值大于100j的中錳鋼板及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高強(qiáng)韌中厚鋼板開發(fā)制造領(lǐng)域，特別涉及一種-80°CAkv值大于100J的 中錳鋼板及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中厚鋼板一股用于制造管線、海洋平臺(tái)、遠(yuǎn)洋船舶等服役環(huán)境惡劣、承受較大風(fēng)浪 沖擊和交變負(fù)荷以及各種電化學(xué)及生物腐蝕作用的產(chǎn)品，因此對其強(qiáng)韌性及耐腐蝕性提出 了愈加嚴(yán)格的要求，要求新型的中厚板結(jié)構(gòu)鋼不僅要具有高的強(qiáng)度及良好的塑韌性、可焊 性，還要具有低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度及優(yōu)異的冷成形能力。傳統(tǒng)微合金化并結(jié)合TMCP的生產(chǎn)工 藝，要在乳制及冷卻過程中精確控制微合金元素的固溶與析出行為、顯微組織的相變行為 比較困難，導(dǎo)致工藝穩(wěn)定性及產(chǎn)品組織性能均勻性較差，強(qiáng)塑積水平不高，且常添加了貴重 合金元素 Cr、Mo等;生產(chǎn)低溫壓力容器用高Ni鋼的多階段淬火回火工藝，組織均勻性良好， 但在成分設(shè)計(jì)時(shí)加入了大量貴重合金元素如Ni、Cr等，以致鋼材成本高，應(yīng)用受限。
[0003] 錳鋼以其不添加或少量添加貴重合金元素的低成本優(yōu)勢及相對較好的綜合力學(xué) 性能獲得了廣泛的關(guān)注，有望成為新一代高強(qiáng)韌中厚鋼板。熱乳態(tài)中錳鋼中厚板具有較高 的強(qiáng)度，但沖擊韌性極差。相關(guān)乳后熱處理工作已有研究，但強(qiáng)塑性匹配及沖擊性能始終保 持在一個(gè)中等水平。本發(fā)明之前，申請?zhí)枮镃N201510241664,名稱為"一種高強(qiáng)韌的超低碳 中錳鋼中厚板及其制備方法"的發(fā)明專利，公開了一種通過回火工藝獲得高強(qiáng)度、高韌性的 中錳中厚板的制備方法，但其對中錳鋼_60°C以下的低溫沖擊性能未做相關(guān)研究?？梢?，要 在不增加成本的基礎(chǔ)上改善中厚板的強(qiáng)塑性匹配并進(jìn)一步提高低溫沖擊韌性，相關(guān)品種及 制備工藝有待進(jìn)一步探索和優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種-80°CAkv值大于100J的高強(qiáng)韌性中錳鋼板 及其兩步熱處理的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的-80 °CAkv值大于100J的中錳鋼板，成分按質(zhì)量百分比為：C : 0.01~ 0.03%，Si:1.0~1.6%，Μη:4·0~6.0%，Α1:0·02~0.1%，Nb:0.02~0.06%，V:0.04~ 0.12%，Ni :0.4~1.5%，Ti :0.01~0.03%，P< 0.004%，S< 0.003%，余量為Fe及不可避免 的雜質(zhì)；鋼板厚度為12~20mm。
[0006] 本發(fā)明的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，屈服強(qiáng)度為525~755MPa，抗拉強(qiáng)度為 800~845MPa，斷后延伸率為26.3~29%，強(qiáng)塑積大于20GPa%，-80°C低溫沖擊功> 100J。
[0007] 本發(fā)明的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，室溫組織為超細(xì)晶板條狀鐵素體及殘 余奧氏體。
[0008] 本發(fā)明的-80 °C Akv值大于100 J的中錳鋼板的制備方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟1，熔煉及鍛造：
[0010] 按-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板的成分配比，真空熔煉獲得鑄錠，并鍛造成厚度 為100~120mm的鋼還；
[0011] 步驟2,兩階段乳制：
[0012] (1)將鋼坯，在1150~1250Γ，保溫2~3h;
[0013] (2)-階段乳制:開乳溫度為1050~1100°C，終乳溫度為1000~1080°C，道次為1~ 3道次，累計(jì)下壓率為20~30% ;
[0014] (3)二階段乳制：開乳溫度為900~950°C，終乳溫度為850~900°C，道次為7~9道 次，累計(jì)下壓率2 75%，得到厚度為12~20mm的熱乳板；
[0015] ⑷采用超快冷工藝，將熱乳板冷卻至室溫；
[0016] 步驟3,兩步兩相區(qū)熱處理：
[0017] (1)兩相區(qū)高溫退火處理:將熱乳板，加熱至700~750°C，退火時(shí)間為0.5h，然后淬 火到室溫；
[0018] (2)兩相區(qū)低溫逆相變退火處理:將熱乳板，加熱至580~640°C，退火時(shí)間為2.5~ 5h，然后空冷到室溫，得到-80°CA kv值大于100J的中錳鋼板。
[0019] 其中：
[0020] 步驟1中，熔煉溫度為1620~1630°C ;步驟2(4)中，冷卻速度2 90°C/s;步驟3(1)和 步驟3(2)中，加熱速度為3~8°C/s。
[0021 ]本發(fā)明的技術(shù)思路是:通過對熱乳態(tài)鋼板進(jìn)行兩步兩相區(qū)退火配分處理，凈化鐵 素體、穩(wěn)定奧氏體組織，獲得超細(xì)晶的板條狀鐵素體及殘余奧氏體，以達(dá)到高強(qiáng)塑積及高韌 性的良好匹配。
[0022] 兩步兩相區(qū)奧氏體逆相變退火配分工藝設(shè)計(jì)原理如下：
[0023] 首先在兩相區(qū)700~750°C進(jìn)行0.5h的短時(shí)間高溫退火配分處理，實(shí)現(xiàn)Μη元素在逆 相變奧氏體板條界的初步少量富集，然后直接淬火到室溫獲得馬氏體，保留Μη元素在邊界 的富集狀態(tài)，以增加兩相區(qū)低溫退火時(shí)Μη元素的擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力并縮短擴(kuò)散距離，從而大大增 強(qiáng)兩相區(qū)低溫退火配分效果;在580~640°C進(jìn)行2.5~5h的兩相區(qū)低溫退火配分處理，凈化 鐵素體組織，并實(shí)現(xiàn)Μη元素在逆相變奧氏體中的充分富集，之后空冷到室溫。通過這種新型 的兩步兩相區(qū)退火處理，凈化鐵素體基體組織，以提高協(xié)調(diào)變形能力；調(diào)控逆相變奧氏體的 含量及穩(wěn)定性，得到適當(dāng)比例的超細(xì)晶的板條狀鐵素體+殘余奧氏體兩相組織，以提高低溫 沖擊韌性。
[0024]本發(fā)明的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效 果為：
[0025] (1)本發(fā)明的中錳鋼板與傳統(tǒng)TMCP工藝生產(chǎn)的中厚鋼板相比，具有較好的板厚方 向組織和力學(xué)性能均勻性，工藝穩(wěn)定性好，且具有相當(dāng)或更加優(yōu)良的強(qiáng)韌性匹配。
[0026] (2)相比于9Ni等貴重合金鋼厚板，本發(fā)明中貴重合金元素附、&1。含量較低，顯 著降低生產(chǎn)成本與難度。
[0027] (3)與現(xiàn)有通過回火方法制備的中錳鋼中厚板相比，具有更佳的低溫韌性，應(yīng)用可 行性及使用安全性提高。
【附圖說明】
[0028]圖1本發(fā)明實(shí)施例的_80°CAkv值大于100J的中錳鋼板的制備方法中乳制及兩步兩 相區(qū)退火工藝示意圖；
[0029]圖2本發(fā)明實(shí)施例1制得的-80 °CAkv值大于100 J的中錳鋼板的ΕΡΜΑ形貌；
[0030]圖3本發(fā)明實(shí)施例1制得的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板的精細(xì)組織形貌，其中： (a)明場；（b)暗場；（c)奧氏體衍射斑；
[0031]圖4本發(fā)明實(shí)施例2制得的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板-80°c條件下示波沖擊 載荷曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 本專利在國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51174059,51374002,51404155， U1260204)、新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目（NCET-13-0111)、遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持 計(jì)劃(LR2014007)資助下完成。以下實(shí)施例中，步驟2采用φ45〇四輥可逆乳機(jī)進(jìn)行乳制。 [0033] 實(shí)施例1
[0034] 本發(fā)明的- 80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，成分按質(zhì)量百分比為C:0.01%，Si: 1.53% ,Μη：5.3% ,A1:0.03% ,Nb：0.04% ,V：0.08% ,Ni ：0.56% ,Ti ：0.016% ,P< 0.004% , S < 0.003%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì);鋼板厚度為12mm。
[0035]本發(fā)明的-80 °CAkv值大于100 J的中錳鋼板的制備方法，包括如下步驟：
[0036]步驟1，熔煉及鍛造：
[0037]按_80°CAkv值大于100J的中錳鋼板的成分配比，在溫度為1625°C進(jìn)行熔煉，后鍛造 獲得100mm X 100mm的鋼還；
[0038]步驟2,兩階段乳制：
[0039] (1)將鋼坯，在 120(TC，保溫 2h;
[0040] (2)-階段乳制：開乳溫度為1050°C，終乳溫度為1060°C，道次為1道次，累計(jì)下壓 率為22%;
[0041] (3)二階段乳制:開乳溫度為900°C，終乳溫度為870°C，道次為8道次，累計(jì)下壓率 為84.6%，得到厚度為12mm的熱乳板；
[0042] (4)采用超快冷工藝，將熱乳板冷卻至室溫，冷卻速度2 90°C/s;
[0043] 步驟3,兩步兩相區(qū)熱處理：
[0044] (1)兩相區(qū)高溫退火處理:將熱乳板，加熱至700 °C，加熱速度為8 °C/s，退火時(shí)間為 〇.5h，然后淬火到室溫；
[0045] (2)兩相區(qū)低溫逆相變退火處理:將熱乳板，加熱至640 °C，加熱速度為8°C/s，退火 時(shí)間為2.5h，然后空冷到室溫，得到-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板。
[0046] 本實(shí)施例制得的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，屈服強(qiáng)度為635MPa，抗拉強(qiáng)度為 820MPa，斷后延伸率及強(qiáng)塑積分別為29%和23.78GPa%，室溫及-80°C沖擊功分別為210J和 103J〇
[0047] 實(shí)施例2
[0048] 本發(fā)明的- 80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，成分按質(zhì)量百分比為C:0.01%，Si: 1.53% ,Μη：5.3% ,A1:0.03% ,Nb：0.04% ,V：0.08% ,Ni ：0.56% ,Ti ：0.016% ,P< 0.004% , 0.003%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；鋼板厚度為15mm。
[0049]本發(fā)明的-80 °CAkv值大于100 J的中錳鋼板的制備方法，包括如下步驟：
[0050]步驟1，熔煉及鍛造：
[0051 ]按-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板的成分配比，在溫度為1625°C進(jìn)行熔煉，后鍛造 獲得120mm X 120mm的鋼還；
[0052]步驟2,兩階段乳制：
[0053] (1)將鋼坯，在 120(TC，保溫 2h;
[0054] (2)-階段乳制：開乳溫度為1050°C，終乳溫度為1080°C，道次為2道次，累計(jì)下壓 率為30%;
[0055] (3)二階段乳制:開乳溫度為950°C，終乳溫度為900°C，道次為8道次，累計(jì)下壓率 為82.4%，得到厚度為15mm的熱乳板；
[0056] (4)采用超快冷工藝，將熱乳板冷卻至室溫，冷卻速度2 90°C/s;
[0057] 步驟3,兩步兩相區(qū)熱處理：
[0058] (1)兩相區(qū)高溫退火處理:將熱乳板，加熱至750 °C，加熱速度為5 °C/s，退火時(shí)間為 〇.5h，然后淬火到室溫；
[0059] (2)兩相區(qū)低溫逆相變退火處理:將熱乳板，加熱至640°C，加熱速度為5°C/s，退火 時(shí)間為3.5h，然后空冷到室溫，得到-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板。
[0060] 本實(shí)施例制得的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，屈服強(qiáng)度為525MPa，抗拉強(qiáng)度為 800MPa，斷后延伸率及強(qiáng)塑積分別為26.7%和21.366?&%，室溫及-80°(：沖擊功分別為220了 和 109J。
[0061 ] 實(shí)施例3
[0062] 本發(fā)明的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，成分按質(zhì)量百分比為C: 0.03 %，Si : 1.2% ,Mn:4.5% ,A1:0.08% ,Nb:0.06% ,V：0.045% ,Ni ：0.8% ,Ti ：0.02% ,P< 0.004% ,S <0.003%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；鋼板厚度為12mm。
[0063]本發(fā)明的-80 °CAkv值大于100 J的中錳鋼板的制備方法，包括如下步驟：
[0064]步驟1，熔煉及鍛造：
[0065]按_80°CAkv值大于100J的中錳鋼板的成分配比，在溫度為1625°C進(jìn)行熔煉，后鍛造 獲得100mm X 100mm的鋼還；
[0066]步驟2,兩階段乳制：
[0067] (1)將鋼坯，在 1200°C，保溫 2h;
[0068] (2)-階段乳制：開乳溫度為1050°C，終乳溫度為1080°C，道次為1道次，累計(jì)下壓 率為22%;
[0069] (3)二階段乳制:開乳溫度為900°C，終乳溫度為850°C，道次為8道次，累計(jì)下壓率 為84.6%，得到厚度為12mm的熱乳板；
[0070] (4)采用超快冷工藝，將熱乳板冷卻至室溫，冷卻速度2 90°C/s;
[0071] 步驟3,兩步兩相區(qū)熱處理：
[0072] (1)兩相區(qū)高溫退火處理:將熱乳板，加熱至750°C，加