專利名稱：低碳高鈮含量的貝氏體高強鋼中厚板生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超低碳貝氏體鋼板制的造方法，特別是涉及一種高鈮含量并復(fù)合添 加鉬、銅、鎳的超低碳貝氏體鋼板的制造方法。
背景技術(shù)：
目前，在能源、交通、原材料工業(yè)以及各種工程中使用的鋼鐵材料都要求有高強度 (一般抗拉強度大于600MPa)、較高的韌性或低溫韌性(特別是在寒冷地區(qū))、良好的焊 接性能及成形性能。從降低制造各種裝備的成本及改善產(chǎn)品性能出發(fā)，還希望保持較低 的碳含量和合金元素含量。在綜合以上考慮的前提下，細化晶粒是達到優(yōu)良性能要求的 唯一有效的工藝思路。通過細化原始奧氏體晶粒，優(yōu)化冷卻條件，控制生成不同的組織 類型。低碳的成分設(shè)計徹底消除了碳對貝氏體組織韌性的不利影響。鋼的強度不再依靠 鋼中的碳含量，而主要通過細晶強化，位錯強化及亞結(jié)構(gòu)強化，鈮、釩、鈦微合金元素 析出強化。因此必須要保證足夠的鈮含量能夠有效抑制奧氏體再結(jié)晶，提高再結(jié)晶溫度， 擴大未結(jié)晶區(qū)溫度區(qū)間，為控制軋制大壓下量來細化最終組織提供保證。如果Nb含量 低于0. 05%，未再結(jié)晶溫度只能提高到95(TC左右，如果Nb含量提高到0. 05_1. 0%范圍， 則再結(jié)晶溫度可以提高到IOO(TC以上，即可以更大程度的擴大未再結(jié)晶區(qū)域的軋制空 間，從而在終軋溫度不變的條件下，確保大于5倍的未再結(jié)晶壓縮比。
雖然TMCP理論為控軋控冷工藝提供了思路，但是設(shè)備條件與工藝設(shè)計的矛盾是不 可避免的，比如每道次壓下量的分配必須要考慮軋機的承載能力，冷卻速度的設(shè)計要考 慮水冷系統(tǒng)的能力。因此針對高鈮含量并復(fù)合添加鉬、銅、鎳的超低碳貝氏體鋼板需要 提出相應(yīng)的工藝參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對高鈮低碳的成分設(shè)計，結(jié)合實際生產(chǎn)條件，對控制軋制中，兩 階段軋制壓下量的分配提出了具體的工藝指標，根據(jù)再結(jié)晶區(qū)軋制壓下量對細化奧氏體 的影響規(guī)律，確定中間坯待溫溫度區(qū)間和未再結(jié)晶區(qū)軋制的壓縮比，優(yōu)化軋后冷卻的速 度范圍，實現(xiàn)高鈮含量并復(fù)合添加鉬、銅、鎳的超低碳貝氏體鋼板具有較高的屈服強度、
較高的延伸率和較好的低溫韌性。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的生產(chǎn)低碳高鈮含量高強鋼中厚板的方法包括如下步
驟
1) 在真空感應(yīng)熔煉爐中冶煉出符合設(shè)定成分控制范圍的鑄錠，鑄錠經(jīng)過鍛造，使
之成為厚度規(guī)格為230 250rnm的熱軋板坯；也可以采用成熟的連鑄生產(chǎn)工藝，直接將 鋼水連鑄成鋼坯；
2) 對坯料迸行均熱處理，控制坯料在1150 125(TC溫度范圍內(nèi)，保溫120 240min， 使鋼中的鈮、釩、鈦元素充分回溶；
3) 對出爐后的板坯進行高壓水除磷處理，去除板坯在加熱過程中所產(chǎn)生的氧化鐵
皮；
4) 對除磷后的坯料立即進行兩階段控制軋制，即再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制。 再結(jié)晶區(qū)軋制，變形速率大于10s—、累積變形量大于60%，終軋溫度控制在1020 1080 'C范圍內(nèi)，得到中間坯，中間坯空冷到980土3(TC，再進行未再結(jié)晶區(qū)軋制，使未再結(jié) 晶區(qū)軋制壓縮比保持在5倍以上，終軋溫度控制在750 800。C范圍內(nèi)；
5) 對終軋后在6-20咖的中厚板進行層流冷卻，冷卻速度范圍控制在20 25°C/s 之間，終冷溫度控制在300 40(TC范圍內(nèi)，將層流冷卻后的鋼板空冷至室溫。
上述設(shè)定成分控制范圍按重量百分比計為0.02 0.05%C、 0. l 0.4%Si、 1. 5 2. 0%Mn、0. 004 0. 012%P、0. 01 0. 02%Ti、0. 001 0. 005%S、0. 3 0. 6%Cu、0. 3 0. 6%Ni、 0. 2 0. 5%Mo、 0. 05 0. l%Nb，余量為Fe及不可避免的夾雜。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
1) 通過高鈮含量(0.05-0.10%)并復(fù)合添加鉬、銅、鎳的超低碳貝氏體鋼板；
2) 對坯料進行兩階段控軋，即再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制。在再結(jié)晶區(qū)變形， 隨變形量的增加，奧氏體再結(jié)晶晶粒細化效果明顯，并隨變形量的逐步加大，再結(jié)晶晶 粒細化效果逐漸減緩；變形量達到60%左右時，晶粒尺寸基本達到一個近極限狀態(tài)，再 次增加變形量，奧氏體再結(jié)晶晶粒細化效果不明顯。研究表明，再結(jié)晶區(qū)軋制，變形速 率在大于10s—、終軋溫度在105(TC左右時，變形量大于60%時，可獲得平均尺寸小于 25um的奧氏體晶粒。
3) 在1020。C 108(TC中間坯空冷，鈮碳氮化物第二相析出明顯，奧氏體晶界得到 了有效釘扎，晶粒穩(wěn)定性良好，不會發(fā)生明顯的粗化現(xiàn)象。4) 980土3(TC開始進行未再結(jié)晶區(qū)軋制，壓縮比保持在5倍以上，即可獲得小于5 um的扁平奧氏體晶粒寬度。當(dāng)扁平奧氏體晶粒寬度小于5ura時，相變后的板條組織得 到有效細化，鋼板強韌性能同步提高。
5) 軋后冷卻階段，在0.5XVs 5(TC/s的冷卻速度范圍內(nèi)均可以得到貝氏體組織。 隨著冷卻速度的提高，貝氏體開始相變溫度相應(yīng)降低，冷卻速度從0.5°C/S增大至50 °C/s，貝氏體開始相變溫度下降了 ll(TC，轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度降低了 152°C。且隨著冷卻速 度的增加，顯微組織逐漸由粒狀貝氏體向板條貝氏體與馬氏體轉(zhuǎn)變，且相變組織越加細 小。大于2(TC/s的冷速避開退化的上貝氏體組織形成冷速，25°C/s的冷速得到了最大 量的下貝氏體組織，因此20 25°C/s之間冷速為最佳冷卻速度范圍，終冷溫度設(shè)定為 30(T400。C。
6) 最終的板條組織沿與扁平奧氏體晶界成50 60度大角度生長，奧氏體晶界起到 了限制板條束生長的作用，隨奧氏體晶界寬度的降低，板條束有效晶粒尺寸得到細化， 材料強韌性能得到同步提高。最終產(chǎn)品的強度和韌性指標能夠滿足以下要求屈服強度Os大于等于840MPa，抗拉強度Ob 大于等于930MPa，延伸率屮大于等于15%， (一20。C)夏比沖擊功大于等于230J。


圖1為實施例1的光學(xué)金相照片觀察壓扁的原始奧氏體晶粒； 圖2為實施例2的光學(xué)金相照片觀察壓扁的原始奧氏體晶粒； 圖3為對比例的光學(xué)金相照片觀察壓扁的原始奧氏體晶粒； 圖4為實施例1最終形成的板條束TEM形貌分析； 圖5為實施例2最終形成的板條束TEM形貌分析； 圖6為對比例最終形成的板條束TEM形貌分析。
具體實施方式
實施例1
將化學(xué)成分按重量百分數(shù)計，C 0.041%、 Si 0.33%、 Mn 1.97%、 Ni 0.44%、 Cu 0.40%、 Mo 0.29%、 Nb 0.090%、 Ti 0.017%、 P 0.0054%、 S 0.0013%，余量為Fe 的鋼水模鑄成錠后，鍛造為厚度為230mm的坯料。
把坯料在1220'C均熱，保溫240min后進行高壓水除磷，進行兩階段控軋。再結(jié)晶 區(qū)開軋溫度是1189'C，變形速率為12s—、經(jīng)多道次軋制后，再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為1040 °C,累積變形量為67%，中間坯厚度控制在75mm。未再結(jié)晶區(qū)軋制開軋溫度為980°C，
經(jīng)多道次軋制后，達到最終產(chǎn)品厚度12mm，壓縮比為6.25，終軋溫度為780'C。
終軋后層流冷卻，冷卻速度為23'C/s，終冷溫度為383'C。終軋后空冷至室溫。 對軋制階段的試樣檢測，如圖l所示為壓扁的原始奧氏體晶粒，其扁平的晶界寬度 大約為5um，板條組織得到有效細化。圖4所示為最終產(chǎn)品的TEM觀察，其板條組織由 于原始奧氏體細化的緣故，也得到了細化，其板條寬度為0.5 lum。對鋼板產(chǎn)品的性 能檢驗可知其抗拉強度o b為967MPa，屈服強度o s為853MPa，延伸率W為15. 5%， (-20 。C)夏比沖擊功Akv為230J。
從上述實施例可知，本發(fā)明的低碳高鈮含量高強鋼的生產(chǎn)方法，通過控冷工藝，細 化原始奧氏體的方法，有效的細化了最終組織，實現(xiàn)了強度韌性的同步提高。
實施例2
將化學(xué)成分按重量百分數(shù)計，C 0.041%、 Si 0.33%、 Mn 1.97%、 Ni 0.44%、 Cu 0.40%、 Mo 0.29%、 Nb 0.090%、 Ti 0.017%、 P 0.0054%、 S 0.0013%，余量為Fe 的鋼水模鑄成錠后，鍛造為厚度為230mm的坯料。
把坯料在122(TC均熱，保溫220min后進行高壓水除磷，進行兩階段控軋。再結(jié)晶 區(qū)開軋溫度是1189。C，變形速率為12s—'，經(jīng)多道次軋制后，再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為1040 。C，累積變形量為67%，中間坯厚度控制在75mm。未再結(jié)晶區(qū)軋制開軋溫度為980°C， 經(jīng)多道次軋制后，達到最終產(chǎn)品厚度lOmni，壓縮比為7.5，終軋溫度為760'C。
終軋后層流冷卻，冷卻速度為28'C/s，終冷溫度為377'C。終軋后空冷至室溫。
對軋制階段的試樣檢測，如圖2所示為壓扁的原始奧氏體晶粒，板條組織得到有效 細化。圖5所示為最終產(chǎn)品的TEM觀察，其板條寬度在0.3 lum。對鋼板產(chǎn)品的性能 檢驗可知其抗拉強度o b為973MPa，屈服強度o s為848MPa，延伸率W為16. 8%， (-20 °C)夏比沖擊功Akv為253J。
對比實施例
將化學(xué)成分按重量百分數(shù)計，C 0.041%、 Si 0.33%、 Mn 1.97%、 Ni 0.44%、 Cu 0.40%、 Mo 0.29%、 Nb 0.090%、 Ti 0.017%、 P 0.0054%、 S 0.0013%，余量為Fe 的鋼水模鑄成錠后，鍛造為厚度為230mm的坯料。
把坯料在122(TC均熱，保溫240min后進行高壓水除磷，進行兩階段控軋。再結(jié)晶 區(qū)開軋溫度是1190。C，變形速率為12s—、經(jīng)多道次軋制后，再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為1080 。C，累積變形量為48%，中間坯厚度控制在120mm。未再結(jié)晶區(qū)軋制開軋溫度為95(TC，
經(jīng)多道次軋制后，達到最終產(chǎn)品厚度30mm，壓縮比為4，終軋溫度為780'C。
終軋后層流冷卻，冷卻速度為22'C/s，終冷溫度為40(TC。終軋后空冷至室溫。 對軋制階段的試樣檢測，如圖3所示為壓扁的原始奧氏體晶粒，可以明顯的觀察到 其扁平的晶界寬度大約為15um，板條特征明顯，但是相比實施例1和2較為粗大。圖 6所示為最終產(chǎn)品的TEM觀察，其板條寬度在1 L5!xm。對鋼板產(chǎn)品的性能檢驗可知 其抗拉強度Ob為945MPa，屈服強度o 3為821MPa，延伸率W為11%， (-20。C)夏比沖擊 功Akv為189J。
權(quán)利要求
1、一種低碳高鈮含量的貝氏體高強鋼中厚板生產(chǎn)方法，其特征在于，具體步驟為1)對設(shè)定成分控制范圍的鑄錠鑄成的坯料進行均熱處理，溫度控制在1150～1250℃的范圍內(nèi)，保溫120～240min，使鋼中的鈮、釩、鈦元素充分回溶；2)對出爐后的板坯進行高壓水除磷處理，去除板坯在加熱過程中所產(chǎn)生的氧化鐵皮；3)對除磷后的坯料立即進行兩階段控制軋制，即再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，再結(jié)晶區(qū)軋制，變形速率大于10s-1，累積變形量大于60％，終軋溫度控制在1020～1080℃范圍內(nèi)，得到中間坯，中間坯空冷到980±30℃，再進行未再結(jié)晶區(qū)軋制，使未再結(jié)晶區(qū)軋制壓縮比保持在5倍以上，終軋溫度控制在750～800℃范圍內(nèi)；4)對終軋后尺寸在6-20mm的中厚板進行層流冷卻，冷卻速度范圍控制在20～25℃/s之間，終冷溫度控制在300～400℃范圍內(nèi)，將層流冷卻后的鋼板空冷至室溫。
2、 如權(quán)利要求l所述的低碳高鈮含量的貝氏體高強鋼中厚板生產(chǎn)方法，其特征 在于，所述設(shè)定成分控制范圍按重量百分比計為0. 02 0. 05% C、0. 1 0. 4%Si、 1. 5 2. 0%Mn、 0. 004 0. 012%P、 0. 01 0. 02%Ti、 0. 001 0. 005%S、 0. 3 0. 6%Cu、 0. 3 0. 6%Ni、 0. 2 0. 5%Mo、 0. 05 0, l%Nb，余量為Fe及不可避免的夾雜。
全文摘要
本發(fā)明低碳高鈮含量的貝氏體高強鋼中厚板生產(chǎn)方法，涉及超低碳貝氏體鋼板的制造方法。本發(fā)明采用高鈮含量并復(fù)合添加鉬、銅、鎳的超低碳貝氏體鋼板，對坯料進行兩階段控軋，即再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制。再結(jié)晶區(qū)軋制，變形速率在大于10s^-1，累積變形量大于60％，獲得平均尺寸小于25μm的奧氏體晶粒；未再結(jié)晶區(qū)軋制，使壓縮比保持在5倍以上，即可獲得小于5μm的扁平奧氏體晶粒寬度。層流冷卻采用20～25℃/s的冷卻速度，終冷溫度在300～400℃范圍內(nèi)。最終得到板條貝氏體與馬氏體組織，材料強韌性得到同步提高。最終產(chǎn)品的屈服強度σs≥840MPa，抗拉強度σb≥930MPa，延伸率Ψ≥15％，(-20℃)夏比沖擊功≥230J。
文檔編號B21B37/74GK101381854SQ20081022518
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者偉 余, 荻 唐, 武會賓, 焦多田, 王路兵, 蔡慶伍 申請人:北京科技大學(xué)