一种低合金钢板和低合金钢板的制备方法与流程

本发明属于低碳、低合金高强度钢板的热处理领域，具体涉及一种低合金钢板和低合金钢板的制备方法。

背景技术：

正火钢板被广泛应用于海洋工程、压力容器、高层建筑、桥梁、风电等领域，具有不可替代的作用，特别是一些海洋工程、风电、容器项目在项目设计时就强制要求使用正火钢板。

传统的正火工艺中正火温度要求为AC3以上30-50℃，钢板的晶粒在高温下长大，其导致钢板的强度性能下降幅度较大，极易产生性能不合。为了弥补正火对强度造成的损失，通常采用提高碳元素、合金元素含量的方法来克服前述缺陷，但此方式不仅会提高冶炼成本，还会导致钢板的焊接性能恶化。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低合金钢和低合金钢的制备方法，其针对现有常规正火工艺纯在的缺点，提拱了一种提高低碳、低合金高强度钢板正火后强度性能的热处理方法，该方法即能实现常规正火工艺对钢板性能均匀化的目的，又能大幅降低钢板正火后强度性能的损失，大幅提升正火钢板正火后的性能合格率。

本发明提供的低碳、低合金高强度钢板，其组成为：C：0.09～0.16wt％、Si：0.20～0.45wt％、Mn：1.25～1.55wt％、P≤0.017wt％、S≤0.015wt％、Nb：0.010～0.040wt％、Ti：0.010～0.030wt％、V:0.020～0.050wt％、Als：0.015～0.050wt％以及余量的Fe和不可避免杂质，且碳当量Ceq≤0.40。所述钢板的厚度为8～100mm厚度。

优选地，所述钢板的化学成分的质量百分比为：C：0.10～0.13wt％、Si：0.20～0.35wt％、Mn：1.30～1.45wt％、P≤0.015wt％、S≤0.015wt％、Nb：0.020～0.035wt％、Ti：0.010～0.20wt％、V:0.025～0.045wt％、Als：0.020～0.045wt％以及余量的Fe和不可避免杂质，且Ceq≤0.38。

优选的，所述钢板的微观组织为铁素体和珠光体。

更优选的，所述正火钢板的微观组织中，铁素体的晶粒尺寸为8-36微米，珠光体的晶粒尺寸为3-20微米，其中铁素体组织含量在70％-90％之间，珠光体组织含量在10％-30％之间。

更优选的，所述正火钢板的微观组织中，铁素体的晶粒尺寸为8-34微米，珠光体的晶粒尺寸为3-12微米，其中铁素体组织含量在72％-88％之间，珠光体组织含量在12％-28％之间。

优选的，铁素体的晶粒尺寸为18-34微米，和珠光体的晶粒尺寸为8-12微米，其中铁素体组织含量为86％，珠光体组织含量为14％。

优选的，铁素体的晶粒尺寸为12-28微米，和珠光体的晶粒尺寸为5-8微米，其中铁素体组织含量为88％，珠光体组织含量为12％。

优选的，铁素体的晶粒尺寸为8-18微米，和珠光体的晶粒尺寸为3-5微米，其中铁素体组织含量为84％，珠光体组织含量为16％。

优选的，铁素体的晶粒尺寸为16-32微米，和珠光体的晶粒尺寸为5-8微米，其中铁素体组织含量为72％，珠光体组织含量为28％。

优选的，所述正火钢板经正火处理，处理条件为将钢板加热至AC3±20℃，并保温5～30min，然后出炉空冷至室温。

优选的，所述保温时间为15-30min。

优选的，所述处理条件为将钢板加热至AC3±5℃。

优选的，所述处理条件为将钢板加热至AC3+(5-10)℃。

优选的，所述处理条件为将钢板加热至AC3+(10-15)℃。

优选的，所述处理条件为将钢板加热至AC3-(5-10)℃。

优选的，所述处理条件为将钢板加热至AC3-(10-15)℃。

本发明的热处理方法不仅可达到正火工艺改善钢板组织、提高钢板韧性的目的，同时还解决了常规正火工艺使钢板强度性能大幅降低的问题。对于低碳、低合金高强度钢板而言，采用本发明设计的热处理工艺，可以比采用常规正火工艺时屈服强度提升30MPa-70MPa,抗拉强度提升20MPa-50MPa。

一般认为，对钢板进行正火处理时，随着正火温度的升高，钢板的晶粒尺寸长大加速，从而导致钢板强度性能大幅降低；同时，如果正火温度过低，未达到奥氏体化的临界温度点AC3，钢板组织均匀化效果差，心部带状组织改善不明显，就无法达到正火的目的。当温度处于临界温度点AC3时，配合适当的保温时间，钢板的85％以上的组织发生了奥氏体化，渗碳体开始扩散，心部带状组织也得到明显改善，同时晶粒无明显长大，钢板的性能均匀性以及韧性都得到大幅提升，达到了正火的目的，同时钢板的强度下降幅度也明显减小，使低碳、低合金钢板既具有了正火后的性能均匀性和高韧性，同时还具有了常规正火难以实现的高强度性能。

本发明通过延长保温时间，可以使钢板组织的奥氏体化更彻底，碳原扩散更充分，从而达到消除钢板混晶组织、异常组织以及带状组织的目的，使钢板性能的均匀性及低温韧性得到大幅提升。但过长的保温时间，不仅降低了生产效率、增加了能耗，同时还会导致晶粒的长大，使钢板的综合性能降低。

本发明中的热处理后冷却过程并未采用冷却速度更大的水冷工艺，因随着冷却速度增加，过冷度増大，虽然能够得到更为细小的组织，但是钢板表面甚至1/4厚度处会出现粒状贝氏体组织，导致钢板低温韧性及成型性能下降。而空冷状态下，得到的是铁素体加退化后的珠光体组织，铁素体含量较高，组织均匀，晶粒细小，钢板低温冲击韧性高。因此，出炉后采用空冷工艺。

本发明提供的热处理方法可以使钢板在现有的成分体系下，不仅能实现常规正火工艺对钢板性能均匀化的目的，又能使钢板的强度性能下降幅度减小，既有较好的经济效益，也是钢板的整体性能合格率得到大幅提升。

附图说明

图1、实施例1中试样1A的微观组织图(心部金相组织，500倍)。

图2、实施例2中试样2A的微观组织图(心部金相组织，500倍)。

图3、实施例3中试样3A的微观组织图(心部金相组织，500倍)。

图4、实施例4中试样4A的微观组织图(心部金相组织，500倍)。

具体实施方式

以下为本申请的优选实施例，其仅用作对本申请的解释而不是限制。

为体现临界温度正火工艺对有正火要求的低碳、低合金高强度钢板的意义，每个实例准备2块试样，编号分别用A、B代表，其中一块采用临界温度正火工艺处理，另一块采用常规正火工艺处理，各实例的化学成分见表1，钢板的正火加热温度、保温时间等主要工艺参数见表2，相应钢板的拉伸强度、延伸率、横向向冲击功等性能见表3。

本发明提供的试样为按照常规方法制备获得的钢板，常规的炼钢步骤可以包括转炉冶炼、精炼、连铸和热轧工艺，因钢材成分基本固定，按照常规的步骤得到的正火处理前的钢板组织基本固定，均为F+P或F+P+少量B，其中铁素体组织含量在65％-85％之间，组光体组织含量在15％-30％之间，B含量在15％左右。

参见表1-表3中数据，对成分相同的钢板分别采用常规正火和临界温度正火两种工艺进行热处理，采用临界温度正火工艺生产的钢板低温韧性及塑性与常规正火工艺基本相当，性能富余量很大，而强度性能指标却得到大幅提升，使采用常规正火工艺难以保证的厚规格钢板的强度性能不仅满足标准要求，而且有一定的富余量。可见本发明在保证钢板组织、性能均匀性及低温韧性良好的同时，钢板正火后的强度性能得到大幅提升。实施的微观组织见图1-图4，从微观组织的照片上可以看出：各厚度钢板的微观组织组成均为铁素体和珠光体，钢板厚度越小，晶粒尺寸越细小(实施例1中，铁素体的晶粒尺寸为18-34微米，和珠光体的晶粒尺寸为8-12微米；实施例2中，铁素体的晶粒尺寸为12-28微米，和珠光体的晶粒尺寸为5-8微米；实施例3中，铁素体的晶粒尺寸为8-18微米，和珠光体的晶粒尺寸为3-5微米；实施例4中，铁素体的晶粒尺寸为16-32微米，和珠光体的晶粒尺寸为5-8微米)。采用本发明设计的热处理工艺处理后，钢板获得的组织均匀、细小，心部珠光体带状开始扩散、断开，带状组织得到改善。

表1化学成分(wt％)

表2本发明实施例的正火及冷却工艺与常规工艺对照

表3本发明实施例应用钢板与常规正火工艺生产钢板的力学性能对照