CN113166904A - 具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板及其制造方法 - Google Patents

具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明的一个方面的具有优异的断裂韧性和延伸率的高强度钢板按重量％计包含：0.05％至0.1％的碳(C)、0.05％至0.5％的硅(Si)、1.4％至2.0％的锰(Mn)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.002％至0.01％的氮(N)、0.04％至0.07％的铌(Nb)、0.05％至0.3％的铬(Cr)、0.05％至0.4％的镍(Ni)、0.02％或更少的磷(P)、0.005％或更少的硫(S)、0.0005％至0.004％的钙(Ca)、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质，其中显微组织包含20面积％至60面积％的铁素体以及贝氏体，并且在钢板的中心内基于15度的大角度晶粒尺寸的上部80％的晶粒尺寸可以为70μm或更小。

Description

具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板及其制造 方法
技术领域
本公开涉及高强度钢板及其制造方法，更具体地，涉及管道用高强度钢板及其制造方法，所述管道用高强度钢板通过优化钢组成、显微组织和制造方法而具有高强度特性并且具有优异的低温断裂韧性和延伸率，从而即使在苛刻的环境中也能够稳定地使用。
背景技术
近来，随着在寒冷地区例如气候条件差的西伯利亚和阿拉斯加进行了油田开发，正在积极进行通过管道将丰富的天然气资源从富油地区输送到消费地区的项目。在这样的管道项目中使用的钢应当必须具有抵抗由于低温和冻胀(当在季节变化而地面结冰时将地表抬高的现象)以及传输气体的压力而导致的管道变形的耐久性，因此，需要具有高强度特性和优异的落锤撕裂试验(drop weight tearing test，DWTT)断裂韧性以及高延伸率特性。
DWTT延性断裂率是一种用于确定管道用钢是否具有止脆裂性以在低温下安全使用的指标。通常，在寒冷地区设置的管道需要以管状态在-20℃下具有85％或更大的DWTT延性断裂率。为了确保以管状态在-20℃下85％或更大的DWTT延性断裂率，提供用于制造管的钢板的DWTT延性断裂率在-30℃下应满足85％或更大。
通常，已知DWTT特性与钢板的有效晶粒尺寸具有深刻的联系。有效晶粒尺寸被定义为具有大角度晶界的晶粒的尺寸，并且随着有效晶粒尺寸细化，止裂性增加。其原因在于当裂纹萌生并扩展时，裂纹的传播路径在有效晶界处改变。
为了使有效晶粒尺寸细化，广泛使用了在轧制之后立即进行加速冷却的方法。针状铁素体和贝氏体的混合组织可以通过在轧制之后立即加速冷却来实现。然而，因为碳(C)在晶粒中过饱和，所以通过通常的加速冷却形成的显微组织具有高硬度，并因此表现出差的延性，例如均匀延伸率小于9％且总延伸率小于20％。结果，形成管时的可成形性降低，并且在施加外部变形时容易产生局部应力集中，因此，管的稳定性显著降低。
因此，在制造管道用钢板时，需要用于以下管道用钢板的制造方法：所述管道用钢板通过具有9％或更大的均匀延伸率和28％或更大的总延伸率以及通过抑制由加速冷却制造的钢板的延伸率的劣化而具有优异的低温断裂韧性并且具有优异的延性。
在相关技术中，存在对具有优异的延伸率和低温断裂韧性的钢板的研究。在这方面，专利文献1提出了通过以下制造按面积分数计包含30％至60％的等轴铁素体和40％至70％的贝氏体的混合组织作为显微组织的钢的制造方法：以65％或更大的轧制压下率对包含镍(Ni)、铌(Nb)和钼(Mo)的钢进行非再结晶区域轧制，将所述钢以15℃/秒至30℃/秒的冷却速率一次冷却至Bs温度，以及将所述钢以30℃/秒至60℃/秒的冷却速率二次冷却至350℃至500℃的温度范围。
然而，在其中对厚度为20mm或更大的钢板进行低温轧制的专利文献1中，在将相应的加工条件应用至厚度小于20mm的钢板方面存在技术困难。原因在于对厚度小于20mm的钢板进行低温轧制然后迅速冷却，因此难以在钢板的整个长度方向上特别是在钢板的后端部处确保期望的低温断裂韧性、强度和延伸率。
(相关技术文献)
(专利文献1)韩国专利特许公开第10-2013-0073472号(2013年7月3日公开)
发明内容
技术问题
本公开的一个方面提供了具有优异的低温韧性的高强度钢板及其制造方法。
本公开的一个方面不限于上述内容。本领域技术人员从本说明书的一般内容将不难理解本公开的另外的方面。
技术方案
根据本公开的一个方面，具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板按重量％计包含：0.05％至0.1％的碳(C)、0.05％至0.5％的硅(Si)、1.4％至2.0％的锰(Mn)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.002％至0.01％的氮(N)、0.04％至0.07％的铌(Nb)、0.05％至0.3％的铬(Cr)、0.05％至0.4％的镍(Ni)、0.02％或更少的磷(P)、0.005％或更少的硫(S)、0.0005％至0.004％的钙(Ca)、余量的铁(Fe)和不可避免的杂质；20面积％至60面积％的铁素体以及贝氏体作为显微组织，其中在高强度钢板的中心部分基于15°的大角度晶粒尺寸的上部80％的晶粒尺寸为70μm或更小。
高强度钢板还可以包含0.3重量％或更少的钼(Mo)。
贝氏体的分数可以为35面积％至75面积％。
高强度钢板的显微组织还可以包含5面积％或更少的马氏体-奥氏体成分。
高强度钢板的屈服强度可以为485MPa或更大。
高强度钢板的总延伸率可以为28％或更大，并且高强度钢板相对于轧制正交方向的均匀延伸率可以为9％或更大。
高强度钢板相对于钢板的轧制正交方向在-30℃下的落锤撕裂试验(DWTT)延性断裂率可以为85％或更大。
高强度钢板的厚度可以小于20mm。
根据本公开的另一个方面，用于具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板的制造方法包括：对钢坯进行再加热，所述钢坯按重量％计包含：0.05％至0.1％的碳(C)、0.05％至0.5％的硅(Si)、1.4％至2.0％的锰(Mn)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.002％至0.01％的氮(N)、0.04％至0.07％的铌(Nb)、0.05％至0.3％的铬(Cr)、0.05％至0.4％的镍(Ni)、0.02％或更少的磷(P)、0.005％或更少的硫(S)、0.0005％至0.004％的钙(Ca)、余量的铁(Fe)和不可避免的杂质；保持和取出钢坯；在Tnr或更高的温度范围内对经保持和取出的钢坯进行再结晶区域轧制；以30％或更大的总压下率对经再结晶区域轧制的材料进行非再结晶区域轧制；以及将经非再结晶区域轧制的钢板冷却至(Bs-80℃)至Bs的温度范围，其中非再结晶区域轧制在Tnr或更低的温度范围内开始并且在(Ar3+100℃)或更高的温度范围内结束。
钢坯还可以包含0.3重量％或更少的钼(Mo)。
钢坯的再加热温度范围可以为1140℃至1200℃。
钢坯的保持和取出温度范围可以为1140℃至1200℃。
再结晶区域轧制可以以累积的道次进行，并且每个道次的平均压下率可以为10％或更大。
可以通过空气冷却将经再结晶区域轧制的材料冷却至Tnr或更低的温度范围。
可以将经非再结晶区域轧制的钢板以10℃/秒至50℃/秒的冷却速率冷却。
经非再结晶区域轧制的钢板的冷却可以在(Ar3+30℃)或更高的温度范围内开始。
高强度钢板的厚度可以小于20mm。
技术方案没有列举本公开的所有特征，并且将参照以下具体示例性实施方案更详细地理解本公开的各种特征以及根据各种特征的优点和效果。
有益效果
如上所述，根据本公开的一个示例性实施方案，可以提供通过具有高强度特性并且具有优异的低温断裂韧性和延伸率而特别适合用作管道用材料的钢板及其制造方法。
附图说明
图1为用光学显微镜观察的发明例的样品2的照片。
图2为示出通过使用电子背散射衍射(EBSD)测量样品2的基于15°的大角度晶界晶粒尺寸而获得的结果的图。
图3为用光学显微镜观察的发明例的样品18的照片。
图4为示出通过使用EBSD测量样品18的基于15°的大角度晶界晶粒尺寸而获得的结果的图。
具体实施方式
本公开涉及具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板及其制造方法，下文中将描述本公开的示例性实施方案。本公开的示例性实施方案可以被修改为具有多种形式，并且不应解释为本公开的范围限于下述的示例性实施方案。提供本示例性实施方案以进一步向本公开所属领域的技术人员详细描述本公开。
在下文中，将更详细地描述根据本公开的钢的组成。在下文中，除非另有说明，否则表示各元素含量的％基于重量。
根据本公开的一个示例性实施方案的具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板按重量％计包含：0.05％至0.1％的碳(C)、0.05％至0.5％的硅(Si)、1.4％至2.0％的锰(Mn)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.002％至0.01％的氮(N)、0.04％至0.07％的铌(Nb)、0.05％至0.3％的铬(Cr)、0.05％至0.4％的镍(Ni)、0.02％或更少的磷(P)、0.005％或更少的硫(S)、0.0005％至0.004％的钙(Ca)、余量的铁(Fe)和不可避免的杂质。
此外，根据本公开的一个示例性实施方案的具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板按重量％计还可以包含0.3％或更少的钼(Mo)。
碳(C)：0.05％至0.1％
碳(C)是在提高钢的强度方面最有效的元素。此外，当添加的碳(C)的量小于预定水平时，需要大量添加昂贵的合金元素例如钼(Mo)和镍(Ni)以确保钢的强度，这在经济方面是不优选的。在本公开中，可以将碳(C)的含量的下限限制为0.05％以达到这样的效果。然而，当过量添加碳(C)时，在钢的可焊接性、可成形性、韧性等方面是不优选的。因此，在本公开中，可以将碳(C)的含量的上限限制为0.1％。因此，本公开的碳(C)的含量可以在0.05％至0.1％的范围内，并且可以更优选在0.05％至0.095％的范围内。
硅(Si)：0.05％至0.5％
硅(Si)是对于钢水的脱氧有用的元素，并且还是通过固溶强化而有助于提高钢的强度的元素。在本公开中，可以将硅(Si)的含量的下限限制为0.05％以达到这样的效果。硅(Si)的含量的更优选的下限可以为0.1％。然而，由于硅(Si)是具有强氧化特性的元素，因此优选地将硅(Si)的含量的上限限制为预定范围。即，当过量添加硅(Si)时，在热轧时会导致红色氧化皮形成，这在表面品质方面是不优选的，并且对焊接区的韧性具有不期望的影响。因此，在本公开中，可以将硅(Si)的含量的上限限制为0.5％。硅(Si)的含量的更优选的上限可以为0.4％。
锰(Mn)：1.4％至2.0％
锰(Mn)是在钢的固溶强化方面有效的元素。在本公开中，可以将锰(Mn)的含量的下限限制为1.4％以确保钢的高强度特性。然而，当过量添加锰(Mn)时，在炼钢过程中铸造钢坯时，可能在厚度的中心部分在宽范围上形成偏析部分，这在最终产品的可焊接性方面是不优选的。因此，在本公开中，可以将锰(Mn)的含量的上限限制为2.0％。锰(Mn)的含量的更优选的上限可以为1.8％。
铝(Al)：0.01％至0.05％
铝(Al)是与硅(Si)一起添加的作为脱氧剂的代表性元素。此外，铝(Al)是通过固溶强化而有助于提高钢的强度的元素。在本公开中，可以将铝(Al)的含量的下限限制为0.01％以达到这样的效果。铝(Al)的含量的更优选的下限可以为0.015％。然而，当过量添加铝(Al)时，在冲击韧性方面是不优选的。因此，在本公开中，可以将铝(Al)的含量的上限限制为0.05％。铝(Al)的含量的更优选的上限可以为0.04％。
钛(Ti)：0.005％至0.02％
钛(Ti)是在钢的凝固过程中形成TiN析出物以抑制在钢坯加热和热轧过程中奥氏体晶粒的生长并因此使最终组织的晶粒尺寸细化的元素。在本公开中，可以将钛(Ti)的含量的下限限制为0.005％以根据最终组织的细化达到钢的韧性改善效果。钛(Ti)的更优选的含量可以为0.008％。然而，当过量添加钛(Ti)时，在加热钢坯时TiN会粗大地析出，这不适合于最终组织的细化。因此，在本公开中，可以将钛(Ti)的含量的上限限制为0.02％。钛(Ti)的含量的更优选的上限可以为0.018％。
氮(N)：0.002％至0.01％
氮(N)固溶于钢中，然后析出以用于提高钢的强度，并且已知这种强度提高效果远大于碳(C)的强度提高效果。此外，在本公开中，通过钛(Ti)与氮(N)之间的反应形成TiN，并且其旨在抑制再加热过程中晶粒的生长。因此，可以将氮(N)的含量的下限限制为0.002％。然而，当过量添加氮(N)时，氮(N)以固溶氮(N)的形式而不是TiN析出物的形式存在，使得钢的韧性可能显著降低。因此，在本公开中，可以将氮(N)的含量的上限限制为0.01％。氮(N)的含量的优选的上限可以为0.006％，并且氮(N)的含量的更优选的上限可以为0.005％。
铌(Nb)：0.04％至0.07％
铌(Nb)是对于使晶粒细化非常有用的元素，并且是通过促进针状铁素体或贝氏体(其为高强度组织)的形成而非常有助于提高钢的强度的元素。此外，由于对于厚度小于作为本公开的目标厚度的20mm的钢板，高温轧制是不可避免的，因此需要以预定量或更多的量添加对非再结晶温度的增加具有最大影响的铌(Nb)。因此，在本公开中，可以将铌(Nb)的含量的下限限制为0.04％。然而，当过量添加铌(Nb)时，钢的焊接性可能劣化。因此，在本公开中，可以将铌(Nb)的含量的上限限制为0.07％。铌(Nb)的含量的优选的上限可以为0.06％。
铬(Cr)：0.05％至0.3％
铬(Cr)是改善淬透性的元素，并且是有效提高钢的强度的元素。此外，铬(Cr)是通过促进在加速冷却时马氏体-奥氏体成分(MA)的形成而有助于提高均匀延伸率的元素。在本公开中，可以将铬(Cr)的含量的下限限制为0.05％以达到这样的效果。铬(Cr)的含量的更优选的下限可以为0.08％。然而，当过量添加铬(Cr)时，可能导致钢的焊接性劣化。因此，在本公开中，可以将铬(Cr)的含量的上限限制为0.3％。铬(Cr)的含量的优选的上限为0.25％，并且铬(Cr)的含量的更优选的上限可以为0.2％。
镍(Ni)：0.05％至0.4％
镍(Ni)是有效地帮助改善钢的韧性和强度的元素。在本公开中，可以将镍(Ni)的含量的下限限制为0.05％以达到这样的效果。然而，镍(Ni)是昂贵的元素，并且镍(Ni)的过量添加在经济方面是不优选的。因此，在本公开中，可以将镍(Ni)的含量的上限限制为0.4％。镍(Ni)的含量的优选的上限可以为0.3％，并且镍(Ni)的含量的更优选的上限可以为0.25％。
磷(P)：0.02％或更少
磷(P)是存在于钢中的代表性杂质元素，并且主要在钢板的中心部分偏析，从而造成钢的韧性降低，因此优选将磷(P)控制在尽可能低的水平。然而，为了完全除去钢中的磷(P)，在炼钢过程中需要过多的成本和时间，这在经济方面是不优选的。因此，在本公开中，可以将磷(P)的含量限制为0.02％或更少。磷(P)的更优选的含量可以为0.015％或更少。
硫(S)：0.005％或更少
硫(S)也是存在于钢中的代表性杂质元素，并且是与钢中的锰(Mn)等结合以形成非金属夹杂物例如MnS并因此显著损害钢的韧性和强度的元素。因此，优选将硫(S)控制在尽可能低的水平。然而，为了完全除去钢中的硫(S)，在炼钢过程中需要过多的成本和时间，这在经济方面是不优选的。因此，在本公开中，可以将硫(S)的含量限制为0.005％或更少。硫(S)的更优选的含量可以为0.003％或更少。
钙(Ca)：0.0005％至0.004％
钙(Ca)是通过使非金属夹杂物例如MnS球化而有效抑制在非金属夹杂物周围的裂纹形成的元素。在本公开中，可以将钙(Ca)的含量的下限限制为0.0005％以达到这样的效果。然而，当过量添加钙(Ca)时，形成大量的基于CaO的夹杂物，导致冲击韧性降低。因此，在本公开中，可以将钙(Ca)的含量的上限限制为0.004％。钙(Ca)的含量的优选的上限可以为0.002％。
钼(Mo)：0.3％或更少
钼(Mo)是通过促进作为低温相变组织的贝氏体的形成而有效地确保高强度和高韧性两者的元素。因此，在本公开中，可以选择性地添加钼(Mo)以获得这样的效果。然而，钼(Mo)是昂贵的元素，并且过量添加钼(Mo)在经济方面是不优选的。因此，在本公开中，可以将钼(Mo)的含量的上限限制为0.3％。
在本公开中，除了上述钢组成之外，余量可以包含Fe和不可避免的杂质。不可避免的杂质可能在一般的炼钢过程中被无意地混合并且可能不会被完全排除，一般的炼钢领域的技术人员可以容易地理解不可避免的杂质的含义。此外，本公开并不完全排除除了上述钢组成之外的组成的添加。
下文将更详细地描述根据本公开的显微组织。
根据本公开的一个示例性实施方案的钢板可以包含铁素体和贝氏体作为显微组织，并且还可以包含马氏体-奥氏体成分。铁素体和贝氏体的分数可以分别为20面积％至60面积％和35面积％至75面积％，并且马氏体-奥氏体成分的分数可以为5面积％或更小。
根据本公开的钢板包含20面积％或更大的具有细的大角度晶界的铁素体，因此可以有效地确保低温落锤撕裂试验(DWTT)特性。此外，根据本公开的钢板包含60面积％或更小的铁素体和35面积％或更大的贝氏体，因此可以确保485MPa或更大的屈服强度。然而，在本公开中，可以将贝氏体的分数限制为75面积％或更小以防止大角度晶界变得过度粗大，因此，可以有效地确保低温DWTT特性。此外，马氏体-奥氏体成分对低温DWTT特性具有不期望的影响，因此优选尽可能抑制马氏体-奥氏体成分的分数。因此，在本公开中，可以将马氏体-奥氏体成分的分数限制为5面积％或更小。
此外，根据本公开的一个示例性实施方案的钢板在钢板的中心部分基于15°的大角度晶粒尺寸的上部80％的晶粒尺寸可以为70μm或更小。即，在本公开中，可以通过使大角度晶粒尺寸细化来使有效晶粒尺寸细化，并因此，可以有效地确保低温DWTT特性。在此，钢板的中心部分可以解释为包括t/2的点的区域，并且也可以解释为t/4至3*t/4的点的区域(t：钢板的厚度(mm))。
根据本公开的一个示例性实施方案的钢板的厚度可以小于20mm，并且钢板的更优选的厚度可以为16mm或更小。此外，根据本公开的一个示例性实施方案的钢板可以具有485MPa或更大的屈服强度、28％或更大的总延伸率、以及相对于轧制正交方向9％或更大的均匀延伸率，并且可以具有相对于钢板的轧制正交方向在-30℃下85％或更大的DWTT延性断裂率。因此，在本公开中，可以提供尽管厚度小于20mm但仍通过有效地确保强度、低温断裂韧性和延伸率而特别适合作为管道用材料的钢板。
下文将更详细地描述根据本公开的制造方法。
根据本公开的一个示例性实施方案的具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板可以通过以下来制造：对钢坯进行再加热，所述钢坯按重量％计包含：0.05％至0.1％的碳(C)、0.05％至0.5％的硅(Si)、1.4％至2.0％的锰(Mn)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.002％至0.01％的氮(N)、0.04％至0.07％的铌(Nb)、0.05％至0.3％的铬(Cr)、0.05％至0.4％的镍(Ni)、0.02％或更少的磷(P)、0.005％或更少的硫(S)、0.0005％至0.004％的钙(Ca)、余量的铁(Fe)和不可避免的杂质，保持和取出钢坯，在Tnr或更高的温度范围内对经保持和取出的钢坯进行再结晶区域轧制，以30％或更大的总压下率对经再结晶区域轧制的材料进行非再结晶区域轧制，以及将经非再结晶区域轧制的钢板冷却至(Bs-80℃)至Bs的温度范围。
钢坯的再加热、保持和取出
根据本公开的钢坯具有如上述钢板的合金组成相同的合金组成，因此，根据本公开的钢坯的合金组成的描述被上述钢板的合金组成的描述所代替。
由于钢坯再加热是为了顺利地进行后续的轧制过程并确保钢板的期望的物理特性而加热钢的过程，因此需要根据目的在适当的温度范围内进行加热过程。钢坯再加热温度的下限需要考虑其是否为析出元素可以充分溶解在钢中的温度来确定。特别地，由于根据本公开的钢坯基本上包含铌(Nb)以确保高强度特性，因此考虑到铌(Nb)的可溶温度可以将钢坯再加热温度的下限限制为1140℃。另一方面，当钢坯再加热温度过高时，奥氏体晶粒变得过度粗大，这可能导致最终钢板的晶粒过度增加的问题。因此，在本公开中，可以将钢坯再加热温度的上限限制为1200℃。
根据需要，可以对经再加热的钢坯进行保持和取出过程，并且出于与钢坯再加热温度相似的原因，可以将钢坯的保持和取出温度限制为1140℃至1200℃的温度范围。
再结晶区域轧制
再结晶区域轧制可以在Tnr或更高的温度范围内进行。在本公开中，Tnr是指发生奥氏体的再结晶的温度范围的下限。即，可以在奥氏体再结晶区域的温度范围内进行再结晶区域轧制。再结晶区域轧制可以以多道次进行，并且轧制可以以每道次10％或更大的平均压下率进行。原因在于，当每道次的平均压下率小于10％时，再结晶的奥氏体的晶粒尺寸变粗大，这可能导致最终钢板的韧性降低。
可以将经再结晶区域轧制的材料在空气冷却的冷却条件下冷却至Tnr或更低的温度范围。即，经再结晶区域轧制的材料不立即进行非再结晶区域轧制，而是可以等待预定的时间以通过空气冷却被冷却至非再结晶区域的温度范围。原因在于，当在相应的区域施加轧制力时，可能发生部分再结晶，使得可能发生由于粗大的奥氏体晶粒尺寸导致的脆性断裂。
非再结晶区域轧制
对经再结晶区域轧制的材料进行非再结晶区域轧制。非再结晶区域轧制的开始温度可以为Tnr或更低，并且非再结晶区域轧制的结束温度可以为(Ar3+100℃)。非再结晶区域轧制是使通过再结晶区域轧制生产的待伸长的奥氏体伸长并在晶粒中形成变形组织以获得细的铁素体和贝氏体的过程，并且可以通过非再结晶区域轧制有效地改善钢板的强度、延伸率和止脆裂性。
非再结晶区域轧制的结束温度越低，奥氏体的变形程度越高，这对改善低温断裂韧性是有效的，但是当非再结晶区域轧制的结束温度过低时，产生低强度的铁素体，这不利于确保强度。因此，在本公开中，可以将非再结晶区域轧制的结束温度限制为(Ar3+50℃)或更高。
此外，非再结晶区域轧制的轧制压下率是确保钢的低温韧性的重要因素。在本公开中，可以将非结晶区域轧制的轧制压下率限制为30％或更大，以根据最终钢的晶粒尺寸的细化来确保低温DWTT延性断裂率特性。由于使非再结晶区域轧制的轧制压下率变大对改善低温韧性有效，因此可以不限制非再结晶区域轧制的轧制压下率的上限。然而，当非再结晶区域轧制的轧制压下率超过预定水平时，晶粒尺寸细化的效果饱和，但是再结晶区域轧制的轧制压下率相对降低。因此，在本公开中，可以将非再结晶区域轧制中的轧制压下率限制为90％或更小。
冷却
可以将经非再结晶区域轧制的钢板从(Ar3+30℃)或更高的冷却开始温度冷却到(Bs-80℃)至Bs的冷却停止温度。当冷却开始温度过低时，会产生大量具有低强度的铁素体，因此钢板的强度可能显著降低。因此，在本公开中，冷却可以在(Ar3+30℃)或更高的温度范围内开始。
此外，由于根据本公开的钢板的最终厚度小于20mm，在强度和延伸率方面最优选的是在(Bs-80℃)至Bs的温度范围内停止冷却。原因在于，当冷却停止温度低于(Bs-80℃)时，大量形成具有形成为粗大的大角度晶界和低角度晶界的针状铁素体和贝氏体，使得延伸率可能降低，并且当冷却停止温度超过Bs时，所产生的贝氏体的量小，使得可能无法确保钢板的强度。可以将钢板淬火到(Bs-80℃)至Bs的冷却停止温度，然后通过空气冷却或辐射冷却冷却至室温。
此外，本公开的冷却可以以10℃/秒至100℃/秒的冷却速率进行。原因在于当冷却速率小于10℃/秒时，等轴铁素体的分数显著增加，使得无法有效地确保钢板的高强度特性。就设备条件和经济性而言，可以将冷却速率的上限限制为100℃/秒，并且冷却速率的更优选的上限可以为50℃/秒。
通过上述制造方法制造的钢板可以包含铁素体和贝氏体作为显微组织，并且还可以包含马氏体-奥氏体成分。铁素体和贝氏体的分数可以分别为20面积％至60面积％和35面积％至75面积％，并且马氏体-奥氏体成分的分数可以为5面积％或更小。此外，通过上述制造方法制造的钢板在钢板的中心部分基于15°的大角度晶粒尺寸的上部80％的晶粒尺寸可以为70μm或更小。
因此，通过上述制造方法制造的钢板可以具有小于20mm的厚度，并且可以具有485MPa或更大的屈服强度、28％或更大的总延伸率以及相对于轧制正交方向9％或更大的均匀延伸率，并且可以具有相对于钢板的轧制正交方向在-30℃下85％或更大的DWTT延性断裂率。因此，根据按照本公开的一个示例性实施方案的制造方法，可以提供尽管厚度小于20mm但通过有效地确保强度、低温断裂韧性和延伸率而特别适合作为管道用材料的钢板。
具体实施方式
在下文中，将通过发明例更详细地描述本公开。然而，应注意，稍后将描述的发明例用于说明和体现本公开，并不旨在限制本公开的范围。
(发明例)
制造具有表1的合金组成并且厚度为250mm的钢坯，并且通过应用表3的加工条件来制造厚度分别为11mm、11.5mm和22mm的钢板样品。在这种情况下，通过应用用于制造普通钢坯的加工条件来制造钢坯，并且通过对所有的样品应用在Tnr或更高的温度范围内10％或更大的每道次平均轧制压下率的条件进行再结晶区域轧制。此外，对所有的样品应用再结晶区域轧制之后空气冷却至非再结晶区域温度范围。基于表1中的每种合金组成计算Tnr温度、Ar3温度和Bs温度，并示于表2中，用于计算表2中的Tnr温度、Ar3温度和Bs温度的等式分别在表2下方进行描述。
[表1]
Figure BDA0003089530510000151
[表2]
钢类型 Tnr(℃) Ar3(℃) Ar3+30(℃) Ar3+100(℃) Bs(℃) Bs-80(℃)
A 1014 767 797 867 659 579
B 1060 760 790 860 650 570
C 1009 771 801 871 656 576
D 985 771 801 871 657 577
E 976 776 806 876 662 582
F 985 767 797 867 662 582
G 911 772 802 872 657 577
H 963 796 826 896 683 603
I 1028 718 748 818 595 515
等式1：Tnr(℃)＝887+464*[C]+6445*[Nb]-644*[Nb](1/2)+732*[V]-230*[V](1/2)+890*[Ti]+363*[Al]-357*[Si]
等式2：Ar3(℃)＝910-273*[C]-74*[Mn]-57*[Ni]-16*[Cr]-9*[Mo]-5[Cu]
等式3：Bs(℃)＝830-270*[C]-90*[Mn]-37*[Ni]-70*[Cr]-83*[Mo]
(在等式1至3中，[C]、[Si]、[Mn]、[Al]、[Ti]、[Nb]、[V]、[Cr]、[Mo]和[Cu]是指相应合金组成的重量％，当不包含相应合金组成时，通过用0替换相应合金组成的值来进行计算。)
[表3]
Figure BDA0003089530510000171
对于表3的每个样品，测量显微组织、屈服强度和抗拉强度、延伸率以及-30℃下的DWTT延性断裂率，并示于表4中。使用光学显微镜组织照片和电子背散射衍射(EBSD)晶粒尺寸分布图来评估每个样品的显微组织。通过对每个样品进行室温拉伸试验来评估屈服强度、抗拉强度和延伸率。表4所示的屈服强度和抗拉强度分别是指相对于轧制正交方向的测量值。此外，通过在-30℃下对每个样品进行DWTT试验来评估抗拉特性和延性断裂率。
[表4]
Figure BDA0003089530510000181
Figure BDA0003089530510000191
可以确定，满足本公开的合金组成和加工条件的样品1至12包含20面积％至60面积％的铁素体和35面积％至75面积％的贝氏体作为显微组织，包含5面积％或更少的岛状马氏体，并且在钢板中心部分基于15°的大角度晶粒尺寸的上部80％中具有70μm或更小的晶粒尺寸、具有485MPa或更大的屈服强度、28％或更大的总延伸率、相对于轧制正交方向9％或更大的均匀延伸率，以及相对于轧制正交方向在-30℃下85％或更大的DWTT延性断裂率，因此具有特别适合作为低温环境中设置的管道用材料的物理特性。
样品13至15和17是在满足本公开的合金组成但在低于本公开的冷却开始温度或冷却结束温度的温度范围内进行冷却的情况下的样品。可以确定，在样品13至15和17的情况下，形成了小于20面积％的铁素体和大于75面积％的贝氏体，在钢板的中心部分基于15°的大角度晶粒尺寸的上部80％的晶粒尺寸超过70μm，因此均匀延伸率小于9％。
样品16是在以下情况下的样品：满足本公开的合金组成但在低于本公开的非再结晶区域轧制的结束温度的温度范围内进行非再结晶区域轧制，并且在低于本公开的冷却开始温度的温度范围内开始冷却，使得在高于本公开的冷却停止温度的温度范围内结束冷却。可以确定，在样品16的情况下，形成了大于60面积％的铁素体，使得屈服强度小于485MPa。
可以确定，作为不满足本公开的合金组成和加工条件的样品的样品18至21不能确保本公开所期望的显微组织和物理特性。
可以确定，样品22和23满足本公开的合金组成，但是钢板的厚度超过20mm，使得过度形成铁素体。
图1为用光学显微镜观察的样品2的照片，同时图2为示出通过使用EBSD测量样品2的基于15°的大角度晶界晶粒尺寸而获得的结果的图。如图2的图形所示，可以确定样品2的大角度晶界的平均晶粒尺寸为22.3μm，以及大角度晶界的上部80％的晶粒尺寸为40.5μm。
图3为用光学显微镜观察的样品18的照片，图4为示出通过使用EBSD测量样品18的基于15°大角度晶界晶粒尺寸而获得的结果的图。如图4的图形所示，可以确定样品18的大角度晶界的平均晶粒尺寸为38μm，以及大角度晶界的上部80％的晶粒尺寸为93μm。
因此，根据本公开的一个示例性实施方案，可以提供以下钢板及其制造方法：所述钢板尽管具有小于20mm的厚度，但是通过具有485MPa或更大的屈服强度、28％或更大的总延伸率、相对于轧制正交方向的9％或更大的均匀延伸率，以及相对于钢板的轧制正交方向在-30℃下85％或更大的DWTT延性断裂率而特别适合作为管道用材料。
虽然已经通过示例性实施方案详细描述了本公开，但是其他类型的示例性实施方案也是可能的。因此，所附权利要求的技术精神和范围不限于示例性实施方案。

Claims (17)

1.一种具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板，按重量％计包含：
0.05％至0.1％的碳(C)、0.05％至0.5％的硅(Si)、1.4％至2.0％的锰(Mn)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.002％至0.01％的氮(N)、0.04％至0.07％的铌(Nb)、0.05％至0.3％的铬(Cr)、0.05％至0.4％的镍(Ni)、0.02％或更少的磷(P)、0.005％或更少的硫(S)、0.0005％至0.004％的钙(Ca)、余量的铁(Fe)和不可避免的杂质；以及
20面积％至60面积％的铁素体以及贝氏体作为显微组织，
其中在所述高强度钢板的中心部分基于15°的大角度晶粒尺寸的上部80％的晶粒尺寸为70μm或更小。
2.根据权利要求1所述的具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板，还包含0.3重量％或更少的钼(Mo)。
3.根据权利要求1所述的具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板，其中所述贝氏体的分数为35面积％至75面积％。
4.根据权利要求1所述的具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板，其中所述高强度钢板的所述显微组织还包含5面积％或更少的马氏体-奥氏体成分。
5.根据权利要求1所述的具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板，其中所述高强度钢板的屈服强度为485MPa或更大。
6.根据权利要求1所述的具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板，其中所述高强度钢板的总延伸率为28％或更大，以及
所述高强度钢板相对于轧制正交方向的均匀延伸率为9％或更大。
7.根据权利要求1所述的具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板，其中所述高强度钢板相对于所述钢板的轧制正交方向在-30℃下的落锤撕裂试验(DWTT)延性断裂率为85％或更大。
8.根据权利要求1所述的具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板，其中所述高强度钢板的厚度小于20mm。
9.一种用于具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板的制造方法，包括：
对钢坯进行再加热，所述钢坯按重量％计包含：0.05％至0.1％的碳(C)、0.05％至0.5％的硅(Si)、1.4％至2.0％的锰(Mn)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.002％至0.01％的氮(N)、0.04％至0.07％的铌(Nb)、0.05％至0.3％的铬(Cr)、0.05％至0.4％的镍(Ni)、0.02％或更少的磷(P)、0.005％或更少的硫(S)、0.0005％至0.004％的钙(Ca)、余量的铁(Fe)和不可避免的杂质；
保持和取出所述钢坯；
在Tnr或更高的温度范围内对经保持和取出的钢坯进行再结晶区域轧制；
以30％或更大的总压下率对经再结晶区域轧制的材料进行非再结晶区域轧制；以及
将经非再结晶区域轧制的钢板冷却至(Bs-80℃)至Bs的温度范围，
其中所述非再结晶区域轧制开始于Tnr或更低的温度范围内并且结束在(Ar3+100℃)或更高的温度范围内。
10.根据权利要求9所述的用于具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板的制造方法，其中所述钢坯还包含0.3重量％或更少的钼(Mo)。
11.根据权利要求9所述的用于具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板的制造方法，其中所述钢坯的再加热温度范围为1140℃至1200℃。
12.根据权利要求9所述的用于具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板的制造方法，其中所述钢坯的保持和取出温度范围为1140℃至1200℃。
13.根据权利要求9所述的用于具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板的制造方法，其中所述再结晶区域轧制以多个道次进行，以及
每个所述道次的平均压下率为10％或更大。
14.根据权利要求9所述的用于具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板的制造方法，其中通过空气冷却将所述经再结晶区域轧制的材料冷却至Tnr或更低的温度范围。
15.根据权利要求9所述的用于具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板的制造方法，其中将所述经非再结晶区域轧制的钢板以10℃/秒至50℃/秒的冷却速率冷却。
16.根据权利要求9所述的用于具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板的制造方法，其中所述经非再结晶区域轧制的钢板的所述冷却在(Ar3+30℃)或更高的温度范围内开始。
17.根据权利要求9所述的用于具有优异的低温断裂韧性和延伸率的高强度钢板的制造方法，其中所述高强度钢板的厚度小于20mm。
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