值大于100j的中錳鋼板及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高強韌中厚鋼板開發制造領域，特別涉及一種-80°CAkv值大于100J的 中錳鋼板及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 中厚鋼板一股用于制造管線、海洋平臺、遠洋船舶等服役環境惡劣、承受較大風浪 沖擊和交變負荷以及各種電化學及生物腐蝕作用的產品，因此對其強韌性及耐腐蝕性提出 了愈加嚴格的要求，要求新型的中厚板結構鋼不僅要具有高的強度及良好的塑韌性、可焊 性，還要具有低的韌脆轉變溫度及優異的冷成形能力。傳統微合金化并結合TMCP的生產工 藝，要在乳制及冷卻過程中精確控制微合金元素的固溶與析出行為、顯微組織的相變行為 比較困難，導致工藝穩定性及產品組織性能均勻性較差，強塑積水平不高，且常添加了貴重 合金元素 Cr、Mo等;生產低溫壓力容器用高Ni鋼的多階段淬火回火工藝，組織均勻性良好， 但在成分設計時加入了大量貴重合金元素如Ni、Cr等，以致鋼材成本高，應用受限。
[0003] 錳鋼以其不添加或少量添加貴重合金元素的低成本優勢及相對較好的綜合力學 性能獲得了廣泛的關注，有望成為新一代高強韌中厚鋼板。熱乳態中錳鋼中厚板具有較高 的強度，但沖擊韌性極差。相關乳后熱處理工作已有研究，但強塑性匹配及沖擊性能始終保 持在一個中等水平。本發明之前，申請號為CN201510241664,名稱為"一種高強韌的超低碳 中錳鋼中厚板及其制備方法"的發明專利，公開了一種通過回火工藝獲得高強度、高韌性的 中錳中厚板的制備方法，但其對中錳鋼_60°C以下的低溫沖擊性能未做相關研究。可見，要 在不增加成本的基礎上改善中厚板的強塑性匹配并進一步提高低溫沖擊韌性，相關品種及 制備工藝有待進一步探索和優化。
【發明內容】
[0004] 針對上述技術問題，本發明提供了一種-80°CAkv值大于100J的高強韌性中錳鋼板 及其兩步熱處理的制備方法。
[0005] 本發明的-80 °CAkv值大于100J的中錳鋼板，成分按質量百分比為：C : 0.01~ 0.03%，Si:1.0~1.6%，Μη:4·0~6.0%，Α1:0·02~0.1%，Nb:0.02~0.06%，V:0.04~ 0.12%，Ni :0.4~1.5%，Ti :0.01~0.03%，P< 0.004%，S< 0.003%，余量為Fe及不可避免 的雜質；鋼板厚度為12~20mm。
[0006] 本發明的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，屈服強度為525~755MPa，抗拉強度為 800~845MPa，斷后延伸率為26.3~29%，強塑積大于20GPa%，-80°C低溫沖擊功> 100J。
[0007] 本發明的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，室溫組織為超細晶板條狀鐵素體及殘 余奧氏體。
[0008] 本發明的-80 °C Akv值大于100 J的中錳鋼板的制備方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟1，熔煉及鍛造：
[0010] 按-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板的成分配比，真空熔煉獲得鑄錠，并鍛造成厚度 為100~120mm的鋼還；
[0011] 步驟2,兩階段乳制：
[0012] (1)將鋼坯，在1150~1250Γ，保溫2~3h;
[0013] (2)-階段乳制:開乳溫度為1050~1100°C，終乳溫度為1000~1080°C，道次為1~ 3道次，累計下壓率為20~30% ;
[0014] (3)二階段乳制：開乳溫度為900~950°C，終乳溫度為850~900°C，道次為7~9道 次，累計下壓率2 75%，得到厚度為12~20mm的熱乳板；
[0015] ⑷采用超快冷工藝，將熱乳板冷卻至室溫；
[0016] 步驟3,兩步兩相區熱處理：
[0017] (1)兩相區高溫退火處理:將熱乳板，加熱至700~750°C，退火時間為0.5h，然后淬 火到室溫；
[0018] (2)兩相區低溫逆相變退火處理:將熱乳板，加熱至580~640°C，退火時間為2.5~ 5h，然后空冷到室溫，得到-80°CA kv值大于100J的中錳鋼板。
[0019] 其中：
[0020] 步驟1中，熔煉溫度為1620~1630°C ;步驟2(4)中，冷卻速度2 90°C/s;步驟3(1)和 步驟3(2)中，加熱速度為3~8°C/s。
[0021 ]本發明的技術思路是:通過對熱乳態鋼板進行兩步兩相區退火配分處理，凈化鐵 素體、穩定奧氏體組織，獲得超細晶的板條狀鐵素體及殘余奧氏體，以達到高強塑積及高韌 性的良好匹配。
[0022] 兩步兩相區奧氏體逆相變退火配分工藝設計原理如下：
[0023] 首先在兩相區700~750°C進行0.5h的短時間高溫退火配分處理，實現Μη元素在逆 相變奧氏體板條界的初步少量富集，然后直接淬火到室溫獲得馬氏體，保留Μη元素在邊界 的富集狀態，以增加兩相區低溫退火時Μη元素的擴散驅動力并縮短擴散距離，從而大大增 強兩相區低溫退火配分效果;在580~640°C進行2.5~5h的兩相區低溫退火配分處理，凈化 鐵素體組織，并實現Μη元素在逆相變奧氏體中的充分富集，之后空冷到室溫。通過這種新型 的兩步兩相區退火處理，凈化鐵素體基體組織，以提高協調變形能力；調控逆相變奧氏體的 含量及穩定性，得到適當比例的超細晶的板條狀鐵素體+殘余奧氏體兩相組織，以提高低溫 沖擊韌性。
[0024]本發明的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板及其制備方法，與現有技術相比，有益效 果為：
[0025] (1)本發明的中錳鋼板與傳統TMCP工藝生產的中厚鋼板相比，具有較好的板厚方 向組織和力學性能均勻性，工藝穩定性好，且具有相當或更加優良的強韌性匹配。
[0026] (2)相比于9Ni等貴重合金鋼厚板，本發明中貴重合金元素附、&1。含量較低，顯 著降低生產成本與難度。
[0027] (3)與現有通過回火方法制備的中錳鋼中厚板相比，具有更佳的低溫韌性，應用可 行性及使用安全性提高。
【附圖說明】
[0028]圖1本發明實施例的_80°CAkv值大于100J的中錳鋼板的制備方法中乳制及兩步兩 相區退火工藝示意圖；
[0029]圖2本發明實施例1制得的-80 °CAkv值大于100 J的中錳鋼板的ΕΡΜΑ形貌；
[0030]圖3本發明實施例1制得的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板的精細組織形貌，其中： (a)明場；（b)暗場；（c)奧氏體衍射斑；
[0031]圖4本發明實施例2制得的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板-80°c條件下示波沖擊 載荷曲線。
【具體實施方式】
[0032] 本專利在國家自然科學基金資助項目（51174059,51374002,51404155， U1260204)、新世紀優秀人才支持計劃項目（NCET-13-0111)、遼寧省高等學校優秀人才支持 計劃(LR2014007)資助下完成。以下實施例中，步驟2采用φ45〇四輥可逆乳機進行乳制。 [0033] 實施例1
[0034] 本發明的- 80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，成分按質量百分比為C:0.01%，Si: 1.53% ,Μη：5.3% ,A1:0.03% ,Nb：0.04% ,V：0.08% ,Ni ：0.56% ,Ti ：0.016% ,P< 0.004% , S < 0.003%，余量為Fe及不可避免的雜質;鋼板厚度為12mm。
[0035]本發明的-80 °CAkv值大于100 J的中錳鋼板的制備方法，包括如下步驟：
[0036]步驟1，熔煉及鍛造：
[0037]按_80°CAkv值大于100J的中錳鋼板的成分配比，在溫度為1625°C進行熔煉，后鍛造 獲得100mm X 100mm的鋼還；
[0038]步驟2,兩階段乳制：
[0039] (1)將鋼坯，在 120(TC，保溫 2h;
[0040] (2)-階段乳制：開乳溫度為1050°C，終乳溫度為1060°C，道次為1道次，累計下壓 率為22%;
[0041] (3)二階段乳制:開乳溫度為900°C，終乳溫度為870°C，道次為8道次，累計下壓率 為84.6%，得到厚度為12mm的熱乳板；
[0042] (4)采用超快冷工藝，將熱乳板冷卻至室溫，冷卻速度2 90°C/s;
[0043] 步驟3,兩步兩相區熱處理：
[0044] (1)兩相區高溫退火處理:將熱乳板，加熱至700 °C，加熱速度為8 °C/s，退火時間為 〇.5h，然后淬火到室溫；
[0045] (2)兩相區低溫逆相變退火處理:將熱乳板，加熱至640 °C，加熱速度為8°C/s，退火 時間為2.5h，然后空冷到室溫，得到-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板。
[0046] 本實施例制得的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，屈服強度為635MPa，抗拉強度為 820MPa，斷后延伸率及強塑積分別為29%和23.78GPa%，室溫及-80°C沖擊功分別為210J和 103J〇
[0047] 實施例2
[0048] 本發明的- 80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，成分按質量百分比為C:0.01%，Si: 1.53% ,Μη：5.3% ,A1:0.03% ,Nb：0.04% ,V：0.08% ,Ni ：0.56% ,Ti ：0.016% ,P< 0.004% , 0.003%，余量為Fe及不可避免的雜質；鋼板厚度為15mm。
[0049]本發明的-80 °CAkv值大于100 J的中錳鋼板的制備方法，包括如下步驟：
[0050]步驟1，熔煉及鍛造：
[0051 ]按-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板的成分配比，在溫度為1625°C進行熔煉，后鍛造 獲得120mm X 120mm的鋼還；
[0052]步驟2,兩階段乳制：
[0053] (1)將鋼坯，在 120(TC，保溫 2h;
[0054] (2)-階段乳制：開乳溫度為1050°C，終乳溫度為1080°C，道次為2道次，累計下壓 率為30%;
[0055] (3)二階段乳制:開乳溫度為950°C，終乳溫度為900°C，道次為8道次，累計下壓率 為82.4%，得到厚度為15mm的熱乳板；
[0056] (4)采用超快冷工藝，將熱乳板冷卻至室溫，冷卻速度2 90°C/s;
[0057] 步驟3,兩步兩相區熱處理：
[0058] (1)兩相區高溫退火處理:將熱乳板，加熱至750 °C，加熱速度為5 °C/s，退火時間為 〇.5h，然后淬火到室溫；
[0059] (2)兩相區低溫逆相變退火處理:將熱乳板，加熱至640°C，加熱速度為5°C/s，退火 時間為3.5h，然后空冷到室溫，得到-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板。
[0060] 本實施例制得的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，屈服強度為525MPa，抗拉強度為 800MPa，斷后延伸率及強塑積分別為26.7%和21.366?&%，室溫及-80°(：沖擊功分別為220了 和 109J。
[0061 ] 實施例3
[0062] 本發明的-80°CAkv值大于100J的中錳鋼板，成分按質量百分比為C: 0.03 %，Si : 1.2% ,Mn:4.5% ,A1:0.08% ,Nb:0.06% ,V：0.045% ,Ni ：0.8% ,Ti ：0.02% ,P< 0.004% ,S <0.003%，余量為Fe及不可避免的雜質；鋼板厚度為12mm。
[0063]本發明的-80 °CAkv值大于100 J的中錳鋼板的制備方法，包括如下步驟：
[0064]步驟1，熔煉及鍛造：
[0065]按_80°CAkv值大于100J的中錳鋼板的成分配比，在溫度為1625°C進行熔煉，后鍛造 獲得100mm X 100mm的鋼還；
[0066]步驟2,兩階段乳制：
[0067] (1)將鋼坯，在 1200°C，保溫 2h;
[0068] (2)-階段乳制：開乳溫度為1050°C，終乳溫度為1080°C，道次為1道次，累計下壓 率為22%;
[0069] (3)二階段乳制:開乳溫度為900°C，終乳溫度為850°C，道次為8道次，累計下壓率 為84.6%，得到厚度為12mm的熱乳板；
[0070] (4)采用超快冷工藝，將熱乳板冷卻至室溫，冷卻速度2 90°C/s;
[0071] 步驟3,兩步兩相區熱處理：
[0072] (1)兩相區高溫退火處理:將熱乳板，加熱至750°C，加