相变韧化低合金钢板及其制备方法技术

一种相变韧化低合金钢板及其制备方法，属于合金钢技术领域。化学成分为：C：0.04～0.12wt.%、Si：0.10～0.50wt.%、Mn：2.6～3.8wt.%、?P：＜0.02wt.%、S：＜0.01wt.%；在此基础上，可以加入以下一种或多种合金元素：Cr：0～0.50wt.%、Ni：0～1.0wt.%、Mo：0～0.50wt.%、Cu：0～0.60wt.%、Nb:?0～0.05wt.%、V：0～0.15wt.%；Ti：0～0.12wt.%、B：0～0.003wt.%、Al：0.01～0.06wt.%，钢中合金元素的总添加量不大于5%。优点在于，采用C、Mn等廉价元素作为主要合金元素，通过C、Mn二次配分工艺在马氏体中获得弥散分布的亚稳奥氏体相，可以显著提高钢的低温韧性。与传统含Ni低温钢相比低成本优势明显，可以应用于低温容器、海洋工程、工程机械等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金钢
，特别是提供了一种相变韧化低合金钢板及其制备方法。
技术介绍
随着社会经济的发展，高强高韧钢的需求量越来越大。目前提高钢材强韧性的主要技术手段是组织细化，然而单纯的组织细化在提高强韧性的同时也会使钢的均匀塑性降低、屈强比增加，难以全面满足高强化条件下的服役安全性要求；另一方面，当组织细化到一定程度时（有效晶粒尺寸约为5微米），进一步细化的难度显著增大，对工艺条件的要求越来越苛刻，如需要低温大压下变形等，而这对于某些规格尺寸较大的钢材而言是难以实现的。因此，需要探索除了组织细化之外其它提高钢材强韧性的组织调控原理和工艺手段。已有研究工作表明，钢中适量的亚稳奥氏体对于提高钢的韧性具有重要作用，其原理是亚稳奥氏体在裂纹前沿应力场作用下发生马氏体相变，该相变将缓解裂纹前沿的应力集中，提高裂纹扩展阻力，从而大幅度降低钢的韧脆转变温度，提高钢的低温韧性。利用这一原理，日本在上世纪60年代末成功开发了超低温用钢-9Ni钢及其生产工艺。从上世纪70年代末开始，美国加州Berkeley大学的J.W. Morris教授研究组系统研究了5Ni钢代替9Ni钢的可行性，并进一步探索了5Mn钢代替5Ni钢的可行性，在此基础上深入研究了亚稳奥氏体增韧原理（参见文献：J.W. Morris, Jr., Z. Guo, C.R. Krenn and Y.-H. Kim. The Limits of Strength and Toughness in Steel. ISIJ International, Vol.41 (2001), No.6, pp.599-611.）。借鉴汽车工业中大量应用的“相变塑性（Transformation Induced Plasticity, TRIP） 钢”的名称，我们这里将上述亚稳奥氏体增韧钢称为“相变韧化（Transformation Induced Toughening）钢”。应该指出的是，目前相变韧化钢的研究工作主要集中于少数几个含Ni量高的中合金或高合金钢，如9Ni钢、5Ni钢以及马氏体时效钢等，而且由于钢的合金化成本高、生产工艺复杂，它们的应用仅局限于某些特定领域，如低温容器、飞机起落架等，难以在其它领域推广应用。因此，开发成本低廉且应用领域较广泛的相变韧化低合金钢对于推动低合金钢的升级换代具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种相变韧化低合金钢及其钢板制备方法，采用廉价的C和Mn等奥氏体稳定化元素作为主要合金元素，在钢的（γ+α）两相区范围内不同温度下进行二次等温处理，等温中发生C、Mn元素从α基体扩散至γ相中的“配分”过程，最终获得一定数量在基体中弥散分布的亚稳奥氏体相，从而大幅度提高钢的低温韧性。本专利技术提供的相变韧化低合金钢的化学成分和含量为：C：0.04～0.12wt.%、Si：0.10～0.50wt.%、Mn：2.6～3.8wt.%、 P：＜0.02wt.%、S：＜0.01wt.%，余量为Fe和不可避免的杂质；在此基础上，可以另外加入以下一种或多种合金元素：Cr：0～0.50wt.%、Ni：0～1.0wt.%、Mo：0～0.50wt.%、Cu：0～0.60wt.%、Nb：0～0.05wt.%、V：0～0.15wt.%、Ti：0～0.12wt.%、B：0～0.003wt.%、Al：0.01～0.06wt.%，钢中合金元素的总添加量应不大于5%。本专利技术各元素的作用及配比依据如下：碳：碳是奥氏体稳定化元素，（γ+α）两相区等温时它将富集于奥氏体中，提高奥氏体稳定性，有利于亚稳奥氏体的最终获得；此外，碳还明显提高钢的淬透性和强度。本专利技术钢的碳含量范围为0.04～0.12wt.%，碳含量低于0.04wt.%，所获得的亚稳奥氏体数量过少，难以起到相变韧化作用；碳含量高于0.12wt.%，则可能出现渗碳体，对韧性不利。硅：钢中脱氧元素之一，同时具有较强的固溶强化作用，但过量的Si将恶化钢的韧性及焊接性能。综合上述考虑，本专利技术钢的硅含量范围为0.1～0.50wt.%。锰：锰是本专利技术钢获得亚稳奥氏体的关键合金元素。与碳作用相同，锰也是奥氏体稳定化元素，在（γ+α）两相区等温时将在奥氏体中富集，提高奥氏体稳定性，有利于最终获得亚稳奥氏体；此外，锰明显提高钢的淬透性，同时具有一定的固溶强化作用。本专利技术钢的锰含量范围为2.6～3.8.wt.%，锰含量低于2.6wt.%，所获得的亚稳奥氏体数量少，难以起到相变韧化作用；锰含量高于3.8wt.%，则铸坯心部质量明显降低，钢板性能恶化。钼：显著提高钢的淬透性，减少回火脆性，提高钢的耐延迟断裂性能。Mo与微合金元素共同添加时还会提高微合金析出相的高温尺寸稳定性，降低其粗化速率，有利于提高沉淀析出强化效果。当钼含量超过0.50wt.%时，上述作用效果达到饱和，且成本较高。因此，本专利技术钢钼含量应控制在0.50wt.%以内。铬：提高钢的淬透性和耐大气腐蚀性能，但较高的Cr含量对焊接性能不利，应控制在0.50wt.%以内。镍：镍是奥氏体稳定化元素，在（γ+α）两相区等温时它将在奥氏体中富集，提高奥氏体稳定性，有利于最终获得亚稳奥氏体；此外，镍提高钢的淬透性和耐大气腐蚀性能，但其价格高，应控制在1.0wt.%以内。铜：提高钢的淬透性和耐大气腐蚀性能，时效析出的纳米级Cu相粒子具有一定的沉淀强化作用，但含Cu钢由于表面选择性氧化而易于产生热脆问题。因此Cu含量控制在0.60wt.%以内。硼：强烈偏聚于奥氏体晶界及其它晶体缺陷处，加入微量B即可显著提高淬透性，但硼含量超过0.003%后上述作用饱和，而且还可能形成各种对热加工性能和韧性不利的含B析出相，因此硼含量应控制在0.003wt.%以内。铌：具有较强细化相变后组织的作用。通过固溶Nb与形变诱导析出Nb(C,N)对奥氏体再结晶产生强烈抑制作用，从而获得具有较高缺陷密度的未再结晶奥氏体，提高后续相变形核率并细化相变后组织。此外，固溶于奥氏体中Nb提高淬透性效果明显。本专利技术钢铌含量在0.05wt.%以内，高于0.05wt.%其组织进一步细化效果变得不明显且成本提高。钒：从马氏体或铁素体基体中沉淀析出的VC粒子弥散细小，具有显著的沉淀强化效果。本专利技术钢V含量控制在0.15%以内，过高则沉淀强化效果提高不明显，且成本较高。钛：当钢中加入微量Ti时（Ti含量小于0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变韧化低合金钢板，其特征在于，采用转炉或电炉冶炼，钢板中各成分的重量百分数为：C：0.04～0.12wt.%、Si:？0.10～0.50wt.%、Mn:？2.6～3.8wt.%、P：＜0.02wt.%、S：＜0.01wt.%，余量为Fe和不可避免的杂质；均为重量百分数。

【技术特征摘要】
1.一种相变韧化低合金钢板，其特征在于，采用转炉或电炉冶炼，钢板
中各成分的重量百分数为：C：0.04～0.12wt.%、Si: 0.10～0.50wt
.%、Mn: 2.6～3.8wt.%、P：＜0.02wt.%、S：＜0.01wt.%，余量为F
e和不可避免的杂质；均为重量百分数。
2.根据权利要求1所述的相变韧化低合金钢板，其特征在于，在上述成分
的基础上，再加入以下一种或多种合金元素：Cr：0～0.50wt.%、Ni：
0～1.0wt.%、Mo：0～0.50wt.%；Cu：0～0.60wt.%、Nb：0～0.05wt.
%、V：0～0.15wt.%；Ti：0～0.12wt.%、B：0～0.003wt.%、Al：0.0
1～0.06wt.%，合金元素的总添加量应不大于5%；均为重量百分数。
3.一种权利要求1或2所述相变韧化低合金钢板的制造方法，其特征在于
：
（1）将连铸坯或铸锭开坯后装入加热炉中加热，加热温度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙新军，王长军，李昭东，雍岐龙，董瀚，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：