CN104911475B

CN104911475B - 一种低碳中锰高强韧性特厚钢板的制备方法

Info

Publication number: CN104911475B
Application number: CN201510353679.7A
Authority: CN
Inventors: 杜林秀; 胡军; 刘浩; 孙国胜; 翟剑晗; 谢辉; 吴红艳; 高秀华; 易红亮
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: CN104911475A

Abstract

针对现有技术中高强韧特厚板均添加大量合金元素，生产工艺复杂，成本显著增高的问题，本发明提供一种低碳中锰高强韧性特厚钢板的制备方法，属于冶金技术领域。该钢化学组分的质量百分含量为：C：0.08～0.15％，Mn：3.20～8.50％，Si：0.12～0.36％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，Al：0.01～0.05％，Mo：0.22～0.86％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；钢板的厚度为80～140mm；其制备方法为(1)热轧处理：将锻坯热轧成80～140mm厚的热轧板，再将板材以0.5～5℃/s的冷却速率水冷至室温；(2)回火处理：将热轧淬火后的板材放入加热炉中加热，随后取出空冷至室温，最终获得具有回火马氏体及逆转变奥氏体的复相组织的产品。该钢板仅添加微量昂贵合金元素，显著降低成本；该钢的制备方法简单，容易实现工业化生产。

Description

一种低碳中锰高强韧性特厚钢板的制备方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低碳中锰高强韧性特厚钢板的制备方法。

背景技术

随着我国经济发展对能源的迫切需求，蕴藏着丰富资源的海洋已经成为国家能源战略结构的重要组成部分。目前，全球海洋石油储量将超过100亿桶，预计到2015年，海洋石油产量占世界石油的总产量将提高到39％。因此，海洋平台用钢的需求量不断扩大，预计总用钢量每年在300万吨以上。海洋平台作为海上油气资源勘探与开发的重要支撑结构，研发拥有自主知识产权的高强度、高韧性、具有一定耐腐蚀能力的海洋平台用钢，对完善我国能源体系、充分利用我国的海域资源、实现国家的能源战略具有重要的意义。

随着海洋平台结构向大型化发展，设备和质量日益增加，使得其用钢厚度规格也逐渐增大。但是，国内强度级别≥690MPa、厚度规格≥80mm的钢板在厚度方向上的变形和冷却难以保证均匀分布，造成钢板厚度方向上组织性能的严重不均匀。国际海洋平台用钢主要由德国的迪林根和日本的新日铁、JFE和住友金属公司生产，随厚度规格的提高，产品成分设计均采用铌、钒、钛微合金化并添加大量昂贵Ni、Mo、Cu等合金，而且常采用复杂的多阶段淬火回火工艺，导致生产成本高，生产效率低，同时为了获得高淬透性钢板的碳含量很高，显著恶化焊接性能。

发明内容

针对现有技术中高强韧特厚钢板均添加大量合金元素，生产工艺复杂，成本显著增高的问题，本发明提供一种低碳中锰高强韧性特厚钢板的制备方法。该钢板为仅添加微量昂贵合金元素的低碳中锰高强韧特厚钢板，显著降低成本；该钢的制备方法简单，容易实现工业化生产。

一种低碳中锰高强韧性特厚钢板，其化学组分的质量百分含量为：C：0.08～0.15％，Mn：3.20～8.50％，Si：0.12～0.36％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，Al：0.01～0.05％，Mo：0.22～0.86％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；

上述钢板的厚度为80～140mm。

上述低碳中锰高强韧性特厚钢板的制备方法，包括以下步骤：

(1)热轧处理

将上述组分的锻坯随炉加热至1000～1200℃并保温3～4h，随后热轧成80～140mm厚的热轧板，较好的热轧道次为1～5道次，开轧温度和终轧温度分别为960～1050℃和900～950℃，热轧结束后将板材以0.5～5℃/s的冷却速率水冷至室温；热轧淬火后的板材的显微组织显示为马氏体和渗碳体；

(2)回火处理

加热炉升温至650～700℃后，保持该温度，将热轧淬火后的板材放入炉中加热80～180min，随后取出空冷至室温，获得具有回火马氏体及逆转变奥氏体的复相组织的产品。

经检测，本方法制备的特厚钢板沿厚度方向1/2和1/4处组织均为回火马氏体及逆转变奥氏体的复相组织；

沿厚度方向1/2处屈服强度为709～770MPa，抗拉强度为827～875MPa，延伸率为19.2～25.0％，-60℃冲击功＞125J；1/4处屈服强度为702～772MPa，抗拉强度为825～880MPa，延伸率为21.3～27.5％，-60℃冲击功＞140J。

本发明的低碳中锰钢是一种成分简单，无铌、钒、钛或昂贵的Ni、Cu等合金元素的高强韧特厚钢板。其中，C是稳定奥氏体元素，但高碳含量降低冲击性能并恶化焊接性能，因此采用碳的质量百分比为0.08～0.15％；Mn可显著增加淬透性，提高钢板厚度方向组织性能均匀性，但高锰含量提高碳当量，恶化焊接性能，且考虑成本因素，因此采用锰的质量百分比为3.20～8.50％；Mo可稳定奥氏体，避免马氏体回火脆性，改善钢板的低温冲击性能，但钼较为昂贵，因此采用钼的质量百分比为0.22～0.86％；Si能溶于奥氏体中产生固溶强化作用，可提高钢板的硬度和强度，但含硅量超过一定范围时，将显著降低钢的塑性和韧性，因此采用硅的质量百分比为0.12～0.36％；Al主要用来脱氧和细化晶粒,而且能抑制低碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性，因此采用铝的质量百分比为0.01～0.05％；S、P为试验钢中杂质元素，应控制在一定范围内；本发明的钢是通过平衡上述各组分及含量而得到的。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、成本低。一方面在钢材的成分设计中没有添加Ni、Cr等昂贵合金元素,从源头上降低成本；另一方面工艺流程简单化，节约中间环节能源，从生产过程中降低成本。

2、制备工艺流程简单，容易实现工业化。本产品的制备方法包含简单淬火回火处理，与现有的生产工艺相比，抛去了复杂的多阶段淬火回火处理，工艺流程控制操作简单，容易实现工业化生产。

3、本发明的特厚钢板成分组织均匀。板材沿厚度方向1/2和1/4处的组织均为回火马氏体及逆转变奥氏体的复相组织。

4、本发明的特厚钢板综合性能优越。厚度方向1/2处屈服强度为709～770MPa，抗拉强度为827～875MPa，延伸率为19.2～25.0％，-60℃冲击功＞125J；1/4处屈服强度为702～772MPa，抗拉强度为825～880MPa，延伸率为21.3～27.5％，-60℃冲击功＞140J。

附图说明

图1为本发明制备方法的热轧-回火处理工艺示意图；

图2为实施例1实验钢回火后沿厚度方向1/2处金相组织；

图3为实施例1实验钢回火后沿厚度方向1/4处金相组织；

图4为实施例1实验钢经过回火后的TEM形貌组织。

具体实施方式

本发明实施例中采用的直接淬火冷却设备为东北大学轧制技术及连轧自动化自主开发超快速冷却实验淬火机。

本发明实施例中观测金相组织的设备为徕卡DMIRM 2500M金相显微镜。

本发明实施例中观测微观组织采用的是FEI公司的Tecnai G²F20场发射透射电子显微镜。

实施例1

一种厚度为80mm的低碳中锰高强韧性特厚钢板，其化学组分的质量百分含量为：C：0.10％，Mn：5.05％，Si：0.20％，S：0.001％，P：0.003％，Al：0.01％，Mo：0.42％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；

其制备方法如下：

(1)热轧处理

合金坯料按重量百分比的化学组成为：C：0.10％，Mn：5.05％，Si：0.20％，S：0.001％，P：0.003％，Al：0.01％，Mo：0.42％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；将上述组分的150mm厚的锻坯随炉加热至1100℃并保温4h，随后经5道次热轧成80mm厚的特厚钢板，每道次压下率分别为14％，13％，12％，10％，10％，开轧温度和终轧温度分别是960℃和900℃，热轧后以5℃/s的冷却速率水冷至室温；热轧淬火后板材的显微组织显示为马氏体和渗碳体；

(2)回火处理

将加热炉升温至650℃后，保持该温度，再将热轧淬火后的板材放入炉中加热80min，随后空冷至室温，获得具有回火马氏体及逆转变奥氏体的复相组织的产品；其沿厚度方向1/2和1/4处组织的金相如图2、3所示，其显微组织如图4所示。

对实验钢进行力学性能实验，该特厚钢板1/2处屈服强度为770MPa，抗拉强度为875MPa，延伸率为25.0％，-60℃冲击功为165J；1/4处屈服强度为772MPa，抗拉强度为880MPa，延伸率为27.5％，-60℃冲击功为168J。

实施例2

一种厚度为100mm的低碳中锰高强韧性特厚钢板，其化学组分的质量百分含量为：C：0.08％，Mn：8.50％，Si：0.12％，S：0.002％，P：0.003％，Al：0.05％，Mo：0.22％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；

其制备方法如下：

(1)热轧处理

合金坯料按重量百分比的化学组成为：C：0.08％，Mn：8.50％，Si：0.12％，S：0.002％，P：0.003％，Al：0.05％，Mo：0.22％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；将上述组分的150mm厚的锻坯随炉加热至1000℃并保温3h；随后经3道次热轧成100mm厚的特厚钢板，每道次压下率分别为16％，12％，10％，开轧温度和终轧温度分别是980℃和920℃，热轧后以2℃/s的冷却速率水冷至室温；热轧淬火后板材的显微组织为马氏体和渗碳体；

(2)回火处理

加热炉升温至675℃后，保持该温度，再将热轧淬火后的板材放入炉中加热120min，随后空冷至室温，获得具有回火马氏体及逆转变奥氏体的复相组织的产品。

对实验钢进行力学性能实验，该特厚钢板1/2处屈服强度为747MPa，抗拉强度为853MPa，延伸率为22.7％，-60℃冲击功为137J；1/4处屈服强度为739MPa，抗拉强度为862MPa，延伸率为25.1％，-60℃冲击功为152J。

实施例3

一种厚度为140mm的低碳中锰高强韧性特厚钢板，其化学组分的质量百分含量为：C：0.15％，Mn：3.20％，Si：0.36％，S：0.002％，P：0.003％，Al：0.03％，Mo：0.86％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；

其制备方法如下：

(1)热轧处理

合金坯料按重量百分比的化学组成为：C：0.15％，Mn：3.20％，Si：0.36％，S：0.002％，P：0.003％，Al：0.03％，Mo：0.86％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；将上述组分的150mm厚的锻坯随炉加热至1200℃并保温3.5h，随后经1道次热轧成140mm厚的特厚钢板，道次压下率为7％，开轧温度和终轧温度分别是1050℃和950℃，热轧后以0.5℃/s的冷却速率水冷至室温；热轧淬火后板材的显微组织为马氏体和渗碳体；

(2)回火处理

加热炉升温至700℃后，保持该温度，再将热轧淬火后的板材放入炉中加热180min，随后空冷至室温，获得具有回火马氏体及逆转变奥氏体的复相组织的产品。

对实验钢进行力学性能实验，该特厚钢板1/2处屈服强度为709MPa，抗拉强度为827MPa，延伸率为19.2％，-60℃冲击功为127J；1/4处屈服强度为702MPa，抗拉强度为825MPa，延伸率为21.3％，-60℃冲击功为143J。

Claims

1.一种低碳中锰高强韧性特厚钢板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)热轧处理

将锻坯随炉加热至1000～1200℃并保温3～4h，随后热轧成80～140mm厚的热轧板，热轧的开轧温度和终轧温度分别为960～1050℃和900～950℃，热轧结束后将板材水冷至室温；

所述锻坯的化学组分的质量百分含量为：C：0.08～0.15％，Mn：3.20～8.50％，Si：0.12～0.36％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，Al：0.01～0.05％，Mo：0.22～0.86％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；

(2)回火处理

加热炉升温至所需温度后，保持该温度，将热轧淬火后的板材放入炉中加热，随后取出空冷至室温，获得产品；

所述钢板产品沿厚度方向1/2和1/4处组织均为回火马氏体及逆转变奥氏体的复相组织。

2.根据权利要求1所述的一种低碳中锰高强韧性特厚钢板的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的水冷速率为0.5～5℃/s。

3.根据权利要求1所述的一种低碳中锰高强韧性特厚钢板的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的加热炉升温至650～700℃；所述板材加热时间为80～180min。

4.根据权利要求1所述的一种低碳中锰高强韧性特厚钢板的制备方法，其特征在于，所述钢板产品沿厚度方向1/2处屈服强度为709～770MPa，抗拉强度为827～875MPa，延伸率为19.2～25.0％，-60℃冲击功＞125J；1/4处屈服强度为702～772MPa，抗拉强度为825～880MPa，延伸率为21.3～27.5％，-60℃冲击功＞140J。