一种高性能低合金中厚钢板及其制备方法技术

本发明专利技术涉及了一种高性能低合金中厚钢板及其制备方法，该钢所含化学元素组分按质量百分比计分别为：C：0.05-0.10%，Si：0.10-0.30%，Mn：1.20-1.80%，P≤0.01%，S≤0.01%，N<0.004%，Al：0.015-0.025%，Ti：0.025%-0.049%，Nb：0.01-0.10%，Mo：0-0.15%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明专利技术钢通过在再结晶区、非再结晶区以及奥氏体/铁素体两相区内控制轧制的工艺，获得一种具有优异综合性能的相间沉淀中厚钢板，其屈服强度在420-520MPa，抗拉强度在530-630MPa，延伸率在30-35%，-20℃冲击功>75J。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能低合金中厚钢板及其制备方法
本专利技术涉及一种高性能低合金中厚钢板及其制备方法，尤其涉及一种利用两相区轧制控制相间沉淀中厚钢板的制备方法，属于热轧钢板的生产

技术介绍
对于含Nb、V、Ti等强碳化物形成元素的微合金钢，在对其进行热轧处理时，钢中碳氮化物的析出过程可以分为三类：(a)奥氏体中的析出，也就是形变诱导析出；(b)铁素体中的过饱和析出；(c)γ→α相变时的相间析出（相间沉淀）。Honeyeombe、PatricioL、Amin等学者对这三类析出作了细致的研究，表明奥氏体中的析出相对钢屈服强度的提高并没有什么贡献，而铁素体中的过饱和析出和相间析出对材料屈服强度的提高有重要的影响。在上述微合金钢的奥氏体向铁素体转变过程中，细小的碳氮化物会在γ/α相界面周期性的形核生长，最终这些碳氮化物非常有规律的成排地附着在铁素体基体上，这就是相间析出（相间沉淀）。目前，已经有不少学者对低碳微合金钢中细小碳氮化物颗粒的相间析出行为进行了研究。杨哲人、赵爱民、王昭东等课题组通过TMCP工艺以及等温相变方式，分别研究了Ti、Ti-Mo、Ti-V、Ti-Nb、Ti-Nb-Mo等高强度低合金钢中的纳米级碳化物的相间析出行为。王国栋等学者针对V-Ti微合金钢中的相间析出进行了细致的研究，其通过在奥氏体再结晶区和非再结晶区进行两阶段轧制，随后以50℃/s的冷却速率冷却至680-750℃，并在以上温度等温30min，使之发生铁素体相变，大量的5-7nm的相间析出颗粒分布在铁素体基体上，沉淀强化量可达到360MPa，使低合金钢的抗拉强度和屈服强度大幅提高。然而这些纳米级相间析出颗粒都是通过等温处理得到的，而且由于中厚板无法进行卷曲工艺（等温处理），所以，迄今为止在中厚板的生产中利用相间沉淀的沉淀强化作用来提高钢板强度很难实现。因此，设计一种简单的轧制工艺，使微合金钢中第二相颗粒能够在动态相变过程中以相间沉淀的方式析出，并结合动态相变细化晶粒的作用来保证钢板强度和良好的低温韧性，这对发展高强高韧中厚板是十分有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高性能低合金中厚钢板及其制备方法，钢板厚度为10-20mm，利用两相区轧制控制相间沉淀，使其屈服强度在420-520MPa，抗拉强度在530-630MPa，延伸率在30-35%，-20℃的V型冲击功>75J。综合力学性能优化匹配，以满足实际应用。本专利技术钢板的化学成分质量百分比分别如下：C：0.05-0.10%，Si：0.10-0.30%，Mn：1.20-1.80%，P≤0.01%，S≤0.01%，N≤0.004%，Al：0.015-0.025%，Ti：0.025%-0.049%，Nb：0.01-0.10%，Mo：0-0.15%，其它为Fe和不可避免的杂质。本专利技术的轧制工艺的技术参数如下：将钢坯加热到1100-1200℃保温1.5-2.5h，然后依次在奥氏体再结晶区、非再结晶区以及奥氏体/铁素体两相区内进行轧制，总压下变形量为80-93%。其中第一阶段为奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1000-1100℃，终轧温度为960-1000℃；第二阶段为非再结晶区轧制，开轧温度为900-960℃，终轧温度为850-900℃；第三阶段为奥氏体/铁素体两相区轧制，开轧温度为800-770℃，终轧温度为600-700℃，该阶段轧制变形量为50-70%。随后以0.5-4℃/s的冷速冷至室温。按上述方法中所述的合金成分和轧制方法获得的钢板，由于在两相区进行一定道次的轧制，大量的碳化物颗粒以相间沉淀的方式析出，其成分为(Ti，Nb)C或(Ti，Nb，Mo)C，该析出相颗粒的的尺寸在5-10nm之间；同时铁素体晶粒也进一步得到细化，最终热轧态钢板的屈服强度420-520MPa，抗拉强度530-630MPa，延伸率在30-35%，-20℃的V型冲击功>75J；上述利用两相区轧制控制相间沉淀中厚钢板中主要合金元素设计原理以及工艺控制原理如下：合金元素钛在本专利技术中的主要作用是，与C结合形成含钛的碳化物，在轧制过程中少量的形变诱导析出的TiC颗粒对奥氏体再结晶有强烈的阻碍作用，从而使相变后得到的铁素体组织细化，提高了钢的强韧性；在连续冷却的过程中的低温区，Ti与合金元素钼、铌一起形成的纳米尺寸的复合碳化物，在γ→α相变时，它们会以相间析出的形式析出并分布在铁素体基体上，同时还有铁素体中过饱和析出的碳化物，从而起到沉淀强化的效果。铌、钼是本专利技术钢中另外两种关键性合金元素。铌作为最有效的细化奥氏体晶粒的合金元素，在热机械轧制时奥氏体变形过程中固溶的Nb以及形变诱导析出的Nb(C，N)可以有效的推迟再结晶，从而产生晶粒细化的作用。Nb还可以与Ti、Mo一起形成复和碳化物，由于这些碳化物尺寸大多是纳米级的，因此具有一定的沉淀强化作用。Hara以及Tanaka等人在研究合金元素Mo的作用时，指出Mo元素能够有效的降低C的活性，也即是Mo可以降低C在奥氏体中的扩散速率，这样就会使得C不能有效的与Ti或者Nb结合生成碳化物。因此，当加入合金元素Mo时，在奥氏体的轧制过程中保留在固溶体中的合金元素原子数的数量就会增多，而这些固溶的合金元素一方面会推迟奥氏体向铁素体的转变，使其在更低的温度下进行；另一方面，在γ→α相变过程中，固溶的合金元素会在铁素体基体上析出细小的颗粒，在相变之后，合金元素也有可能析出，这些颗粒在尺寸上均比在奥氏体中形成的颗粒尺寸小，沉淀强化的效果也更显著。另外，固溶的Mo元素还会在Ti(C，N)、Nb(C，N)析出相与基体界面之间起到一定的隔离作用，抑制颗粒长大，降低钛、铌元素的扩散能力，因此可细化晶粒、提高碳化物的稳定性，提高强度。该相间沉淀中厚板是在奥氏体再结晶区和非再结晶区两阶段控制轧制，在高温区的奥氏体再结晶控制轧制过程中，可通过反复的再结晶来抑制奥氏体晶粒的粗化，从而获得细小的奥氏体组织；在未再结晶区的控制轧制过程中，不发生奥氏体再结晶的现象，通过在未再结晶温度区的变形以实现变形的积累，在变形奥氏体晶粒内产生大量的缺陷，从而增加相变时铁素体的优先形核位置并加速合金元素的扩散。在奥氏体再结晶区、非再结晶区进行控制轧制后，在低于奥氏体向铁素体相变的两相区的上限温度(Ar3)范围内进行一定道次的轧制，一方面利用形变诱导铁素体相变，促使铁素体形核，故能进一步细化铁素体晶粒。另一方面，在两相区内，由于碳、氮在奥氏体中的因溶度都远远大于在铁素体中的固溶度，而且在铁素体中的固溶度随着温度下降急剧降低。因此当γ→α相变发生时，微量元素的碳氮化物会立即达到高度过饱和，随后快速析出。这些碳氮化物有两种形式的析出：(a)随着奥氏体向铁素体的转变，奥氏体和铁素体之间的界面逐渐向奥氏体内推进，而此时析出的碳化物会在在γ/α相界面上成列状相间析出；(b)在相变过程中或者相变后，碳氮化物无规则的在铁素体基体上和位错线上淀析出(称为弥散析出)。由于这两类析出相均在较低的温度下析出，故其尺寸较小，沉淀强化效果显著。对比现有技术，本专利技术具有以下优点：(1)采用两相区的轧制工艺，进一步细化铁素体晶粒，提高专利技术钢的强韧性；(2)采用连续冷却代替等温处理工艺，不仅能有效的简化生产工艺，提高生产效率；而且能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能低合金中厚钢板，钢板厚度为10‑20mm，其特征在于，化学元素组分按质量百分比分别为C：0.05‑0.10%，Si：0.10‑0.30%，Mn：1.20‑1.80%，P≤0.01%，S≤0.01%，N≤0.004%，Al：0.015‑0.025%，Ti：0.025%‑0.049%，Nb：0.01‑0.1%，Mo：0‑0.15%，其余为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高性能低合金中厚钢板的制备方法，其特征在于，将钢坯加热到1100-1200℃保温1.5-2.5h，然后进行三阶段轧制，总压下变形量为80-93％；其中第一阶段为奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1000-1100℃，终轧温度为960-1000℃；第二阶段为非再结晶区轧制，开轧温度为900-960℃，终轧温度为850-900℃；第三阶段为奥氏体/铁素体两相区轧制，开轧温度为800-770℃，终轧温度为600-700℃，该阶段轧制变形量为50-70％；随后以0.5-4℃/s的冷速冷至室温；所述中厚钢板厚度为10-20mm，所述中厚钢板的化学元素组分按质量百分比分别为C：0.05-0.10％，S...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学敏，尚成嘉，杨善武，陈琳，卜凡征，徐翔宇，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11