一种利用超细奥氏体强化相变实现组织细化的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用超细奥氏体强化相变实现组织细化的方法，加热钢材温度为1150～1250℃，然后进行粗轧，粗轧温度不高于1100℃；粗轧后进行精轧，精轧过程中控制精轧温度不高于950℃；终轧后在相变前采用的冷却速度大于10℃/s。本发明专利技术显著减少了组织细化所要求的压缩比。并且可以通过调控粗轧后奥氏体的晶粒尺寸，来控制奥氏体动态再结晶临界应变满足不同规格的大型结构用钢的实际压缩比实现组织细化，提高钢的强塑性和低温韧性。

【技术实现步骤摘要】
一种利用超细奥氏体强化相变实现组织细化的方法
本专利技术涉及一种通过全流程控轧控冷实现热轧钢材组织细化的方法，尤其涉及的是一种利用超细奥氏体强化相变实现组织细化的方法。
技术介绍
为了满足大型海洋石油平台、全天候铁路列车、大型桥梁以及极地石油钻机等大型工程的实际需求，需要工程结构用钢的大型化和高性能化。其中大型化主要是指产品尺寸和规格的大型化，典型产品包括厚板、厚重H型钢等。高性能化除了要求提高结构用钢的强度和塑性之外，还特别对其低温韧性提出了要求，来满足能源战略资源重点从内陆向深海、北极等高寒地区的转移，以应对在气候恶劣条件下工程结构的安全性要求。兼具高强度和高低温韧性的大型结构用钢在Yamal工程、北欧海洋石油平台、北极铁路、北极大桥等重大工程中的应用具有重大的战略意义。组织细化是在不牺牲塑性的前提下，可以显著提高强度和低温韧性的最为有效的方法。通过轧制过程的全流程控制，在不依赖大量合金元素添加的情况下实现组织细化，可实现高性能钢铁材料的低成本制造。对于钢铁材料的组织细化，常用的方法为TMCP(Thermo-MechanicalControlProcessing)技术，其科学原理是“应变诱发相变”，技术关键是“低温”和“大压下”。但是，低温轧制往往要求较大的轧制载荷，且易导致轧辊表面严重磨损。更为重要的是，对于大型结构用钢，由于连铸坯尺寸的限制，产品的总压缩比十分有限，致使其在整个轧制过程中的应变累积难以达到“大压下”的技术要求。对于钢铁材料组织细化的控制轧制和控制冷却技术，尽管多年来已经具有大量的研究工作，但是其研究的核心技术基本都是基于“应变诱发相变”的传统模式(TMCP技术)，即在控制轧制过程中通过低温和第二相粒子的析出，抑制奥氏体的再结晶过程来实现大的应变积累。例如，专利201510686845.5提供了一种极地用低温韧性优异的高强度船用钢及其制备的TMCP工艺，该专利技术通过Nb、V、Ti等微合金化，结合大压下工艺，控制奥氏体再结晶，其技术要求再结晶区粗轧温度为975～1100℃、累积压下率48～63％，非再结晶区轧制的中间坯温度为790～860℃、累积压下率38～60％。中国专利技术专利201410505138.7提供了一种船用钢板的TMCP轧制工艺，其技术要求二阶段开轧温度为950～970℃、累积压下率为30～35％，三阶段开轧温度为830～850℃、终轧温度为750～780℃、累积压下率为48～52％。总结其核心内容主要是研究在控制轧制过程中如何通过低温和第二相粒子的析出，抑制奥氏体的再结晶过程来实现大的应变积累。而针对厚板等大型结构用钢的组织细化，主要是采用超快冷技术实现组织细化，如日本JFE钢铁公司开发的强力冷却装置Super-CR(S.Endo,N.Nakata.Developmentofthermo-mechanicalcontrolprocess(TMCP)andhighperformancesteelinJFESteel.JFETech.Rep.2015,20:1-7)，中国的东北大学开发的新一代TMCP(NG-TMCP)技术(王国栋.新一代TMCP技术的发展.轧钢.2012,29(1):1-8)。这些技术的核心均是以轧后超快冷的方式保持轧制过程中形成的变形组织中所具有的大的应变积累来实现组织细化，并没有解决大型结构用钢在实际轧制过程中难以得到大的应变积累的本质问题
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：如何在轧制过程中通过晶界强化相变细化组织，提供了一种利用超细奥氏体强化相变实现组织细化的方法。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本专利技术包括以下步骤：(1)加热钢材温度为1150～1250℃，然后进行粗轧，粗轧温度不高于1100℃；(2)粗轧后进行精轧，精轧过程中控制精轧温度不高于950℃；(3)终轧后在相变前采用的冷却速度大于10℃/s。从而保证奥氏体的动态再结晶临界应变能够满足规格要求。所述钢材中，按质量百分比计，碳含量为0.05～0.16％，锰含量1.0～1.8％，钛含量为0.008～0.012％，铌含量为0.03～0.06％，氮含量为0.004～0.006％，余量为Fe。所述钢材中[Ti][N]的乘积在4×10-9～9×10-9范围内，从而保证TiN析出的热力学势使得TiN粒子的尺寸不大于40纳米。所述钢材中生成的TiN粒子的析出温度低于1450℃，TiN粒子的平均尺寸小于30纳米，同时形成的TiN粒子的热力学平衡体积分数不少于0.016％。成分设计与工艺设计的配合，可以实现在整个控制轧制过程中奥氏体形变再结晶行为和奥氏体晶粒的长大。要求在进入精轧前，奥氏体的平均晶粒尺寸不大于80微米。在精轧过程中，在道次之间静态再结晶体积分数不大于10％。在精轧过程中可以根据产品的规格设计1～3次的奥氏体动态再结晶。但是最后一次的奥氏体动态再结晶应设计在终轧前的倒数第二道次，通过动态再结晶所产生的奥氏体晶粒尺寸不大于10微米。最后一道次(终轧道次)的轧制压下量应小于15％。本专利技术的设计思路为：通过Ti/Nb微合金化优化设计和轧制规程相配合，利用第二相粒子控制加热和粗轧过程中奥氏体的晶粒尺寸，进而调控奥氏体动态再结晶临界应变；在精轧过程中通过第二相粒子抑制道次间静态再结晶，实现应变积累超越临界应变，诱发奥氏体动态再结晶得到“超细奥氏体”；轧后快冷抑制晶粒长大，利用晶界作为非均匀形核的核心促进相变实现组织细化。其核心是在轧制过程中诱发奥氏体动态再结晶实现奥氏体晶粒尺寸超细化，因此称为超细奥氏体强化相变技术。本专利技术适用于低圧缩比厚板和特厚板轧制的组织细化，通过[Ti][N]和[Nb]的成分设计和工艺设计相配合，通过控制粗轧过程中奥氏体晶粒尺寸，调控后续动态再结晶发生的临界应变，以保证压缩比受限条件下的奥氏体动态再结晶的发生；在精轧过程中抑制道次间静态再结晶，充分利用有限的应变积累来诱发奥氏体的动态再结晶；终轧后快冷以抑制奥氏体动态再结晶晶粒的长大，通过奥氏体晶界促进相变形核实现产品组织细化的目的。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术与现有“应变诱发相变”的TMCP技术相比，显著减少了组织细化所要求的压缩比。并且可以通过调控粗轧后奥氏体的晶粒尺寸，来控制奥氏体动态再结晶临界应变满足不同规格的大型结构用钢的实际压缩比实现组织细化，提高钢的强塑性和低温韧性。本专利技术与现有“应变诱发相变”的TMCP技术相比，由于可以在精轧过程中诱发多次动态再结晶而释放应变积累，有利于抑制道次间的静态再结晶，因此可以提高轧制温度，减小了轧制载荷和轧辊磨损。本专利技术在粗轧过程中奥氏体晶粒尺寸的调控和能够在精轧过程中应变积累诱发动态再结晶，通过本专利技术提出的方法可以在低圧缩比的条件下，使大型结构用钢的晶粒尺寸达到10级以上。附图说明图1是实施例1制备得到的金相图片；图2是实施例2中第二相粒子的TEM图片；图3是实施例2制备得到的金相图片。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用超细奥氏体强化相变实现组织细化的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)加热钢材温度为1150～1250℃，然后进行粗轧，粗轧温度不高于1100℃，粗轧至钢材内奥氏体的平均晶粒尺寸不大于80μm；/n(2)粗轧后进行多道次精轧，精轧过程中控制精轧温度不高于950℃，同时每道次之间静态再结晶体积分数不大于10％；/n(3)终轧后在相变前采用的冷却速度大于10℃/s。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用超细奥氏体强化相变实现组织细化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)加热钢材温度为1150～1250℃，然后进行粗轧，粗轧温度不高于1100℃，粗轧至钢材内奥氏体的平均晶粒尺寸不大于80μm；
(2)粗轧后进行多道次精轧，精轧过程中控制精轧温度不高于950℃，同时每道次之间静态再结晶体积分数不大于10％；
(3)终轧后在相变前采用的冷却速度大于10℃/s。


2.根据权利要求1所述的一种利用超细奥氏体强化相变实现组织细化的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在精轧过程增加1～3次的奥氏体动态再结晶。


3.根据权利要求2所述的一种利用超细奥氏体强化相变实现组织细化的方法，其特征在于，所述奥氏体动态再结晶之后至少有两道次的精轧处理。


4.根据权利要求3所述的一种利用超细奥氏体强化相变实现组织细化的方法，其特征在于，所述奥氏体动态再结晶之后钢材的奥氏体晶粒尺寸不大于10μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱国辉，丁汉林，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34