一种弥散纳米强化690钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种弥散纳米强化690钢及其制造方法，其包括熔铸、加热、轧制和热处理工序，所述钢化学成分的质量百分含量为：C 0.02‑0.30％、Mn 0.50‑2.0％、Al 0.04～0.10％、V 0.002～0.013％、Nb 0.01～0.3％、Ti 0.005～0.3％、N 0.001～0.010，余量为Fe和不可避免的杂质；所述制造方法包括熔铸和TMCP工艺。本方法通过调整优化钢中合金元素的配比，以微量合金元素提高钢的淬透性同时形成碳氮化物纳米级第二相粒子，同时采用TMCP工艺，控制微合金元素的析出行为，晶粒析出量、大小及分布，以细化晶粒、提高钢的强韧性和获得良好的成型性以及抗腐蚀性能。

A DISPERSION NANO-STRENGTHENED 690 STEEL AND ITS MANUFACTURING METHOD

【技术实现步骤摘要】
一种弥散纳米强化690钢及其制造方法
本专利技术涉及690钢海洋工程装备领域应用，尤其涉及一种弥散纳米强化690钢及其制造方法。
技术介绍
钢铁作为海洋工程装备的关键结构材料，广泛应用于钻井平台、生产平台以及海底管道等。由于服役时间长，要长期抵抗恶劣的风浪条件，水下修理维护的成本极高，其采用的钢板除了具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性和冷加工性能之外，耐海洋大气和海水腐蚀性能也尤为重要。以海洋平台用高强度钢为例，其主要级别为屈服强度355、420、460、500、550、620、690MPa，而自升式海洋平台的桩腿、悬臂梁、升降电动齿轮和齿轮机构等要求则更加苛刻，需要690MPa及以上钢级的高强度或特厚等专用钢，并要有优良的低温韧性、焊接性能和耐腐蚀开裂性能。然而，钢的强度越高环境断裂敏感性越大、抗应力腐蚀(氢脆)性能越低，制约了其在复杂海洋环境中的应用。低合金高强度钢是在普通碳素钢的基础上，利用纳米相作为增强第二相粒子，在提高合金强度的同时，保持合金的韧性和伸长率基本不变。其机理是通过添加一种或多种少量合金元素(合金元素总量低于3％)，以固溶强化、细晶强化、弥散强化、脱溶强化、相变强化等强化方式，使低合金高强度钢在保证强度同时满足抗断裂敏感性和抗应力腐蚀(氢脆)性能。而微合金碳化物的析出是微合金钢物理冶金过程中最重要的问题之一，主要包括：热轧过程在奥氏体中析出、冷却过程在铁素体或贝氏体中析出。其中，在奥氏体中析出的碳化物主要通过抑制再结晶和晶粒长大起到细晶强化作用，尺寸大多在20-50nm，对基体的析出强化作用很小，而铁素体或贝氏体中的析出强化作用比较显著。在铁素体中析出的碳化物尺寸一般在10nm以下，析出强化效果优异。经分析，铁素体中碳化物析出存在相间析出(interfaceprecipitation)和晶内过饱和析出(supersaturatedprecipitation)两种方式。其中通过合理的控制手段可以得到大量细小相间析出碳化物，大幅度提高钢的强度，因此铁素体的相间析出是一种很有发展前景的强化途径。贝氏体铁素体基体具有较为均匀的高密度位错，碳化物几乎完全以位错形核的方式在基体中析出，与贝氏体组织结合，可进一步増强强化效果。控制微合金碳氮化物在贝氏体中的沉淀析出行为(沉淀析出量、沉淀析出质点的形状、尺寸及分布)，有效改善钢材的组织及性能。微合金碳氮化物在奥氏体中的沉淀析出＂鼻尖＂温度大约在850～900℃的温度范围，在铁素体中的沉淀析出＂鼻尖＂温度大约在650～750℃之间。如果在这段区间实施超快冷，那么奥氏体区的应变诱导析出行为及冷却过程中的相间析出就会被抑制，大量的碳氮化物就有在动态相变点弥散析出的可能性。新一代TMCP技术(NG-TMCP)以超快冷为核心，与传统TMCP相比，NG-TMCP在钢中析出物的控制上能抑制热轧过程中的应变诱导析出，使更多微合金元素保留到铁素体或贝氏体相变区，析出尺寸细小，明显地提高钢材的强度，而且避免常规冷却过程中碳化物在穿越奥氏体区及高温铁素体区的期间析出，并抑制冷却过程中析出物的长大，同时通过精准的冷却路径控制，可获得最佳的碳化物析出工艺参数。
技术实现思路
基于此，本专利技术进行超低碳多元合金设计，通过添加V、Nb、Ti提高钢的淬透性，利用Nb、Ti与碳、氮化物形成细小的第二相粒子，增强析出强化作用，同时V、Nb、Ti之间形成多种合金微量元素耦合强化的形式。采用原位合成技术，熔铸法熔炼工艺，在熔炼过程中发生反应原位合成增强体，结合TMCP(ThermoMechanicalControlProcess)技术，控制微合金元素的析出行为，如控制其晶粒析出量，析出相的形貌、大小及分布，以细化晶粒、提高钢的强韧性和获得良好的成型性及焊接性以及抗腐蚀性能。本专利技术的技术方案是：一种弥散纳米强化690钢及其制造方法：其特征在于，其化学成分的质量百分含量为：C0.02-0.30％、Mn0.50-2.0％、Al0.04～0.10％、V0.002～0.013％、Nb0.01～0.3％、Ti0.005～0.3％、N0.01～0.20，余量为Fe和不可避免的杂质。所述制造方法包括熔铸工序为熔炼工艺和加热、轧制和热处理工序为TMCP工艺。优选的，一种弥散纳米强化的690钢的制造方法，其特征在于，所述熔铸工序：采用熔炼工艺，采用150Kg的真空感应炉熔炼并浇注，切去缩孔，锻为100mm×100mm×120mm的钢坯。将钢坯重新加热至1250℃保温2h，在实验室450nm二辊可逆热轧实验轧机上进行7道次轧制，最终板厚约为12mm。将12mm厚钢板置于1250℃箱式电阻炉中保温72h，使碳化物尽可能完全溶解于基体，然后淬火至室温。优选的，一种弥散纳米强化的690钢的制造方法，其特征在于，所述加热、轧制和热处理工序为TMCP工艺，将试样加热到1200℃，保温3min，然后按以下方案进行：(1)以10℃/s的冷却速率冷至900℃进行单道次压缩，其中变形量为60％，变形速率为1.0s-1，然后以80℃/s的冷却速率分别冷却至500℃、580℃、620℃和660℃，并各自保温5min、10min、20min和60min；(2)以10℃/s的冷却速率冷至900℃进行单道次压缩，其中变形量为60％，变形速率为1.0s-1，然后以20℃/s的冷却速率分别冷却至500℃、580℃、620℃和660℃，并各自保温5min和20min。优选的，一种弥散纳米强化的690钢的制造方法所涉及到的TMCP工艺，其特征在于，所述试样钢静态连续冷却转变曲线的测定，将试样加热到1200℃，保温3min，然后以10℃/s的冷速冷至900℃，并施加60％的变形量，保温20s以消除试样内部的温度梯度，随后分别以v＝0.5,1,2,5,10,15,20,25,30,40,60,80℃/s的冷却速率冷至室温。优选的，一种弥散纳米强化的690钢的制造方法所涉及到的TMCP工艺，其特征在于，所述试样动态连续冷却转变曲线的测定：将试样以10℃/s的速度加热到1200℃，保温3min，然后以10℃/s的冷却速率冷至900℃，保温20s以消除试样内部的温度梯度，再以5s-1的应变速率对试样施加0.5的真应变，随后分别以v＝0.5,1,2,5,10,15,20,25,30,40℃/s的冷却速率冷至室温。优选的，一种弥散纳米强化的690钢的制造方法所涉及到的TMCP工艺，其特征在于，所述超快冷条件下和缓冷两段式冷却工艺：试样加热到1200℃，保温3min后按以10℃/s的冷却速率冷至900℃，保温5s，再以80℃/s的冷却速率分别冷却至620℃和660℃，并分别以0.1、0.25、0.5℃/s的速度冷却至400℃，然后快冷至室温。有益效果本方法通过调整优化钢中合金元素的配比，以微量合金元素提高钢的淬透性同时形成碳氮化物纳米级第二相粒子，同时采用TMCP工艺，控制微合金元素的析出行为，以细化晶粒、提高钢的强韧性和获得良好的成型性以及抗腐蚀性能。由于TMCP工艺在不添加过多合金元素，也不需要复杂的后续热处理的条件下生产出高强度高韧性的钢材，使其在保证低碳合金钢良好的综合性能的同时也具有突出的经济优势。结合(1)(2)(3)的研究本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弥散纳米强化690钢，其特征在于，其化学成分的质量百分含量为：C 0.02‑0.30％、Mn 0.50‑2.0％、Al 0.04～0.10％、V 0.002～0.013％、Nb 0.01～0.3％、Ti 0.005～0.3％、N 0.01～0.20，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种弥散纳米强化690钢，其特征在于，其化学成分的质量百分含量为：C0.02-0.30％、Mn0.50-2.0％、Al0.04～0.10％、V0.002～0.013％、Nb0.01～0.3％、Ti0.005～0.3％、N0.01～0.20，余量为Fe和不可避免的杂质。2.一种弥散纳米强化690钢的制造方法，其包括熔铸、加热、轧制和热处理工序，其特征在于所述钢化学成分的质量百分含量为：C0.02-0.30％、Mn0.50-2.0％、Al0.04～0.10％、V0.002～0.013％、Nb0.01～0.3％、Ti0.005～0.3％、N0.01～0.20，余量为Fe和不可避免的杂质；所述制造方法包括熔铸工序为熔炼工艺和加热、轧制和热处理工序为TMCP工艺。3.根据权利要求2所述的一种弥散纳米强化的690钢的制造方法，其特征在于，所述熔铸工序：采用熔炼工艺，采用150Kg的真空感应炉熔炼并浇注，切去缩孔，锻为100mm×100mm×120mm的钢坯；将钢坯重新加热至1250℃保温2h，在实验室450nm二辊可逆热轧实验轧机上进行7道次轧制，最终板厚约为12mm；将12mm厚钢板置于1250℃箱式电阻炉中保温72h，使碳化物尽可能完全溶解于基体，然后淬火至室温。4.根据权利要求2所述的一种弥散纳米强化的690钢的制造方法，其特征在于，所述加热、轧制和热处理工序为TMCP工艺，将试样加热到1200℃，保温3min，然后按以下方案进行：(1)以10℃/s的冷却速率冷至900℃进行单道次压缩，其中变形量为60％，变形速率为1.0s-1，然后以80℃/s的冷却速率分别冷却至500℃、58...

【专利技术属性】
技术研发人员：周梓荣，王艳林，
申请(专利权)人：东莞市东莞理工科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44