WO2016023383A1 - 低温高强塑积高锰钢及高锰钢板和高锰钢管的工艺 - Google Patents

低温高强塑积高锰钢及高锰钢板和高锰钢管的工艺 Download PDF

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Definitions

  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a low-temperature high-strength plastic high-manganese steel and a high-manganese steel plate and a high-manganese steel pipe, which increase the weight percentage of manganese in the composition, and the molten steel ingot is further subjected to solution treatment and rolling.
  • the high-manganese steel plate is formed and homogenized to be drawn into a high-manganese steel pipe, and the hot-rolled or hot-rolled cold-rolled steel plate has great application value in low-temperature application fields.
  • the invention also provides the technical solution 3:
  • Example 3 is an XRD diagram of a steel sheet obtained by hot rolling, cold rolling, and annealing of an ingot in Example 2;
  • Figure 15 is an EBSD diagram of the high manganese steel sheet after quenching at 1000 ° C for 1 hour in Example 6;
  • FIG. 17 and FIG. 18 are engineering stress-engineering strain curves and true stress-true strain curves of the high manganese steel sheets at -180 ° C in Examples 3 to 6, respectively;
  • Figure 21 is an XRD chart of the pipe obtained after cold drawing in Example 11 of the present invention.
  • Figure 27 is a XRD diffraction pattern of the parallel end of the fracture after breaking at -196 °C in Example 7;
  • the tensile curve is shown in Fig. 5.
  • the tensile fracture of the tensile specimen at this temperature was subjected to SEM test, see Fig. 6 and Fig. 7, and the SEM photograph showed that the tensile specimen was a typical intergranular fracture and was a typical brittle fracture. It is generally believed that the intergranular fracture is a brittle fracture, resulting in a brittle fracture of the material, without plasticity (ie, an average elongation ⁇ 5%).
  • the material designed in this embodiment although brittle fracture, has a uniform elongation of 18%, but is a plastic material.
  • Example 2 The difference from Example 2 is that the cold rolled steel sheet is annealed at 900 ° C for 1 hour, and the EBSD photograph is shown in Figure 13; the tensile test is carried out at -180 ° C, and the engineering stress-engineering strain curve and the true stress-true strain curve are respectively Referring to Figures 17 and 18, the specific values are shown in Table 4.
  • the SEM image of the fracture after the break is shown in Figures 14a and 14b.
  • Example 2 The difference from Example 2 was that the cold rolled steel sheet was annealed at 1000 ° C for 1 hour, the EBSD photograph is shown in Fig. 15, and the SEM after the breakage is shown in Figs. 16a and 16b.
  • the engineering stress-engineering strain curve and the true stress-true strain curve are shown in Fig. 17 and Fig. 18, respectively, and the specific values are shown in Table 4.
  • the content of Mn is 34.5% by weight
  • the thickness of the board is 13.8 mm
  • step D the 13.8 mm board is cold-rolled 92.9%, and then annealed at 550 ° C for 1 hour, then transferred. Annealing is completed in a water quenching bath at room temperature, and a tensile test is performed.
  • Tensile temperature -196 ° C (liquid nitrogen), tensile rate: 1.5 mm / min; test mechanical data as follows: tensile strength 1193 MPa, yield strength 1018 MPa, elongation 40.0%.
  • the XRD test is performed on the parallel end of the fracture (the deformation zone within the index distance), and the fracture is subjected to SEM test. See Fig. 27 and Fig. 28 respectively. The results show that no phase change occurs after the break at -196 °C, which is still stable.
  • Complete austenitic tissue SEM photograph of the fracture after fracture, showing a dilated fracture.
  • Example 10 On the basis of Example 10, the hot drawn pipe was subjected to cold drawing and annealing to homogenize.

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Abstract

一种低温高强塑积高锰钢及制备高锰钢板和高锰钢管的工艺，高锰钢组分按重量百分比计为：Mn 30%-36%，C 0.02%-0.06%，S≤0.01%，P≤0.008%，其余为Fe；熔炼的钢锭再经固溶处理、轧制、均质制得高锰钢板或拉拔成高锰钢管。

Description

低温高强塑积高锰钢及高锰钢板和高锰钢管的工艺 技术领域
本发明属于钢铁材料及其加工制备领域，具体涉及低温高强塑积高锰钢及高锰钢板和高锰钢管的工艺。
背景技术
众所周知，钢的低温脆性断裂是钢结构最危险的破坏形式之一，钢材在低温时具有脆性断裂现象，而一般来说，钢铁材料出现脆性断裂时具有以下特征：(1)断裂时所承受的工作应力低于屈服极限；(2)脆断一但发生，以极高的速度扩展(2000米/秒以上)；(3)断口平直，断面收缩率小，外观上无明显的宏观变形特征；(4)断口形貌多为沿晶断裂。一但出现脆性破坏将造成重大损失，如第二次世界大战中，美国约1000艘“自由轮”发生脆性断裂。
因此，不断提高材料的低温塑性成为人们研究和实验热点。目前，广泛应用于低温的钢铁材料，主要为低碳马氏体型低温钢主要是3.5％Ni、5％Ni和9％Ni钢，这类钢板性能虽能满足要求，但含很高的镍，价格昂贵；另外一类为奥氏体型低温钢，主要包括AISI304、304LN、316、316LN和310等钢种，其化学成分可参见表1，此类钢种低温强度低，虽然304LN和316LN用氮强化可以在一定程度上提高低温强度，但此类钢在低温下易发生马氏体相变而产生磁性和应力。因此上述两类钢在技术上和经济上均存在无法克服的缺点。
表1常用低温钢的化学成分
Figure PCTCN2015076653-appb-000001
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低温高强塑积高锰钢及高锰钢板和高锰钢管的工艺，其在组分中增加锰的重量百分比，熔炼的钢锭再经固溶处理、轧制、均质制得高锰钢板或拉拔成高锰钢管，该热轧或热轧后再冷轧的钢板在低温应用领域均具有巨大的应用价值。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案1是：
一种低温高强塑积高锰钢，其组成重量百分比为：Mn 30％～36％，C 0.02％～0.06％，S≤0.01％，P≤0.008％，其余为Fe。
所述锰的重量百分比优选32～35％，更优选34～34.5％。
上述技术方案中，将高锰钢的含量提高至32％以上，经过熔炼的钢锭再经过固溶处理和回火均质后，在低温下具有良好的延展性以及较高的屈服强度和抗拉强度，拉伸断口属于韧窝断口。
本发明还提供了技术方案2：
一种低温高强塑积高锰钢板的加工工艺，包括高锰钢的熔炼、钢锭的后处理、和开坯轧制成板在内的工艺步骤，以上工艺步骤的参数为：
A、高锰钢的熔炼：按照高锰钢重量百分比为Mn 30％～36％、C 0.02％～0.06％、S≤0.01％、P≤0.008％、其余为Fe的组分配比，计算投料比例、并熔炼成钢锭；；
B、钢锭的后处理：将步骤A中的钢锭保持在1150℃～1200℃条件下热处理2～4小时、然后转移到室温、水淬池中均质完成固溶处理；
C、开坯轧制成板：固溶处理后的钢锭开坯后经过热轧、回火均质。
步骤A中所述高锰钢组分中Mn的重量百分比含量优选32％～35％。
本发明的材料成分属于超高锰钢范围，一般认为，高锰钢在低温下存在韧脆转变现象，当锰含量超过30％以上，其低温断裂形式主要以沿晶脆断为主。上述技术方案中将锰的含量提高至30～36％，所制备的铸锭经热轧、均质所制得的毛板，在低温下具有良好的延展性以及较高的屈服强度和抗拉强度，拉伸断口属于韧窝断口。
上述技术方案热轧后的毛板再进行步骤D的处理：热轧、均质后的毛板再进行冷轧、退火均质成型。
冷轧、退火均质的条件为：热轧、均质后的毛板在室温下经10～20道次冷轧到1.0mm～2.0mm厚的钢板，轧制变形量为90％～93％，所述钢板在500℃～1000℃下保持0.5～2小时，后转移到室温、水淬池中均质。
热轧、均质后的毛板再经冷轧轧制成薄钢板，其抗拉强度仍远远高于相关标准的要 求。冷轧和退火所制得的钢板(1.0～2.0mm)，在不同的处理条件下，其晶粒大小不同，断裂特性不同。其中，在500～710℃退火条件下，在低温下(-170℃～-196℃)使用时，屈服强度达到525～612MPa(σ0.2)，甚至达到1018MPa，抗拉强度达到958～982MPa(σb)，甚至高达1193MPa；且均匀延伸率达到40.0～53.7％；在800～1000℃时，在低温下(-170℃～-196℃)使用时，屈服强度达到413～456MPa(σ0.2)，抗拉强度达到620～754MPa(σb)，且均匀延伸率达到8.8～18.0％，适用于低温环境。
本发明还提供了技术方案3：
一种低温塑性高锰钢管材的加工工艺，包括高锰钢的熔炼、钢锭的后处理、和开坯拉拔成管材在内的工艺步骤，以上工艺步骤的参数包括：
步骤A、按照高锰钢重量百分比为Mn 30％～36％、C 0.02％～0.06％、S≤0.01％、P≤0.008％、其余为Fe的组分配比，计算投料比例、并熔炼成钢锭；
步骤B、钢锭的后处理：将步骤A中熔炼的钢锭，保持在1150℃～1200℃条件下热处理2～4小时、然后转移到室温、水淬池中均质完成固溶处理；
步骤C、开坯和拉拔成管材：固溶处理后的钢锭开坯后经过热拉拔、回火均质。
步骤D：热拉拔、均质后的管材在室温下冷拉拔至壁厚为1.0mm～2.0mm的薄壁管材，所述薄壁管材在600℃～850℃下保持0.5～2小时，后转移到室温、水淬池中均质。
采用上述技术方案产生的有益效果在于：(1)本发明的低温高强塑积钢板成分简单，成本低，尤其是当其用于低温领域代替高镍钢铁时，其成本大幅降低；(2)热处理工艺简单，适用于规模化生产，节能环保，加工技术简易，容易实现；(3)所加工的钢板和钢管可适用于低温环境，尤其是-170℃～--196℃的环境，可用于低温压力容器的制备。
附图说明
图1是实施例1中钢钢板在不同温度下拉伸的工程应力-工程应变曲线；
图2是实施例2中钢锭经热轧、冷轧后获得的钢板的XRD图；
图3是实施例2中铸锭经热轧、冷轧、退火后获得的钢板的XRD图；
图4是实施例2中铸锭经热轧、冷轧、退火后获得的钢板的EBSD图；
图5是实施例2中钢板在不同温度下拉伸的真应力-真应变曲线；
图6和图7分别是实施例2中钢板拉伸断口的SEM扫描照片；
图8是实施例2中钢板拉伸断裂后的外观照片；
图9实施例3中高锰钢板600℃退火1小时后淬火后的EBSD图；
图10a和10b分别是实施例3中高锰钢板在-180℃拉断后断口的SEM图；
图11是实施例4中高锰钢板700℃退火1小时后淬火后的EBSD图；
图12a和12b分别是实施例4中高锰钢板在-180℃拉断后断口SEM图；
图13是实施例5中高锰钢板900℃退火1小时后淬火后的EBSD图；
图14a和14b是实施例5中高锰钢板在-180℃拉断后断口的SEM图；
图15是实施例6中高锰钢板1000℃退火1小时后淬火后的EBSD图；
图16a和16b分别是实施例6中高锰钢板在-180℃拉断后断口的SEM图；
图17和图18分别是实施例3～实施例6中高锰钢板在-180℃的工程应力-工程应变曲线和真应力-真应变曲线；
图19是实施例2～实施例7中，高锰钢板拉伸试验的强塑积对比图；其中，●表示本发明中不同晶粒尺寸的高锰钢板在不同温度下的强塑积值；○表示参考文献[1]中公开的强塑积值，□表示参考文献[2]中公开的强塑积值；★表示参考文献[3]中公开的强塑积值；▼和◆表示参考文献[4]中公开的强塑积值；▲表示参考文献[5]中公开的强塑积值；◇表示Fe-22Mn-0.6C在-196℃下的强塑积值；
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图20是本发明实施例10中钢锭经热拉拔、均质后的EBSD图；
图21是本发明实施例11中经冷拉拔后获得的管材的XRD图；
图22是本发明实施例11中经冷拉拔、退火后获得的管材的XRD图；
图23是本发明实施例11中获得的管材的EBSD图；
图24是本发明实施例11中管材在-180℃拉伸的工程应力-工程应变曲线；
图25和图26分别是实施例10中管材拉伸断口的SEM扫描照片；
图27是实施例7中，-196℃拉断后断口平行端XRD衍射图谱；
图28是实施例7中，-196℃拉断后断口的SEM照片。
具体实施方式
实施例1
本实施例中高锰钢的组分按重量百分比计为：Mn 34％、C 0.04％，S≤0.01％，P≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质。硫、磷的含量为限制性含量。具体加工步骤为：
A、按照上述高锰钢重量百分比计算投料比例，并在工频电感应炉中熔炼、炉内氩气正压环境，以防止Mn在熔炼过程中挥发，将料方熔炼成钢锭。
B、钢锭的后处理：将步骤A中的钢锭保持在1150℃～1200℃条件下热处理2～4小时、然后转移到室温、水淬池中均质完成固溶处理；经过固溶处理后，铸锭中各相充分溶解，有利于提高高锰钢板材的韧性及抗蚀性能，消除应力与软化。
C、开坯轧制成板：固溶处理后的高锰钢铸锭开坯后经过热轧、回火均质。
热轧、均质的工艺条件为：首先将坯料加热至在800℃～1000℃、然后热轧成10～20mm厚毛板，再在1000℃～1100℃下保持1～2小时，后转移到室温、水淬池中均质。热轧后进行均质可消除因热轧而产生的应力集中点。
本实施例中热轧的毛板厚度为13mm，将该毛板按照GB/T 13239-2006(金属材料低温拉伸试验方法)进行拉伸实验，拉伸应变速率为10-3s-1，其平均结果参见表2，其工程应力-工程应变曲线见图1。
表2实施例1热轧、均质后的毛板拉伸性能测试
Figure PCTCN2015076653-appb-000002
实施例2
在实施例1的基础，还包括步骤D：热轧、均质后的毛板再进行冷轧、退火均质成型。
冷轧的条件为：热轧、均质后的毛板在室温下经10～20道次冷轧到1mm～2.0mm厚的钢板，轧制变形量为90％～93％，该样品进行XRD测试，其XRD图参见图2。
退火均质成型：将冷轧所得的样品在800℃退火1小时，后转移到室温、水淬池中完成退火均质，得高锰钢板，再将上述高锰钢板进行XRD测试和EBSD(电子背散射花样)测试，分别参见图3和图4。
从图2可以看出，冷轧钢板为完全面心立方结构的奥氏体组织；从图3可以看出800℃退火1小时后的钢板仍为完全面心立方结构的奥氏体组织，无相变发生；图4显示钢板的平均晶粒尺寸为3.8μm。
将本实施例制备的钢板按照GB/T 13239-2006(金属材料低温拉伸试验方法)进行拉伸实验，拉伸条件和实验结果参见表3。
表3实施例2的拉伸实验结果
Figure PCTCN2015076653-appb-000003
拉伸曲线参见图5，对于-180℃的拉伸曲线可以出：曲线的加工硬化阶段，波浪式上升。将该温度下的拉伸试样的拉伸断口进行SEM测试，参见图6和图7，SEM照片显示为该拉伸试样属于典型的沿晶断裂，为典型脆性断口。通常认为，沿晶断裂为脆性断裂，产生脆性断裂的材料，无塑性(即平均延伸率＜5％)。本实施例中设计的材料，虽然为脆性断裂，但是均匀延伸率达到18％，却属于塑性材料。
从试样拉伸断裂后的外观照片(图8)可以看出：在薄壁管材的表面布有大量垂直于拉伸方向的微裂纹，微裂纹在试样表面萌生，裂纹扩展一段距离后停止。裂纹扩展沿拉伸方向，裂纹宽度在3mm～5mm之间，深度应该在4-8微米左右，约为一个到两个晶粒尺寸大小的深度。初步分析：分布在拉伸试样表面众多的微裂纹将应力释放，从而使得均匀延伸率达到18％以上，增加了该类薄壁管材的低温塑性。具体的机理还有待进一步研究。
实施例3
与实施例2不同的是：将冷轧后的钢板在600℃退火1小时，后转移到室温、水淬池中完成退火均质，得高锰钢板，再将上述高锰钢板进行EBSD(电子背散射花样)测试，参见图9；在-180℃进行拉伸实验，工程应力-工程应变曲线和真应力-真应变曲线分别参见图17和图18，拉断后断口的SEM图参见图10a和10b。
从图9中可以得出：本实施例中高锰钢板的平均晶粒尺寸为2.0μm；从图17和图18可以得出：屈服强度为612.50MPa，抗拉强度为982.92MPa，延伸率为49.1％，具体数值参见表4，从图10断口的SEM图可以看出，断口类型为韧窝断裂。
实施例4
与实施例2不同的是：将冷轧后的钢板在700℃、退火1小时，后转移到室温、水淬池中完成退火均质，得高锰钢板，再将上述高锰钢板进行EBSD(电子背散射花样)测试参见图11。在-180℃进行拉伸实验，工程应力-工程应变曲线和真应力-真应变曲线分别参见图17和图18，屈服强度为525MPa，抗拉强度为958MPa，延伸率为53.7％。具体数值参见表4，拉断后的断口SEM测试参见图12a和12b：断口类型为韧窝断裂。
实施例5
与实施例2不同的是：将冷轧后的钢板在900℃退火1小时，EBSD照片参见图13；在-180℃进行拉伸实验，工程应力-工程应变曲线和真应力-真应变曲线分别参见图17和图18，具体数值参见表4，拉断后断口的SEM图参见图14a和14b。
从图13和14可以得出：900℃退火处理的钢板晶粒大小为10.8μm，断口类型为沿晶断裂；从图17和图18可以得出：-180℃时，屈服强度为456.4MPa，抗拉强度为754.4MPa，延伸率为9.2％。
实施例6
与实施例2不同的是：将冷轧后的钢板在1000℃退火1小时，EBSD照片参见图15，拉断后的SEM参见图16a和16b。工程应力-工程应变曲线和真应力-真应变曲线分别参见图17和图18，具体数值参见表4。
实施例7
与实施例1和2不同的是：Mn的重量百分比含量为34.5％，毛板的厚度为13.8mm，步骤D中将13.8mm毛板冷轧92.9％后，经550℃退火1小时，后转移到室温、水淬池中完成退火均质，进行拉伸试验。拉伸温度：-196℃(液氮)，拉伸速率：1.5mm/min；测试力学数据如下：抗拉强度1193MPa，屈服强度1018MPa，延伸率40.0％。将拉断后断口平行端(是指标距内的变形区域)进行XRD测试，断口进行SEM测试，分别参见图27和图28，结果表明：在-196℃拉断后无相变产生，仍然为稳定的完全奥氏体组织；拉断后断口SEM照片，显示为韧窝状断口。
根据实施例2～7的拉伸试验，进行了强塑积的计算，与现有技术进行了比对，参见图19：本发明的高锰钢经过晶粒细化后在低温度的强塑积是最好的，超过50GPa％。
在550℃～700℃退火1小时所得高锰钢拉伸的断口类型为韧窝；800～1000℃退火所得的高锰钢拉伸断口类型为沿晶断裂。
本发明制备的细晶粒尺寸的高锰钢在-180℃和-196℃条件下，拉伸的强度接近添加12％Ni的304不锈钢在-162℃的拉伸强度，塑性要远远大于添加了8％Ni和12％Ni的304不锈钢在-162℃的塑性，如Do-Yeal Ryoo,Namhyun Kang,Chung-Yun Kang在《Effect of Ni content on the tensile properties and strain-induced martensite transformation for 304stainless steel》(Materials Science and Engineering A 528(2011)2277-2281)公开的添加8％Ni和12％Ni的不锈钢低温拉伸曲线。
表4实施例2～7中的高锰钢板的相关参数
Figure PCTCN2015076653-appb-000004
表5为国标(GB24510-2009)对9Ni低温钢的力学性能要求，本发明中实施例3和实施例4中细晶粒的高锰钢以及实施例7中的高锰钢，其屈服强度、抗拉强度和延伸率已经达到或超过9Ni钢对低温拉伸性能的要求。
表5 GB24510-2009中钢板的力学性能
Figure PCTCN2015076653-appb-000005
实施例8～实施例9
所述高锰钢的成分按重量百分比计参见表6。制造步骤与实施例2相同，其中部分的参数不同，参见表6数据。
将制得的钢板分别在-170℃、-180℃和-196℃进行拉伸实验，其结果参见表6数据。
表6实施例8～实施例9的高锰钢成分及拉伸试验结果
Figure PCTCN2015076653-appb-000006
以上结果表明：本发明制备的高锰钢钢板在-170℃～-196℃具有良好的低温塑性，拉伸强度和屈服强度较高。
本发明制备的高锰钢钢板加工成1.0～2.0mm、在-170℃～-196℃条件下，其抗拉强度和延伸率的值远远超过中国国标对于低温钢板09MnNiDR钢的拉伸性能要求，在低温环境中的应用具有广阔的前景。
实施例10
本实施例中所述高锰钢的组分按重量百分比计为：Mn 34％、C 0.04％，S≤0.01％，P≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质。硫和磷的含量为杂质限制性条件。
加工工艺为：
步骤A、按照上述高锰钢的组分计算投料比例，并在工频电感应炉中熔炼、炉内氩气正压环境，以防止Mn在熔炼过程中挥发。
步骤B、钢锭的后处理：将步骤A中熔炼成的高锰钢铸锭保持在1150℃～1200℃条件下热处理2小时、然后转移到室温、水淬池中均质完成固溶处理。经过固溶处理后，铸锭中各相充分溶解，有利于提高高锰钢管材的韧性及抗蚀性能，消除应力与软化。
步骤C、开坯和拉拔成管材：开坯后经过热拉拔、回火均质。
热拉拔、均质的工艺条件为：首先将坯料加热至在800℃～900℃、然后热拉拔成壁厚为13mm的管材，再在1000℃～1100℃下保持1～2小时，后转移到室温、水淬池中均质。均质的目的是：去除因热拉拔产生的应力集中点，提高管材的力学性能。
将本实施例制备的管材进行EBSD(电子背散射花样)测试，参见图20，从图中可 以看出：热拉拔后的管材为完全奥氏体组织，平均晶粒尺寸为47μm。
将本实施例的管材参照GB/T 13239-2006(金属材料低温拉伸试验方法)进行拉伸实验，实验条件为：拉伸应变速率为10-3s-1。结果参见表7。
表7实施例10拉伸测试结果
Figure PCTCN2015076653-appb-000007
从表7可以看出：热拉拔后的管材经均质后，其屈服强度达到550MPa-590MPa，抗拉强度782MPa-840MPa，延伸率30.0％-36.0％，断口为韧窝断口，可以直接用于低温设备的加工和使用。
实施例11
在实施例10的基础上，将热拉拔的管材再进行冷拉拔、退火均质成型。
冷拉拔、退火均质的条件为：热拉拔、均质后的管材在室温下冷拉拔至壁厚为1.0mm～2.0mm的薄壁管材，所述薄壁管材在800℃～850℃下保持1小时，后转移到室温、水淬池中完成退火均质。
退火之前，将薄壁管材进行XRD测试，其XRD图参见图21；800℃～850℃下退火后再将薄壁管材进行XRD测试和EBSD(电子背散射花样)测试，分别参见图22和图23。
从图21可以看出，冷拉拔后薄壁管材为完全面心立方结构的奥氏体组织；从图22可以看出退火1小时后的薄壁管材仍为完全面心立方结构的奥氏体组织，无相变发生；图23显示薄壁管材为：完全奥氏体组织加少量退火孪晶，平均晶粒尺寸为4μm。
将本实施例制备的薄壁管材按照实施例1的方法进行拉伸实验。图24为-180℃条件下的拉伸曲线。表8为不同温度下的拉伸实验结果，从表中可以看出：薄壁钢管的屈服强度为420-460.7MPa(σ0.2)，抗拉强度为660.7-800.4MPa(σb)，均匀延伸率为18.0-37.8％。
表8实施例11中制得的管材拉伸实验结果
Figure PCTCN2015076653-appb-000008
将拉伸试样的拉伸断口进行SEM测试，参见图25和图26，SEM照片显示为该拉伸试样属 于典型的沿晶断裂，为典型脆性断口。
结果分析：通常认为，沿晶断裂为脆性断裂，产生脆性断裂的材料，无塑性(即平均延伸率＜5％)，脆断一但发生，以极高的速度扩展，导致整体断裂。本发明中设计的材料，虽然为脆性断裂，但是在拉伸均匀延伸率达到18％以上，且屈服强度和抗拉强度较高，这是本发明的关键点之一，也是其可以用于低温环境的重要参数。
拉伸试样断裂后，在试样表面沿拉伸方向平行分布有大量与拉伸方向垂直于的微裂纹，微裂纹在试样表面萌生，裂纹宽度在3mm～5mm之间，深度应该在4-8微米左右，约为一个到两个晶粒尺寸大小的深度。初步分析：分布在拉伸试样表面众多的微裂纹将应力释放，从而使得管材均匀延伸率达到18％以上，增加了该类管材的低温塑性。
实施例12～实施例13
所述高锰钢组分的重量百分比参见表9。管材的加工步骤与实施例11相同，工艺参数参见表数据。将拉拔所得的管材按照实施例1的方法进行拉伸实验，其结果参见表9数据。
表9实施例12～实施例13中高锰钢成分及拉伸试验结果
Figure PCTCN2015076653-appb-000009
以上结果表明：本发明制备的高锰钢薄壁管材在-170℃～-196℃具有良好的低温塑性，且拉伸强度和屈服强度较高。

Claims (13)

  1. 一种低温高强塑积高锰钢，其特征在于其组成重量百分比为：Mn 30％～36％，C0.02％～0.06％，S≤0.01％，P≤0.008％，其余为Fe。
  2. 根据权利要求1所述的低温高强塑积高锰钢，其特征在于Mn的重量百分比含量为32％～35％。
  3. 根据权利要求1所述的低温高强塑积高锰钢，其特征在于Mn的重量百分比含量为34～34.5％。
  4. 一种低温高强塑积高锰钢板的加工工艺，包括高锰钢的熔炼、钢锭的后处理和开坯轧制成板在内的工艺步骤，其特征在于以上工艺步骤的参数为：
    A、高锰钢的熔炼：按照高锰钢重量百分比为Mn 30％～36％、C 0.02％～0.06％、S≤0.01％、P≤0.008％、其余为Fe的组分配比，计算投料比例、并熔炼成钢锭；
    B、钢锭的后处理：将步骤A中的钢锭保持在1150℃～1200℃条件下热处理2～4小时，然后转移到室温，在水淬池中均质完成固溶处理；
    C、开坯轧制成板：固溶处理后的钢锭开坯后经过热轧、回火均质。
  5. 根据权利要求4所述的低温高强塑积高锰钢板的加工工艺，其特征在于步骤A中所述高锰钢组分中Mn的重量百分比含量为32％～35％，所述高锰钢的熔炼中采用的是工频电感应炉、炉内氩气正压环境。
  6. 根据权利要求4所述的低温高强塑积高锰钢板的加工工艺，其特征在于步骤C中热轧、均质的工艺条件为：首先将钢锭坯料加热至在800℃～1000℃、然后热轧成10～20mm厚毛板，再在1000℃～1100℃下保持1～2小时，后转移到室温、水淬池中均质。
  7. 根据权利要求4所述的低温高强塑积高锰钢板的加工工艺，其特征在于还包括步骤D：热轧、均质后的毛板再进行冷轧、退火均质成型。
  8. 根据权利要求7所述的低温高强塑积高锰钢板的加工工艺，其特征在于步骤D中冷轧、退火均质的条件为：热轧、均质后的毛板在室温下经10～20道次冷轧到1.0mm～2.0mm厚的钢板，轧制变形量为90％～93％，所述钢板在500℃～1000℃下保持0.5～2小时，后转移到室温、水淬池中均质。
  9. 根据权利要求8所述的低温高强塑积高锰钢板的加工工艺，其特征在于步骤D中冷轧后的钢板在500℃～710℃下保持1小时，后转移到室温、水淬池中均质，所得钢板在-196℃～-180℃、常压的条件下，具有韧性断裂的韧窝断口，强塑积超过50GPa％。
  10. 根据权利要求8所述的低温高强塑积高锰钢板的加工工艺，其特征在于步骤D中冷轧后的钢板在800℃～1000℃下保持1小时，后转移到室温、水淬池中均质，所得钢板在-196℃～- 170℃、常压下的条件下，具有沿晶断裂的特征，力学性能指标为：屈服强度大于410MPa，抗拉强度大于620MPa，延伸率大于8％。
  11. 一种低温高强塑积高锰钢管材的加工工艺，包括高锰钢的熔炼、钢锭的后处理、和开坯拉拔成管材在内的工艺步骤，其特征在于以上工艺步骤的参数包括：
    步骤A、按照高锰钢重量百分比为Mn 30％～36％、C 0.02％～0.06％、S≤0.01％、P≤0.008％、其余为Fe的组分配比，计算投料比例、并熔炼成钢锭；
    步骤B、钢锭的后处理：将步骤A中熔炼的钢锭，保持在1150℃～1200℃条件下热处理2～4小时、然后转移到室温、水淬池中均质完成固溶处理；
    步骤C、开坯和拉拔成管材：固溶处理后的钢锭开坯后经过热拉拔、回火均质。
  12. 根据权利要求11中所述的低温高强塑积高锰钢管材的加工工艺，其特征在于还包括步骤D：热拉拔、均质后的管材在室温下冷拉拔至壁厚为1.0mm～2.0mm的薄壁管材，所述薄壁管材在600℃～850℃下保持0.5～2小时，后转移到室温、水淬池中均质。
  13. 根据权利要求11所述的低温高强塑积高锰钢管材的加工工艺，其特征在于高锰钢组分中Mn的重量百分比含量为32％～35％，C的重量百分比为0.04％。
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CN112342352A (zh) * 2020-10-22 2021-02-09 西安工程大学 一种耐腐蚀的高锰奥氏体钢板及其制备方法

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