Al 0.01～0.04％，N≤0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质。
(2)连铸工序
将钢水冶炼工序所得钢水浇铸成连铸坯。
优选地，连铸坯的厚度为220mm。
(3)加热工序
对连铸坯进行加热而后保温。
优选地，将连铸坯加热至均热温度为1230～1250℃，而后保温100～120min。
通过合理控制轧制前的加热温度和加热时间，进而有效控制连铸坯的升温速率。若加热温度过低、加热时间过短，则连铸坯心部难以有效烧透，若加热温度过高、加热时间过长，则会导致连铸坯烧损严重，氧化皮增多，同时，生产效率较低。
(4)两阶段控制轧制工序
连铸坯离开在前的加热工序之后即开始进行控制轧制，对连铸坯依次进行再结晶区轧制和非再结晶区轧制，制成钢板。
再结晶区轧制阶段的终轧温度为(T再结晶+30)～(T再结晶+50)℃，非再结晶区轧制阶段的终轧温度为Ar3～(Ar3+20)℃，其中，T再结晶表示奥氏体再结晶温度，Ar3表示冷却过程中奥氏体向铁素体转变的开始温度。这样，不仅可以保证奥氏体完全再结晶，抑制奥氏体组织粗化，而且通过在相对较低的非再结晶区轧制阶段的终轧温度下轧制产生较多的变形带和位错，使相变后晶粒细化，还可以避免钢板主体进入两相区轧制，从而最大限度通过轧制细化钢板组织，为后续热处理提供较多的形核点。
如前所述，T再结晶表示奥氏体再结晶温度，其具体可以如现有已知技术，对钢材的晶粒尺寸变化或硬度变化进行测量而获得，当然，不限于此。
如前所述，Ar3表示奥氏体向铁素体转变的温度，其具体可以如现有已知技术，采用差示扫描量热仪(DSC)进行试验并测量，当然，不限于此。
优选地，所述两阶段控制轧制工序中，再结晶区轧制阶段的开轧温度为1080～1120℃，非再结晶区轧制阶段的开轧温度为900～940℃。
优选地，将连铸坯轧制成厚度d为8～60mm的钢板。
(5)控制冷却工序
所述控制轧制工序结束后立即将所得钢板入水冷却，控制冷却速度为15～25℃//，终冷温度为500～(Ar1-150)℃，其中，Ar1表示冷却过程中奥氏体向铁素体转变的结束温度。
如前所述，Ar1表示冷却过程中奥氏体向铁素体转变的结束温度，其具体可以如现有已知技术，采用差示扫描量热仪(DSC)进行试验并测量，当然，不限于此。
在高温下形成的铁素体成长速度很快，轧制工序结束后将钢板立即投入水中，可以抑制铁素体组织长大和C、Mn元素的扩散析出；通过对终冷温度的控制，可以确保钢板在水中冷却过程中完成相变过程。如此，通过在轧制工序结束后将钢板立即投入水中、相对较快的冷速以及相对较低的终冷温度，可以进一步细化钢板的组织，保留晶界、位错等形核点，并通过细晶强化和固溶强化提高轧态钢板的强度。
(6)热处理工序
将所述控制冷却工序后的钢板加热至Ac3～(Ac3+10)℃并保温，控制钢板的升温速度为5～10℃//，保温结束后出炉并将钢板入水冷却，控制冷却速度为10～20℃//，终冷温度为500～600℃，其中，Ac3表示加热过程中完全奥氏体化的温度。
其中，Ac3的值与钢的成分有关，可通过钢的临界点测量方法(膨胀法)测量得出；具体实施时，可以对钢板取样检测并绘制热膨胀曲线，而后依照曲线上所显示出的热膨胀变化点得到Ac3。
薄规格钢板在轧制过程中，头部、尾部温度降低较快，使得头部、尾部与中部的温差较大，为了避免钢板的组织粗、强度和韧性差，通常要控制钢板中部的终轧温度不要太高，而这样又容易导致钢板头部、尾部的终轧温度低于Ac3而进入两相区轧制；厚规格钢板表层与心部温差较大，通常要控制钢板心部的终轧温度，避免其过高，这样的温度控制又容易使钢板的表层易进入两相区轧制，形成异常粗大的混晶组织。
通过控制热处理工序中的加热温度和升温速度，可以使得钢板完全奥氏体化，使钢板内部组织全部进行重结晶，不仅消除了薄规格钢板头尾部与厚规格钢板表层由于温降快而导致的钢板在两相区轧制进而产生的混晶组织，而且通过重结晶以及重结晶后的保温使组织变得更细化均匀；对于薄规格钢板，可以提高其头部、中部、尾部的性能均匀性，降低了同板性能差，减少头部、尾部的切除量，提高了钢板成材率；对于厚规格钢板，改善了厚度方向的组织均匀性，消除了表层混晶组织，提高了钢板的低温韧性。
在钢板中含碳量为0.03～0.05％的情况下，当钢板冷却到Ar1时，绝大部分奥氏体转变为铁素体，此时仍残留少量奥氏体处于铁素体晶粒之间，在随后进行奥氏体共析分解时，若冷却很慢，共析分解所产生的铁素体就会附加到已经存在的先共析铁素体上生长，最后把渗碳体留在晶界处。冷却速度越小，这种晶界渗碳体越容易产生。当继续缓慢冷却时，由铁素体析出的渗碳体也会附加到共析渗碳体上。渗碳体连续分布在晶界，容易引起晶界脆性，降低钢板的低温韧性和应变疲劳寿命。通过控制钢板保温结束出炉后入水冷却并控制冷却速度和终冷温度，加快了钢板的冷却进程，减少了钢板在高温区的停留时间，不仅降低了铁素体和珠光体的相变温度，保证组织相变完全结束，细化了铁素体组织，减小了珠光体的片层间距，而且减少了渗碳体在晶界的形成，避免了渗碳体在晶界的连续分布，避免了冷却内应力的产生，进而提高了钢板的强度、低温韧性和应变疲劳寿命，还降低了对合金的依赖性，大大降低了合金成本，同时使钢板具有优良的板形。
优选地，16mm<d≤60mm时，保温时间为1.8min/mm；
8mm≤d≤16mm时，保温时间为30min。
优选地，所述热处理工序在热处理炉中对钢板进行加热及保温。
(7)矫直工序
将所述热处理工序后的钢板待温20～30/后进行矫直，控制钢板的不平度≤2mm/m。
通过矫直工序中对待温时间和不平度的控制，不仅为钢板残余的内应力释放提供了充足的时间，改善了由于残余内应力对应变疲劳寿命的影响，降低了钢板的不平度，而且避免了因矫直温度过低而产生的矫后回弹的问题。
经检测，所得钢板的下屈服强度Rel为205～245MPa，抗拉强度Rm为300～400MPa，断后伸长率A50mm≥55％，屈强比Rel/Rm≤0.75，-40℃夏比冲击吸收功＞200J，钢板同板强度差≤20MPa；当应变频率为1～3Hz时，在0.8％的应变幅下，钢板可承受至少2000周次不断裂，具有良好的应变疲劳性能，且滞回曲线光滑。
所得钢板的组织为铁素体+珠光体+晶界游离渗碳体的复合组织，其中，铁素体的比例为90～97％，珠光体的比例为2.5～10％，晶界游离渗碳体的比例为0.1～0.6％，且晶界游离渗碳体不连续分布，铁素体晶粒尺寸＜20μm，珠光体片层间距＜150nm。
下面提供本发明的实施例1～2以及对比例1～2，来对本发明的技术方案进一步说明。当然，这些实施例仅为本实施方式所含众多变化实施例中的一部分，而非全部。
具体地，2个实施例中，分别按照如下化学成分设计方案，并依照本发明的所述生产方法进行钢水冶炼，所得钢水浇注成连铸坯，再将连铸坯依次经过加热、两阶段控制轧制、控制冷却、热处理、矫直工序制成钢板。
所述化学成分设计方案为化学成分以质量百分比计包括：C 0.03～0.05％，Si≤0.03％，Mn 0.15～0.25％，P≤0.02％，S≤0.012％，Al 0.01～0.04％，N≤0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质。
下面对实施例1～2以及对比例1～2的具体生产方法进行介绍：
实施例1
(1)钢水冶炼工序
将原材料按比例依次经过铁水预脱硫、转炉冶炼、钢包精炼、RH真空精炼进行冶炼，冶炼所得钢水的化学成分以质量百分比计经取样检测结果如表1所示。
(2)连铸工序
将钢水冶炼工序所得钢水浇铸成厚度为220mm的连铸坯，连铸坯的化学成分以质量百分比计亦如表1所示。
(3)加热工序
将连铸坯加热至均热温度为1230℃，而后保温100min。
(4)两阶段控制轧制工序
连铸坯离开在前的加热工序之后即开始进行控制轧制，对连铸坯依次进行再结晶区轧制和非再结晶区轧制，轧制成厚度d为8mm的钢板。
其中，奥氏体再结晶温度T再结晶为950℃，再结晶区轧制阶段的开轧温度为1100℃，终轧温度为980℃，冷却过程中奥氏体向铁素体转变的开始温度Ar3为870℃，非再结晶区轧制阶段的开轧温度为940℃，终轧温度为870℃。
(5)控制冷却工序
所述控制轧制工序结束后立即将所得钢板入水冷却，冷却过程中奥氏体向铁素体转变的结束温度Ar1为790℃，控制冷却速度为25℃//，终冷温度为600℃。
(6)热处理工序
将所述控制冷却工序后的钢板置于热处理炉中加热至910℃后保温30min，控制钢板的升温速度为10℃//，保温结束后出炉并将钢板入水冷却，控制冷却速度为18℃//，终冷温度为600℃。其中，加热过程中完全奥氏体化的温度Ac3为910℃。
(7)矫直工序
将所述热处理工序后的钢板待温20/后进行两道次矫直，之后空冷至室温，所得钢板的不平度≤2mm/m。
最终所得钢板的化学成分以质量百分比计亦如表1所示。
对钢板的头部和中部取样，并进行力学性能检测，所得钢板的下屈服强度Rel、抗拉强度Rm、断后伸长率A50mm、屈强比Rel/Rm、-40℃夏比冲击吸收功如表2所示，钢板的同板强度差≤20MPa。
当应变频率为1Hz时，在0.8％的应变幅下，钢板的头部可承受3000周次不断裂，钢板的中部可承受3200周次不断裂，具有良好的应变疲劳性能，且滞回曲线光滑。
参看图1至图2，在显微镜下观察，所得钢板的组织为铁素体+珠光体+晶界游离渗碳体的复合组织，其中，且晶界游离渗碳体含量较少且不连续分布。钢板头部的铁素体的比例为95％，平均晶粒尺寸为9μm；珠光体的比例为4.8％，珠光体片层间距为100nm；晶界游离渗碳体含量为0.2％。钢板中部的铁素体的比例为94％，平均晶粒尺寸为12μm；珠光体的比例为5.7％，珠光体片层间距为120nm；晶界游离渗碳体含量为0.3％。
对比例1
(1)钢水冶炼工序
将原材料按比例依次经过铁水预脱硫、转炉冶炼、钢包精炼、RH真空精炼进行冶炼，冶炼所得钢水的化学成分以质量百分比计经取样检测结果如表1所示。
(2)连铸工序
将钢水冶炼工序所得钢水浇铸成厚度为220mm的连铸坯，连铸坯的化学成分以质量百分比计亦如表1所示。
(3)加热工序
本工序与实施例1相同，于此不再赘述。
(4)两阶段控制轧制工序
本工序与实施例1相同，于此不再赘述。
(5)控制冷却工序
本工序与实施例1相同，于此不再赘述。
(6)矫直工序
本工序与实施例1相同，于此不再赘述。
也就是说，对比例1在控制冷却工序之后不经过热处理工序，直接将控制冷却工序后的钢板进行矫直工序。
最终所得钢板的化学成分以质量百分比计亦如表1所示。
对钢板的头部和中部取样，并进行力学性能检测，所得钢板的下屈服强度Rel、抗拉强度Rm、断后伸长率A50mm、屈强比Rel/Rm、-40℃夏比冲击吸收功如表2所示，钢板的同板强度差＞20MPa。
当应变频率为1Hz时，在0.8％的应变幅下，钢板的头部仅可承受400周次不断裂，钢板的中部仅可承受800周次不断裂，应变疲劳性能较差。
参看图3至图4，在显微镜下观察，所得钢板的组织为铁素体+珠光体+晶界游离渗碳体的复合组织，其中，钢板头部的铁素体的含量为80％，平均晶粒尺寸为88μm；珠光体的含量为18.8％，珠光体片层间距为670nm；晶界游离渗碳体含量高达1.2％，且沿晶界连续分布。钢板中部的铁素体的含量为88％，平均晶粒尺寸为28μm；珠光体含量为11.2％，珠光体片层间距为270nm，晶界游离渗碳体含量高达0.8％，且沿晶界连续分布。
实施例2
(1)钢水冶炼工序
将原材料按比例依次经过铁水预脱硫、转炉冶炼、钢包精炼、RH真空精炼进行冶炼，冶炼所得钢水的化学成分以质量百分比计经取样检测结果如表1所示。
(2)连铸工序
将钢水冶炼工序所得钢水浇铸成厚度为220mm的连铸坯，连铸坯的化学成分以质量百分比计亦如表1所示。
(3)加热工序
将连铸坯加热至均热温度为1230℃，而后保温100min。
(4)两阶段控制轧制工序
连铸坯离开在前的加热工序之后即开始进行控制轧制，对连铸坯依次进行再结晶区轧制和非再结晶区轧制，轧制成厚度d为60mm的钢板。
其中，奥氏体再结晶温度T再结晶为945℃，再结晶区轧制阶段的开轧温度为1100℃，终轧温度为990℃，冷却过程中奥氏体向铁素体转变的开始温度Ar3为860℃，非再结晶区轧制阶段的开轧温度为900℃，终轧温度为860℃。
(5)控制冷却工序
所述控制轧制工序结束后立即将所得钢板入水冷却，冷却过程中奥氏体向铁素体转变的结束温度Ar1为780℃，控制冷却速度为15℃//，终冷温度为500℃。
(6)热处理工序
将所述控制冷却工序后的钢板置于热处理炉中加热至910℃后保温108min，控制钢板的升温速度为5℃//，保温结束后出炉并将钢板入水冷却，控制冷却速度为10℃//，终冷温度为500℃。其中，加热过程中完全奥氏体化的温度Ac3为900℃。
(7)矫直工序
将所述热处理工序后的钢板待温20/后进行两道次矫直，之后空冷至室温，所得钢板的不平度≤2mm/m。
最终所得钢板的化学成分以质量百分比计亦如表1所示。
由于厚度为60mm的厚规格钢板的头部和中部的性能差异较小，故，仅对钢板的头部取样，并进行力学性能检测，所得钢板的下屈服强度Rel、抗拉强度Rm、断后伸长率A50mm、屈强比Rel/Rm、-40℃夏比冲击吸收功如表2所示，钢板的同板强度差≤20MPa。
当应变频率为1Hz时，在0.8％的应变幅下，钢板可承受3500周次不断裂，具有良好的应变疲劳性能，且滞回曲线光滑。
参看图5，在显微镜下观察，所得钢板头部的组织为铁素体+珠光体+晶界游离渗碳体的复合组织，其中，钢板头部的铁素体的比例为92％，平均晶粒尺寸为15μm；珠光体的比例为7.6％，珠光体片层间距为140nm；晶界游离渗碳体的比例为0.4％，且晶界游离渗碳体不连续分布。
对比例2
(1)钢水冶炼工序
将原材料按比例依次经过铁水预脱硫、转炉冶炼、钢包精炼、RH真空精炼进行冶炼，冶炼所得钢水的化学成分以质量百分比计经取样检测结果如表1所示。
(2)连铸工序
将钢水冶炼工序所得钢水浇铸成厚度为220mm的连铸坯，连铸坯的化学成分以质量百分比计亦如表1所示。
(3)加热工序
本工序与实施例2相同，于此不再赘述。
(4)两阶段控制轧制工序
本工序与实施例2相同，于此不再赘述。
(5)控制冷却工序
本工序与实施例2相同，于此不再赘述。
(6)热处理工序
将所述控制冷却工序后的钢板置于热处理炉中加热至910℃后保温108min，控制钢板的升温速度为5℃//，保温结束后出炉并空冷至500℃。其中，加热过程中完全奥氏体化的温度Ac3为900℃。
(7)矫直工序
本工序与实施例2相同，于此不再赘述。
最终所得钢板的化学成分以质量百分比计亦如表1所示。
对钢板的头部取样，并进行力学性能检测，所得钢板的下屈服强度Rel、抗拉强度Rm、断后伸长率A50mm、屈强比Rel/Rm、-40℃夏比冲击吸收功如表2所示，钢板的同板强度差≤20MPa。
当应变频率为1Hz时，在0.8％的应变幅下，钢板的头部仅可承受950周次不断裂，应变疲劳性能较差。
参看图6，在显微镜下观察，所得钢板头部的组织为铁素体+珠光体+晶界游离渗碳体的复合组织，其中，铁素体的比例为87％，平均晶粒尺寸为36μm；珠光体的比例为11.7％，珠光体片层间距为500nm；晶界游离渗碳体含量高达1.3％，且沿晶界连续分布。
[表1]
[表2]
综上可知，实施例1至2的钢板，在具有低屈强比的情况下，抗拉强度Rm、断后伸长率A50mm、-40℃夏比冲击吸收功、钢板的组织和应变疲劳性能均优于对比例，尤其是低温韧性和应变疲劳性能远远优于对比例。
总得来讲，本发明相较于现有技术具有以下有益效果：在优化化学成分设计方案的同时，通过对生产工艺全流程的控制，不仅降低了对合金化的依赖，而且制备得到的钢板具有屈强比低、低温韧性高、应变疲劳寿命长的优点，所得具有低屈强比以及长应变疲劳寿命的钢板的组织均为铁素体+珠光体+晶界游离渗碳体的复合组织，其中，铁素体的比例为90～97％，珠光体的比例为2.5～10％，晶界游离渗碳体的比例为0.1～0.6％，且晶界游离渗碳体不连续分布，铁素体晶粒尺寸＜20μm，珠光体片层间距＜150nm；下屈服强度Rel为205～245MPa，抗拉强度Rm为300～400MPa，断后伸长率A50mm≥55％，屈强比Rel/Rm≤0.75，-40℃夏比冲击吸收功＞200J，钢板同板强度差≤20MPa；当应变频率为1～3Hz时，在0.8％的应变幅下，钢板可承受至少2000周次不断裂，具有良好的应变疲劳性能，且滞回曲线光滑，屈强比低、低温韧性好，解决了生产成本高、生产流程长、生产节奏慢、周期长等问题，可以适用于强震、严寒的极端环境。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的生产方法，其特征在于，将原材料依次经过钢水冶炼、连铸、加热、两阶段控制轧制、控制冷却、热处理、矫直工序制成钢板；所述钢板的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03～0.05％，Si≤0.03％，Mn 0.15～0.25％，P≤0.02％，S≤0.012％，Al 0.01～0.04％，N≤0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述两阶段控制轧制工序中，对加热工序后的连铸坯依次进行再结晶区轧制、非再结晶区轧制，制成钢板，再结晶区轧制阶段的终轧温度为(T再结晶+30)～(T再结晶+50)℃，非再结晶区轧制阶段的终轧温度为Ar3～(Ar3+20)℃，其中，T再结晶表示奥氏体再结晶温度，Ar3表示冷却过程中奥氏体向铁素体转变的开始温度；
所述控制冷却工序中，所述控制轧制工序结束后立即将所得钢板入水冷却，控制冷却速度为15～25℃//，终冷温度为500～(Ar1-150)℃，其中，Ar1表示冷却过程中奥氏体向铁素体转变的结束温度；
所述热处理工序中，将所述控制冷却工序后的钢板加热至Ac3～(Ac3+10)℃并保温，控制钢板的升温速度为5～10℃//，保温结束后出炉并将钢板入水冷却，控制冷却速度为10～20℃//，终冷温度为500～600℃，其中，Ac3表示加热过程中完全奥氏体化的温度；
所述矫直工序中，将所述热处理工序后的钢板待温20～30/后进行矫直，控制钢板的不平度≤2mm/m。
2.根据权利要求1所述的具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸工序中将钢水连铸成厚度为220mm的连铸坯。
3.根据权利要求1所述的具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序中，将连铸坯加热至均热温度为1230～1250℃，而后保温100～120min。
4.根据权利要求1所述的具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的生产方法，其特征在于，所述两阶段控制轧制工序中，再结晶区轧制阶段的开轧温度为1080～1120℃，非再结晶区轧制阶段的开轧温度为900～940℃。
5.根据权利要求1所述的具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板的厚度d为8～60mm。
6.根据权利要求5所述的具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的生产方法，其特征在于，所述热处理工序中，16mm<d≤60mm时，保温时间为1.8min/mm；8mm≤d≤16mm时，保温时间为30min。
7.根据权利要求1所述的具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板的生产方法，其特征在于，所述热处理工序在热处理炉中对钢板进行加热及保温。
8.一种具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板，其特征在于，采用如权利要求1～7任一项所述的生产方法制备而成。
9.根据权利要求8所述的具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板，其特征在于，所述钢板的下屈服强度Rel为205～245MPa，抗拉强度Rm为300～400MPa，断后伸长率A50mm≥55％，屈强比Rel/Rm≤0.75，-40℃夏比冲击吸收功＞200J，钢板同板强度差≤20MPa；当应变频率为1～3Hz时，在0.8％的应变幅下，钢板可承受至少2000周次不断裂。
10.根据权利要求8所述的具有低屈强比以及长应变疲劳寿命钢板，其特征在于，所述钢板的组织为铁素体+珠光体+晶界游离渗碳体的复合组织，其中，铁素体的比例为90～97％，珠光体的比例为2.5～10％，晶界游离渗碳体的比例为0.1～0.6％，且晶界游离渗碳体不连续分布，铁素体晶粒尺寸＜20μm，珠光体片层间距＜150nm。
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