一種含相間沉淀鈦碳化物的中厚板的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發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】
[0002] 當低碳鋼中加入￥、他、1^〇等強碳化物元素時，在奧氏體向鐵素體轉變過程中， 合金元素與碳結合形成的碳化物可能會沿著γ/α界面周期性片層狀分布，這種轉變被稱 為"相間沉淀"或者"相間析出"。在TEM下觀察時，若析出粒子所在的晶體學面與電子束 方向平行時，可以觀察到相間沉淀的典型形貌，即碳化物在基體上有規律的成排分布。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；另一個重要的方面，由于細小的 納米級碳化物分布于基體上，因此可以產生強大的沉淀強化作用，從而極大地提高了鋼的 強度。2004年，Funakawa等人通控軋控冷并在兩相區等溫的方式，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 物的沉淀強化達到300MPa。
[0003] 目前，對于相間沉淀用鋼來說，在合金元素組分上多通過添加合金元素鉬、鈮、釩 的方法，利用它們在γ/α相變過程中，以相間沉淀的形式在鐵素體基體上析出的納米級 碳化物，從而達到顯著的沉淀強化的效果。然而，鉬、鈮、釩等合金元素屬于貴重金屬，價格 較高，因此大大提高了鋼板的生產成本。在熱處理工藝上，現有技術采用奧氏體區軋制后， 快冷至γ/α兩相區，通過增大過冷度，增加相間沉淀形核點，之后在兩相區等溫處理，獲 得納米級相間析出碳化物（如申請號201410367193. 4中國專利）。但目前中厚板在實際生 產中的冷速通常不超過20°C /s，無法實現快冷。迄今為止，在中厚鋼板的生產中，鮮有利用 相間沉淀的沉淀強化作用來提高強度的報道。這是由于，中厚板的實際生產中沒有卷取工 藝（等溫處理），多采用連續冷卻工藝，且連續冷卻過程中，在兩相區內停留時間較短，過冷 度低，形核點相對較少，碳化物可能無法在γ/α界面處有規律的形核。如果能夠設計一種 特定合金成分，通過特定連續冷卻工藝獲得相間沉淀，并將其應用在中厚鋼板的實際生產 中，那將獲得一種綜合性能更加優異的中厚板。
【發明內容】
[0004] 本發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 分設計基礎上，通過設計合金元素的含量并結合TMCP工藝，使鋼中的合金元素鈦與碳結合 形成的碳化物，在連續冷卻過程中的γ/α相變溫度范圍內，以相間沉淀的形式析出，其尺 寸不超過10nm，從而顯著提高發明鋼的強度。隨后采用調質處理的熱處理工藝，進一步提高 鋼板的低溫沖擊韌性，優化鋼板的強韌匹配度。
[0005] 本發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成分和各元素質量百 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。
[0007] (2)軋制工藝：在1100-1200°C保溫l_2h后采用γ相再結晶區和未再結晶區兩階 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：將鋼板進行調質處理，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度大于600MPa，屈服強度大于500MPa，-20°c 的V型沖擊功彡47J。
[0011] 本發明各元素的作用及配比依據如下（以質量百分比為計）：
[0012] 碳：固溶強化的主要元素。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結合形成各類碳化物。C與合金元素 Ti結合形成的含鈦的碳化物，這些碳化物的沉 淀強化作用對鋼的強度有重要的貢獻。然而，碳含量過高時，不僅對鋼的沖擊韌性不利，而 且C含量超過0. 2%時將導致焊接性能惡化。因此，本發明鋼采用低碳成分設計，碳含量為 0. 05-0. 15%。
[0013] 硅：鋼中常用的脫氧元素，同時還可以有效的提高鋼中固溶的強度，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度。但是， 當錳含量過高時，其在鑄坯中的偏析傾向增加，也會使鋼的焊接性能變壞。綜合考慮，本發 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%，本發明鋼的磷含量小于0. 01%。
[0016] 硫：使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊 接性能也不利，鋼中硫含量應不超過0. 01 %。
[0017] 氮：易與Ti結合形成TiN，是微合金化鋼中常見的夾雜。由于TiN尺寸較大，既不 可以細化晶粒也起不到沉淀強化的作用，當鋼中的氮含量高于〇. 〇〇5wt. %時，會形成微米 級的TiN，嚴重損害鋼板的韌性。故鋼中的含氮量應控制在0.005wt. %以內。
[0018] 鈦：本發明鋼的關鍵性合金元素，鈦和碳、氮都有極強的親和力，可以形成TiC， Ti (CN)，其中TiC顆粒有阻止鋼中晶粒長大粗化的作用，使粗化溫度提高至1000°C以上。在 本發明鋼中，較高含量的合金元素鈦與碳結合形成的納米級碳化物，在軋制過程中形變誘 導析出的TiC顆粒對奧氏體再結晶有強烈的阻礙作用，從而使相變后得到的鐵素體組織細 化，提高了鋼的強韌性。在本發明中，本發明鋼實驗室Gleeble熱模擬結果發現，奧氏體區 軋制后在兩相區以〇~6°C/s冷速連續冷卻過程中，大量的含鈦的碳化物在γ - α相變 時將以相間析出的形式分布在鐵素體基體上，其尺寸不超過lOmii，將產生顯著的沉淀強化 作用，有助于的提高發明鋼的強度；同時還有在熱處理過程中從奧氏體、鐵素體中過