CN110714173A - 一种含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板，其合金坯料的百分组成为：C：0.03‑0.07％，Mn：3.50‑7.50％，Si：0.10‑0.40％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，Al：0.003‑0.015％，Cu：0.05‑0.30％，Ni：0.05‑0.30％，Mo：0.05‑0.30％，Cr：0.70‑1.00％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还公开了其制备方法，通过将Cr的含量控制在0.70‑1.00％、Al的含量控制在0.003‑0.015％，同时控制两相区回火条件，可在组织中生成六方密排的ε马氏体组织，有效提高了该中厚板的力学性能。

Description

一种含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钢板制作与加工技术领域，具体涉及一种含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板及其制备方法。
背景技术
据世界能源署的统计，全球的能源需求量在2035年预计增加36％，在2010年，81.1％能源供给源为石油、煤炭和天然气。不断增加的能源需求已远远超过了陆地的开采能力的极限，覆盖地球表面70％的海洋已经成为各国解决能源危机的新的能源开采方向。在开发海洋油气资源的过程中，离不开海上平台结构的建设。由于我国海洋环境在不同的地区存在较大的差异性，亟需满足特定服役环境的大量高品质海洋平台用钢，特别是在一些极地环境下(低温、海洋冰块的随机撞击等)，对钢铁材料的强度、韧性、屈强比等提出了更高的要求。
近年来的研究发现，低碳中锰钢通过热轧在线淬火和临界区回火相结合的工艺方法可获得由亚稳奥氏体、回火马氏体组成的微观组织结构，并展现出了优异的强韧性能。但此工艺下制备的低碳中锰钢中厚板产品仍展现出较高的屈强比(0.75～0.85)。组织多相化可成为调控低碳中锰钢屈强比的新的发展方向。优化低碳中锰钢的合金成分、回火工艺参数，不但可显著调控中厚板产品的强度、低温韧性等，而且可获得微观由亚稳奥氏体、ε马氏体、回火马氏体多相产品。在变形过程中，亚稳奥氏体和ε马氏体向马氏体的两种转变过程(TRIP效应和ε-TRIP效应)可大幅优化屈强比的控制范围。因此，开发新型多相低碳中锰钢中厚板产品，可为我国海洋平台用钢的发展带来重要的实际应用价值。
ε-马氏体是1929年由Schmidt发现的密排六方结构形态，通常容易出现在高锰钢中，是钢中的重要组织。如专利CN201510241664.1记载的高强韧的超低碳中锰钢中厚板，其中厚板组织为回火马氏体及细小稳定逆转变奥氏体。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板，可有效调控钢板屈强比，所制备的超低碳中锰钢中厚板屈服强度为500-750MPa，抗拉强度为790-1000MPa，延伸率为16-22％，-40℃冲击功＞60J。
本发明的目的之二在于提供该ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的制备方法，该方法采用两相区回火工艺，形成亚稳态逆转为奥低体，通过控制空冷速率，形成ε马氏体，从而得到较佳机械性能的低碳中锰钢中厚板。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板，制成该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的合金坯料的百分组成为：C：0.03-0.07％，Mn：3.50-7.50％，Si：0.10-0.40％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，Al：0.003-0.015％，Cu：0.05-0.30％，Ni：0.05-0.30％，Mo：0.05-0.30％，Cr：0.70-1.00％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的组织为回火马氏体、逆转变奥氏体及ε马氏体。
进一步地，合金坯料的百分组成为：C：0.04-0.05％，Mn：5.4-5.6％，Si：0.15-0.25％，S：0.001-0.003％，P：0.001-0.006％，Al：003-0.015％，Cu：0.25-0.30％，Ni：0.25-0.30％，Mo：0.18-0.20％，Cr：0.79-0.91％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的厚度为20-50mm。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种如上述的含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的制备方法，包括：
S1：将合金坯料加热至1000-1200℃，保温2-5h；
S2：热轧成20-50mm厚的热轧板，开轧温度为940-990℃、终轧温度为880～930℃；
S3：以10-20℃/s的冷却速率水冷至室温，得到淬火后的中厚板；
S4：加热炉升温至650-710℃后，将S3得到的淬火后的中厚板放入并保温50-70min；以0.1-0.2℃/s的空冷速度冷却至室温，得到含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板。
进一步地，S1中，合金坯料随加热炉一起加热。
进一步地，S2中，开轧温度为940-970℃，终轧温度为800-900℃。
进一步地，S2中，开轧温度比终轧温度高45-80℃。
进一步地，S3中，以20℃/s的冷却速率水冷至室温。
进一步地，S4中，以0.1℃/s的空冷速度冷却至室温。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供的含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板，意外地发现，当将合金坯料中的Cr控制在0.70-1.0％、Al控制在0.003-0.015％，可通过临界区回火空冷，可得到含有ε马氏体的中厚板组织，所得到的低碳中锰钢中厚板的屈服强度为500～750MPa，抗拉强度为790～1000MPa，延伸率为16～22％，-40℃冲击功＞60J；
本发明提供的含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的制备方法，工艺条件可控，得到的中厚板的组织的物理、力学性能稳定，可重复性高，可广泛地应用于实践生产。
附图说明
图1为本发明的制备方法的流程示意图；
图2为实施例1的含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的EBSD相组成图；
图3为实施例3的含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的EBSD相组成图；
图4为实施例1和实施例3的含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的物相组成分析。
具体实施方式
下面，结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
本发明实施采用的热轧机为东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室设计制造的Φ450热轧机；
本发明热轧处理采用的加热炉为高温箱式电阻炉，型号为RX4-85-13B；
本发明回火处理采用的加热炉为箱式电阻炉，型号为RX-36-10。
本发明提供一种含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板，制成该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的合金坯料的百分组成为：C：0.03-0.07％，Mn：3.50-7.50％，Si：0.10-0.40％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，Al：0.003-0.015％，Cu：0.05-0.30％，Ni：0.05-0.30％，Mo：0.05-0.30％，Cr：0.70-1.00％，余量为Fe和不可避免的杂质。
该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的制备方法流程图如图1所示，包括以下步骤：
S1：将合金坯料加热至1000-1200℃，保温2-5h；
S2：热轧成20-50mm厚的热轧板，开轧温度为940-990℃、终轧温度为880-930℃；
S3：以10-20℃/s的冷却速率水冷至室温，得到淬火后的中厚板；
S4：加热炉升温至650-710℃后，将S3得到的淬火后的中厚板放入并保温50-70min；以0.1-0.2℃/s的空冷速度冷却至室温，得到含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板。
实施例1：
一种含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板，制成该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的合金坯料的百分组成为：C：0.05％，Mn：5.41％，Si：0.20％，S：0.003％，P：0.006％，Al：0.015％，Cu：0.30％，Ni：0.30％，Mo：0.19％，Cr：0.79％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的制备方法包括以下步骤：
S1：将合金坯料加热至1200℃，保温2h；
S2：经过11道次热轧成30mm厚的热轧板，开轧温度为960℃、终轧温度为900℃；
S3：以20℃/s的冷却速率水冷至室温，得到淬火后的中厚板；
S4：加热炉升温至700℃后，将S3得到的淬火后的中厚板放入并保温50min；以0.1℃/s的空冷速度冷却至室温，得到含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板。
该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的组织具有回火马氏体、逆转变奥氏体和ε马氏体多相组织，如图2所示。
该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的力学性能的测试结果为：屈服强度为505MPa，抗拉强度为1002MPa，断后延伸率为21.6％，-40℃冲击功为63J，屈强比为0.50。
实施例2：
一种含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板，制成该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的合金坯料的百分组成为：C：0.04％，Mn：5.56％，Si：0.20％，S：0.001％，P：0.003％，Al：0.005％，Cu：0.30％，Ni：0.30％，Mo：0.20％，Cr：0.88％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的制备方法包括以下步骤：
S1：将合金坯料加热至1200℃，保温3h；
S2：经过7道次热轧成50mm厚的热轧板，开轧温度为970℃、终轧温度为890℃；
S3：以20℃/s的冷却速率水冷至室温，得到淬火后的中厚板；
S4：加热炉升温至670℃后，将S3得到的淬火后的中厚板放入并保温50min；以0.1℃/s的空冷速度冷却至室温，得到含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板。
该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的组织具有回火马氏体、逆转变奥氏体和ε马氏体多相组织。
该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的力学性能的测试结果为：屈服强度为518MPa，抗拉强度为908MPa，断后延伸率为22.1％，-40℃冲击功为159J，屈强比为0.57。
实施例3：
一种含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板，制成该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的合金坯料的百分组成为：C：0.04％，Mn：5.46％，Si：0.20％，S：0.003％，P：0.001％，Al：0.003％，Cu：0.30％，Ni：0.30％，Mo：0.20％，Cr：0.91％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的制备方法包括以下步骤：
S1：将合金坯料加热至1200℃，保温3h；
S2：经过9道次热轧成40mm厚的热轧板，开轧温度为940℃、终轧温度为895℃；
S3：以20℃/s的冷却速率水冷至室温，得到淬火后的中厚板；
S4：加热炉升温至650℃后，将S3得到的淬火后的中厚板放入并保温50min；以0.1℃/s的空冷速度冷却至室温，得到含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板。
该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的组织如图3所示，具有回火马氏体、逆转变奥氏体和ε马氏体多相组织。
该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的力学性能的测试结果为：屈服强度为708MPa，抗拉强度为840MPa，断后延伸率为23.7％，-40℃冲击功为143J，屈强比为0.84。
实施例1和实施例3的含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的物相组成分析如图4所示。说明实施例1和实施例3中均有少量ε马氏体存在。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板，其特征在于，制成该含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的合金坯料的百分组成为：C：0.03-0.07％，Mn：3.50-7.50％，Si：0.10-0.40％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，Al：0.003-0.015％，Cu：0.05-0.30％，Ni：0.05-0.30％，Mo：0.05-0.30％，Cr：0.70-1.00％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板，其特征在于，所述含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的组织为回火马氏体、逆转变奥氏体及ε马氏体。
3.如权利要求1所述的含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板，其特征在于，合金坯料的百分组成为：C：0.04-0.05％，Mn：5.4-5.6％，Si：0.15-0.25％，S：0.001-0.003％，P：0.001-0.006％，Al：003-0.015％，Cu：0.25-0.30％，Ni：0.25-0.30％，Mo：0.18-0.20％，Cr：0.79-0.91％，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板，其特征在于，所述含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的厚度为20-50mm。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板的制备方法，其特征在于，包括：
S1：将合金坯料加热至1000-1200℃，保温2-5h；
S2：热轧成20-50mm厚的热轧板，开轧温度为940-990℃、终轧温度为880-930℃；
S3：以10-20℃/s的冷却速率水冷至室温，得到淬火后的中厚板；
S4：加热炉升温至650-710℃后，将S3得到的淬火后的中厚板放入并保温50-70min；以0.1-0.2℃/s的空冷速度冷却至室温，得到含ε马氏体的低碳中锰钢中厚板。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S1中，合金坯料随加热炉一起加热。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S2中，开轧温度为940-970℃，终轧温度为800-900℃。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，S2中，开轧温度比终轧温度高45-80℃。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，S3中，以20℃/s的冷却速率水冷至室温。
10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，S4中，以0.1℃/s的空冷速度冷却至室温。
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