一種含相間沉淀鈦碳化物的中厚板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種含鈦的微合金鋼，具體涉及到一種含相間沉淀鈦碳化物中厚鋼板 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)?shù)吞间撝屑尤耄ぁ⑺?^〇等強(qiáng)碳化物元素時(shí)，在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變過(guò)程中， 合金元素與碳結(jié)合形成的碳化物可能會(huì)沿著γ/α界面周期性片層狀分布，這種轉(zhuǎn)變被稱 為"相間沉淀"或者"相間析出"。在TEM下觀察時(shí)，若析出粒子所在的晶體學(xué)面與電子束 方向平行時(shí)，可以觀察到相間沉淀的典型形貌，即碳化物在基體上有規(guī)律的成排分布。一方 面，相間沉淀鋼中的鐵素體基體保證鋼材具有良好的韌性；另一個(gè)重要的方面，由于細(xì)小的 納米級(jí)碳化物分布于基體上，因此可以產(chǎn)生強(qiáng)大的沉淀強(qiáng)化作用，從而極大地提高了鋼的 強(qiáng)度。2004年，F(xiàn)unakawa等人通控軋控冷并在兩相區(qū)等溫的方式，得到了一種全為鐵素體 組織的Nanohiten鋼，在鐵素體基體上分布著以相間沉淀析出的納米碳化物，且納米碳化 物的沉淀強(qiáng)化達(dá)到300MPa。
[0003] 目前，對(duì)于相間沉淀用鋼來(lái)說(shuō)，在合金元素組分上多通過(guò)添加合金元素鉬、鈮、釩 的方法，利用它們?cè)讦?α相變過(guò)程中，以相間沉淀的形式在鐵素體基體上析出的納米級(jí) 碳化物，從而達(dá)到顯著的沉淀強(qiáng)化的效果。然而，鉬、鈮、釩等合金元素屬于貴重金屬，價(jià)格 較高，因此大大提高了鋼板的生產(chǎn)成本。在熱處理工藝上，現(xiàn)有技術(shù)采用奧氏體區(qū)軋制后， 快冷至γ/α兩相區(qū)，通過(guò)增大過(guò)冷度，增加相間沉淀形核點(diǎn)，之后在兩相區(qū)等溫處理，獲 得納米級(jí)相間析出碳化物（如申請(qǐng)?zhí)?01410367193. 4中國(guó)專利）。但目前中厚板在實(shí)際生 產(chǎn)中的冷速通常不超過(guò)20°C /s，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快冷。迄今為止，在中厚鋼板的生產(chǎn)中，鮮有利用 相間沉淀的沉淀強(qiáng)化作用來(lái)提高強(qiáng)度的報(bào)道。這是由于，中厚板的實(shí)際生產(chǎn)中沒有卷取工 藝（等溫處理），多采用連續(xù)冷卻工藝，且連續(xù)冷卻過(guò)程中，在兩相區(qū)內(nèi)停留時(shí)間較短，過(guò)冷 度低，形核點(diǎn)相對(duì)較少，碳化物可能無(wú)法在γ/α界面處有規(guī)律的形核。如果能夠設(shè)計(jì)一種 特定合金成分，通過(guò)特定連續(xù)冷卻工藝獲得相間沉淀，并將其應(yīng)用在中厚鋼板的實(shí)際生產(chǎn) 中，那將獲得一種綜合性能更加優(yōu)異的中厚板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種含相間沉淀鈦碳化物中厚鋼板的制備方法，在低碳的成 分設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)合金元素的含量并結(jié)合TMCP工藝，使鋼中的合金元素鈦與碳結(jié)合 形成的碳化物，在連續(xù)冷卻過(guò)程中的γ/α相變溫度范圍內(nèi)，以相間沉淀的形式析出，其尺 寸不超過(guò)10nm，從而顯著提高發(fā)明鋼的強(qiáng)度。隨后采用調(diào)質(zhì)處理的熱處理工藝，進(jìn)一步提高 鋼板的低溫沖擊韌性，優(yōu)化鋼板的強(qiáng)韌匹配度。
[0005] 本發(fā)明所涉及的一種含相間沉淀鈦碳化物中厚板的制造工藝如下：
[0006] (1)合金成分：選取的含相間沉淀鈦碳化物中厚板的化學(xué)成分和各元素質(zhì)量百 分比分別為：C :0· 05-0. 15%，Si :0· 15-0. 40%，Mn :1· 00-2. 00%，P〈0. 01 %，S〈0. 01 %， N〈0. 005%，Ti :0. 04% -0. 15%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0007] (2)軋制工藝：在1100-1200°C保溫l_2h后采用γ相再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)兩階 段軋制，其中鋼坯開軋溫度為l〇〇〇_ll〇〇°C，終軋溫度為800-880°C，經(jīng)75-90%的總壓下變 形后，鋼板厚度為10-20mm，隨后以0~6°C /s冷速冷至550-700°C，待相變基本完成后水淬 至室溫。
[0008] (3)熱處理工藝：將鋼板進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，其中，淬火溫度為900-1000°C，等溫 30-60min 后水淬，再在 550-700°C 回火 30-60min。
[0009] 上述方法中，所述步驟（2)獲得的鋼板，以相間沉淀的方式析出的碳化物顆粒的 尺寸在5-15nm之間，而且該納米析出物為TiC。
[0010] 上述方法中，獲得的中厚板的抗拉強(qiáng)度大于600MPa，屈服強(qiáng)度大于500MPa，-20°c 的V型沖擊功彡47J。
[0011] 本發(fā)明各元素的作用及配比依據(jù)如下（以質(zhì)量百分比為計(jì)）：
[0012] 碳：固溶強(qiáng)化的主要元素。隨著碳含量的提高，組織中固溶的合金元素可以更多 的與C結(jié)合形成各類碳化物。C與合金元素 Ti結(jié)合形成的含鈦的碳化物，這些碳化物的沉 淀強(qiáng)化作用對(duì)鋼的強(qiáng)度有重要的貢獻(xiàn)。然而，碳含量過(guò)高時(shí)，不僅對(duì)鋼的沖擊韌性不利，而 且C含量超過(guò)0. 2%時(shí)將導(dǎo)致焊接性能惡化。因此，本發(fā)明鋼采用低碳成分設(shè)計(jì)，碳含量為 0. 05-0. 15%。
[0013] 硅：鋼中常用的脫氧元素，同時(shí)還可以有效的提高鋼中固溶的強(qiáng)度，但隨著硅 含量的提高，鋼的韌性、塑性以及焊接性能將不斷的惡化。因此，本發(fā)明鋼的硅含量為 0· 15-0. 40% 〇
[0014] 錳：錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，而且還能有效的提高鋼的淬透性和強(qiáng)度。但是， 當(dāng)錳含量過(guò)高時(shí)，其在鑄坯中的偏析傾向增加，也會(huì)使鋼的焊接性能變壞。綜合考慮，本發(fā) 明鋼的錳含量為1. 00-2. 00%。
[0015] 磷：鋼中有害元素，不僅破壞鋼的焊接性能，而且還會(huì)降低塑性，增加鋼的冷脆性。 因此通常要求鋼中含磷量小于0. 045%，本發(fā)明鋼的磷含量小于0. 01%。
[0016] 硫：使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)?接性能也不利，鋼中硫含量應(yīng)不超過(guò)0. 01 %。
[0017] 氮：易與Ti結(jié)合形成TiN，是微合金化鋼中常見的夾雜。由于TiN尺寸較大，既不 可以細(xì)化晶粒也起不到沉淀強(qiáng)化的作用，當(dāng)鋼中的氮含量高于〇. 〇〇5wt. %時(shí)，會(huì)形成微米 級(jí)的TiN，嚴(yán)重?fù)p害鋼板的韌性。故鋼中的含氮量應(yīng)控制在0.005wt. %以內(nèi)。
[0018] 鈦：本發(fā)明鋼的關(guān)鍵性合金元素，鈦和碳、氮都有極強(qiáng)的親和力，可以形成TiC， Ti (CN)，其中TiC顆粒有阻止鋼中晶粒長(zhǎng)大粗化的作用，使粗化溫度提高至1000°C以上。在 本發(fā)明鋼中，較高含量的合金元素鈦與碳結(jié)合形成的納米級(jí)碳化物，在軋制過(guò)程中形變誘 導(dǎo)析出的TiC顆粒對(duì)奧氏體再結(jié)晶有強(qiáng)烈的阻礙作用，從而使相變后得到的鐵素體組織細(xì) 化，提高了鋼的強(qiáng)韌性。在本發(fā)明中，本發(fā)明鋼實(shí)驗(yàn)室Gleeble熱模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，奧氏體區(qū) 軋制后在兩相區(qū)以〇~6°C/s冷速連續(xù)冷卻過(guò)程中，大量的含鈦的碳化物在γ - α相變 時(shí)將以相間析出的形式分布在鐵素體基體上，其尺寸不超過(guò)lOmii，將產(chǎn)生顯著的沉淀強(qiáng)化 作用，有助于的提高發(fā)明鋼的強(qiáng)度；同時(shí)還有在熱處理過(guò)程中從奧氏體、鐵素體中過(guò)