用于制备较厚规格的铌微合金化钢产品的方法技术

在奥氏体加工中通过对TiN‑NbC复合物的纳米尺度沉淀工程改造来控制奥氏体晶粒尺寸以制备较厚规格的铌微合金化钢产品的方法包括：控制钢产品的基础化学组成，以包括0.003‑0.004重量％氮、0.012‑0.015重量％钛、0.03‑0.07重量％碳以及0.07‑0.15重量％铌；降低粗化的温度以在约980℃至1030℃的温度范围内结束所述粗化操作；通过将所述产品快速冷却以在低于无再结晶的温度下进入精轧操作从而使高于约0.03重量％的铌以溶液形式保留在基质中，其中奥氏体晶粒尺寸为约30微米；以及在所述精轧操作中施加降低的轧制压下率。

Method for the preparation of thick niobium microalloyed steel products

Precipitation engineering to control the austenite grain size including the preparation process of thick specifications of Nb microalloyed steel products based on TiN NbC composite nano scale in austenite processing: basic chemical control of steel products, including 0.003 to 0.004 wt% nitrogen, 0.012 0.015 wt% titanium, 0.03 0.07 wt% of carbon and 0.07 0.15 wt% niobium; coarsening temperature to reduce the temperature range at about 980 DEG C to 1030 C in the end of the coarsening operation; the product is rapidly cooled to below the recrystallization temperature without finishing operation so as to enter more than about 0.03 weight% niobium in solution form is retained in the matrix, the austenite grain size of about 30 microns; and in the finishing operation applied to lower the rolling reduction ratio.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年7月8日提交的美国专利申请号14/325,940的权益和优先权，该专利的全部内容以引用的方式并入本文中。专利技术背景1.专利
本专利技术涉及在铌微合金化钢的上游加工中通过防止奥氏体晶粒变粗而实现奥氏体晶粒尺寸控制以制备具有优良落锤撕裂测试(DWTT)韧度(如根据APIRP5L3(04/01/1996)所测量)的较厚规格的产品。在当前技术实践中，在进入至精轧之前不存在有意防止奥氏体晶粒变粗的控制措施。因此，在精轧期间对粗晶粒奥氏体施加重轧制压下率以通过几何手段通过严重扁平化奥氏体来增加表面与体积比。精轧机中所施加的重轧制压下率(常常接近轧机负荷的极限)不可避免地限制最终产品的厚度。为了提高通过管线运输天然气和石油的安全性和效率，对较厚规格管道的需要日益增长，特别是对于深海项目来说。本专利技术以上游(即高温下)奥氏体晶粒尺寸控制为目标从而制备较厚规格产品。本专利技术利用形成纳米尺度TiN-NbC复合物沉淀来钉扎奥氏体晶界并且防止其在高温(>980℃)下变粗，从而需要对奥氏体进行较低程度的轧制压下操作和扁平化，以如通过落锤撕裂测试中的延性至脆性转变温度和剪切百分比所测量在低温下获得高强度和优良韧度的目标特性。存在与使用中的管道的特性的织构相关各向异性降低和延性断裂可抑制性改善有关的其他益处，这些益处是因精轧期间的较小热机械轧制压下率而产生。2.相关领域的描述虽然在粗化结束时奥氏体晶粒尺寸为精细的(＜20微米)，但在粗化结束之后发生显著的奥氏体晶粒变粗，为制备较厚规格的产品必须防止此情况发生。如果奥氏体晶粒尺寸为粗的，那么可行的是施加重轧制压下率从而使奥氏体“扁平化”，并且增加奥氏体的表面与体积比，此举使得铁素体在转化时的成核位点增加。在通过取决于时间和温度的扩散机制来控制晶粒变粗的情况下，快速热冷却会降低晶粒变粗的扩散动力学。然而，尚未发现适当冷却厚传送棒(transferbar)的中心来防止晶粒变粗为可行的。尽管如此，上游加速冷却仍有益于避免在部分再结晶状况中进行轧制并且避免因上游碳化铌沉淀的过度生长而消耗溶质铌。因此，需要研发用于防止晶粒变粗的替代策略。虽然溶质铌通过阻滞边界可移动性来阻滞晶粒变粗，但在高温下溶质对边界可移动性的拖拽作用的量值较小。因此，尽管在常规加工中可获得呈溶质形式的大多数铌，但在防止晶粒变粗方面其不被认为是有效的。因此，本专利技术的目标为通过冶金手段通过使用齐纳钉扎(Zenerpinning)机制用第二相粒子钉扎奥氏体晶界来防止奥氏体晶粒的晶粒变粗。通过齐纳钉扎机制使用TiN粒子来钉扎奥氏体晶界为充分确立的并且已公开于现有专利中(参见例如美国专利号6,899,773；美国专利6,183,573；以及美国专利5,900,075)。虽然这些专利识别可促成高数密度的TiN沉淀的条件，但在高温加工窗中由单独TiN可实现的限制性奥氏体尺寸典型地为60至80微米。NbC单独成核为迟钝的并且通过由变形产生的错位加以辅助来促进NbC的应变诱导型成核，所述应变诱导型成核与大过冷有关。在微合金化技术的控制轧制中使用NbC的应变诱导型沉淀，其中在热机械控制轧制期间在低温加工窗期间使用NbC的应变诱导型沉淀来钉扎奥氏体晶界。然而，通过根据本专利技术促进NbC在预先存在的TiN上的外延生长，在高温窗中在粗化结束时在过冷可忽略的情况下获得了TiN-NbC复合物沉淀。这些纳米尺度TiN-NbC复合物沉淀可用于在粗化结束时钉扎奥氏体晶粒，并且在进入精轧时将奥氏体晶粒尺寸限制于低于约30微米，此为产生管线等级中的较厚规格所必需的。因此，本专利技术的目标为降低在精轧期间为获得增加规格的成品对大轧制压下率和重扁平化的需要。本专利技术的另一目标为在扁平化之前产生均匀的精细奥氏体晶粒尺寸并且施加较低程度的扁平化从而制备较厚规格产品，所述较厚规格产品展现均匀特性，而没有因不利的晶体织构发展而产生的各向异性。本专利技术的另一目标为获得一贯低的延性至脆性转变温度(DBTT)和良好的落锤撕裂测试(DWTT)性能。DWTT特性根据经验与扁平化奥氏体晶粒的厚度有关。通过使奥氏体晶粒尺寸细化，需要较低程度的扁平化来满足目标DWTT特性。专利技术概述现已发现，将铌添加至含钛的超级马氏体不锈钢中因形成含钛-铌的复合物沉淀而使奥氏体晶粒尺寸细化。此引导本专利技术对TiN-NbC复合物沉淀的纳米尺度沉淀工程改造进行研发来防止奥氏体晶粒变粗。根据本专利技术，使用TiN沉淀(其在连铸板坯刚刚固化之后即形成)来控制粒子间间距，同时使用NbC沉淀在预先存在的TiN粒子上的生长来控制沉淀的尺寸，TiN-NbC复合物沉淀的尺寸与间距均为钉扎所需尺寸的奥氏体晶粒来防止其变粗的关键。晶粒变粗的驱动力为毛细管力，其可由以下公式来确定：毛细管力＝2γ/R，其中R为晶界的曲率半径并且γ为边界的表面能。晶粒变粗的驱动力倾向于随晶粒尺寸增加而减小。根据本专利技术，目标为30微米晶粒尺寸，而不是常规的60微米。如果粒子钉扎边界，那么此边界移动驱动力被抵消。钉扎力随数密度和粒子尺寸增加而增加。因此，当目标晶粒尺寸为30微米时晶粒变粗的驱动力可由粒子[TiN]的数密度来确定，所述粒子的数密度确定粒子间间距，所述粒子间间距可测量，例如为200nm。但TiN的粒度过小，约15nm。限制性奥氏体晶粒尺寸为90微米，其相当粗。通过使NbC生长，可形成TiN-NbC复合物，其现为大的，约25nm。限制性奥氏体晶粒尺寸为32微米，此接近于目标。通过生长至30nm，如由下表1可见，限制性奥氏体晶粒尺寸减小至22微米。应注意，沉淀的数密度和体积分数是由沉淀热力学和动力学控制，所述沉淀热力学和动力学又取决于钢的化学组成和加工参数。表1通过基于在板材轧制和带材热轧条件下加工的管线等级的实验结果证实了支撑用于奥氏体晶粒尺寸控制的纳米尺度沉淀工程改造技术的机制的有效性。本专利技术提供一种在铌微合金化钢的奥氏体的上游加工中用于奥氏体晶粒尺寸控制的平台，产品的下游加工和最终特性与所述奥氏体晶粒尺寸控制有关。在奥氏体加工中通过对TiN-NbC复合物的纳米尺度沉淀工程改造来控制奥氏体晶粒尺寸以制备较厚规格的铌微合金化钢产品的方法包含：控制钢产品的基础化学组成，以包括约0.003-0.004重量％氮、0.012-0.015重量％钛、0.03-0.07重量％碳及0.07-0.15重量％铌；降低粗化的温度以在约980℃至1030℃的温度范围内结束所述粗化操作；通过将所述产品快速冷却以在低于无再结晶的温度下进入精轧操作从而使大于约0.03％的铌以溶液形式保留在基质中，其中奥氏体晶粒尺寸为约30微米；以及在所述精轧操作中施加降低的轧制压下率。降低粗化的温度通过形成TiN-NbC复合物沉淀防止晶粒细化奥氏体变粗超过约30微米。在精轧操作中施加降低的轧制压下率起到使约30微米的精细奥氏体晶粒尺寸扁平化的作用，以获得充足的表面与体积比从而制备较厚规格的所得钢产品。在精轧操作入口处的晶粒尺寸可被控制在约20-40微米范围内。TiN沉淀可在约10-20nm范围内并且粒子间间距可为约200-300nm。在约980℃至约1030℃范围内的温度下到粗化操作结束时可产生供NbC沉淀的热力学势。TiN-NbC复合物可在约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在奥氏体加工中通过对TiN‑NbC复合物的纳米尺度沉淀工程改造来控制奥氏体晶粒尺寸从而制备较厚规格的铌微合金化钢产品的方法，所述方法包括：(i)控制钢产品的基础化学组成，以包括(ii)降低粗化的温度以在约980℃至1030℃的温度范围内结束所述粗化操作，从而防止晶粒细化奥氏体通过形成TiN‑NbC复合物沉淀而变粗超过约30微米；(iii)通过将所述产品快速冷却以在低于无再结晶的温度下进入所述精轧操作从而使高于约0.03重量％的铌以溶液形式保留在基质中，其中奥氏体晶粒尺寸为约30微米；以及(iv)在所述精轧操作中施加降低的轧制压下率，以使约30微米的精细奥氏体晶粒尺寸扁平化以获得充足的表面与体积比从而制备较厚规格的所得钢产品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.08 US 14/325,9401.一种在奥氏体加工中通过对TiN-NbC复合物的纳米尺度沉淀工程改造来控制奥氏体晶粒尺寸从而制备较厚规格的铌微合金化钢产品的方法，所述方法包括：(i)控制钢产品的基础化学组成，以包括(ii)降低粗化的温度以在约980℃至1030℃的温度范围内结束所述粗化操作，从而防止晶粒细化奥氏体通过形成TiN-NbC复合物沉淀而变粗超过约30微米；(iii)通过将所述产品快速冷却以在低于无再结晶的温度下进入所述精轧操作从而使高于约0.03重量％的铌以溶液形式保留在基质中，其中奥氏体晶粒尺寸为约30微米；以及(iv)在所述精轧操作中施加降低的轧制压下率，以使约30微米的精细奥氏体晶粒尺寸扁平化以获得充足的表面与体积比从而制备较厚规格的所得钢产品。2.如权利要求1所述的方法，其中高于约0.04重量％的铌以溶液形式保留在所述基质中。3.如权利要求1所述的方法，其中在所述精轧操作入口处的奥氏体晶粒尺寸被控制在约20-40微米范围内。4.如权利要求1所述的方法，其中TiN沉淀在约10-20nm范围内并且粒子间间距为约200-300nm。5.如权利要求1所述的方法，其中在约980℃至约1030℃范围内的温度下到所述粗化操作结束时产生供NbC沉淀的热力学势。6.如权利要求1所述的方法，其中TiN-NbC复合物在约20-50nm的尺寸范围内。7.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述粗化操作的所述终点与精轧的起点之间施加上游加速冷却，以避免将所述基质中的溶质铌消耗至低于0.03重量％。8.如权利要求7所述的方法，其进一步包括在所述粗化操作的所述终点与精轧的所述起点之间施加上游加速冷却，以避免将所述基质中的溶质铌消耗至低于0.03重量％，并且在等于或低于无再结晶的所述温度下进入精轧。9.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·V·苏布拉玛年，
申请(专利权)人：巴西冶金采矿公司，
类型：发明
国别省市：巴西;BR