一种表层超细晶铁素体低合金钢厚板的制备方法与流程

本发明属于低合金钢厚板生产技术领域，特别是涉及一种表层超细晶铁素体低合金钢厚板的制备方法。

背景技术：

在钢材的各种强化机制中，组织细化是唯一能同时提高钢板强度和韧性的方法。对于厚钢板，受钢板沿厚度方向的变形条件和冷却条件影响，要使厚钢板从表面到心部获得均匀一致的超细组织是很困难的，但是表层一定厚度内实现组织的超细化是可能的。近年来的研究表明，超细晶粒尺寸的铁素体组织具有很好的低温韧性及高的强度水平，具有表层超细晶粒铁素体的厚钢板，不仅提高了厚钢板的整体综合性能，而且尤其提高了厚钢板的止裂性能，具有广泛的应用前景。

现有的涉及表层超细晶厚钢板的制备方法，主要是通过改进的控轧控冷方法，即粗轧后加速冷却加返温轧制方法的工艺途径来获得。中国专利申请公布号CN105220069A—一种近表超细晶超低碳微合金高强钢宽厚板及其制法，采用TMCP工艺轧制，将中间坯近表加速冷却至A_r3以下，靠中间坯心部热量将近表重新返温至A_c3附近，通过近表奥氏体再结晶或部分再结晶进一步细化近表奥氏体晶粒,轧制后加速冷却,从而获得近表超细晶组织。中国专利申请公布号CN103572023A—低合金钢厚板/特厚板表层超细晶的制造方法，该方法充分利用厚钢板内部的累积存储能，采用多次控轧控冷,使表层奥氏体晶粒细化，快速冷却获得具有表层细晶组织的厚钢板。这两种方法通过细化奥氏体晶粒，然后快速冷却得到厚钢板表层的超细晶组织。当加速冷却奥氏体时，奥氏体相变可能生成贝氏体，铁素体等多种组织形貌，另一方面，由奥氏体相变得到的铁素体晶粒，其晶粒尺寸的细化程度有限。中国专利申请公布号CN102828116A—基于TMCP工艺的表层超细晶高强度钢板及其制造方法公开的表层超细晶的制造方法，也是采用粗轧机后的冷却装置对中间坯快速冷却+返温的工艺来实现表层组织的细化。上述三项专利在制备方法上描述了返温轧制工艺中对温度、变形量等的控制，对于影响影响变形过程中奥氏体或铁素体的应变积累、再结晶或相变、进而影响表层超细晶形成的重要工艺参数‐应变速率未有描述。本发明与上述发明的不同之处在于，本发明强调返温轧制过程中变形温度、变形量以及应变速率的匹配，通过在返温轧制过程中发生形变铁素体的动态再结晶来保证获得具有表层超细晶粒铁素体组织的低合金钢厚板，从而使钢板具有好的止裂性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种表层超细晶铁素体低合金钢厚板的制备方法，该方法充分利用轧制过程中厚板内部的热量，采用返温控制轧制工艺，利用铁素体的动态再结晶获得具有表层超细晶铁素体的低合金钢厚板。

该方法利用中间坯的内部热量，使其表层区域返温至以铁素体型组织为主的温度范围，利用形变铁素体的动态再结晶使厚钢板表层区域获得超细铁素体晶粒，其平均晶粒尺寸≤3μm。工艺步骤及控制的技术参数如下：

(1)轧制前的板坯再加热温度1050～1200℃。

(2)粗轧阶段轧制温度在奥氏体再结晶终止温度T_nr～T_nr+100℃范围内，该阶段累积变形压下量在35％～55％之间；中间坯厚度与成品板厚度比高于2.0。

(3)将中间坯表面以6～33℃/s的速度加速冷却至A_r3～M_s之间，待表面返红至最高温度，该温度在A_c1+40℃～A₃之间，开始精轧阶段轧制；精轧各道次轧制温度在A_c1+40℃～A₃之间，各道次平均应变速率在0.2～6s^‐1之间。优选平均应变速率在1.2～4.5s^-1之间。

(4)轧后6～24℃/s的速度快速冷却钢板，钢板返红温度在600℃～420℃之间，随后空冷。

本发明所述钢板的化学成分按重量百分比计为：C：0.05～0.16％，Si:≤0.6％，Mn:≤2.0％，P:≤0.015％，S:≤0.008％；另外还可以含有其他合金元素中的一种或多种：V：≤0.1％，Nb:≤0.06％，Ti:≤0.025％，N：≤0.025％，B：≤0.002％，Cu：≤0.4；Ni：≤1.0，Cr：≤0.5％，余量为Fe及少量不可避免的杂质。

粗轧阶段轧制变形温度在奥氏体再结晶终止温度T_nr～T_nr+100℃之间，目的是获得细小的奥氏体晶粒，以促进中间坯表层的奥氏体组织在冷却过程中发生相变并得到铁素体型(含贝氏体)组织。中间坯表面加速冷却至A_r3～M_s之间，一方面保证表层奥氏体组织发生相变，另一方面可以避免马氏体组织形成。马氏体组织在返温过程中比较稳定，容易导致钢板表层最终组织中形成回火马氏体组织。中间坯表面返温后，最高返温温度在A_c1+40℃～A₃之间，在此温度范围内变形，应变速率≤0.2～6s^‐1且累积变形量高于50％，铁素体型组织发生动态再结晶。轧后加速冷却至600℃～420℃以控制再结晶的铁素体晶粒的长大，这样钢板表层可以获得超细晶粒的铁素体组织。如果轧制过程中应变速率过高时，铁素体型组织来不及发生动态再结晶而形成变形的铁素体；应变速率过低时，铁素体型组织发生动态再结晶后还会发生晶粒的明显长大，这两种情形下厚板表层均不能得到超细晶粒的铁素体组织。

采用该方法制造的厚钢板上、下表层为以超细晶粒铁素体为主的组织，超细晶铁素体平均晶粒尺寸≤3μm，体积分数达到80％以上。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：本发明可以避免或减少厚钢板采用返温轧制工艺时其表面容易形成的回火马氏体、贝氏体组织以及形变铁素体组织，从而减轻这些组织对于表层超细晶厚钢板的止裂韧性及整体综合性能的不利影响。

附图说明

图1为实施例1厚板表层超细晶铁素体的光学显微镜照片图。

图2为实施例1厚板中心组织的光学显微镜照片图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。在符合本发明宗旨的范围内，本发明还可以有其他实施方式，均属于本发明的保护范围。

实施例的化学成分如表1所示。实施例的各临界温度如表2所示，其中：T_nr为奥氏体再结晶终止温度；A_c1为钢以200℃/h加热时，开始形成奥氏体的温度；A₃：平衡状态下，奥氏体与铁素体共存的最高温度；M_s为马氏体开始转变温度。实施例控轧与控冷工艺参数如表3所示，其中精轧阶段各道次轧制变形时的平均应变速率均在1.2～4.5s^‐1范围内。

各实施例钢板上、下表面为超细晶铁素体，超细晶铁素体平均晶粒尺寸≤3μm，铁素体的体积分数达到80％以上。图1为实施例1厚板表层超细晶铁素体的光学显微镜照片；图2为实施例1厚板中心组织的光学显微镜照片。

表1实施例化学成分，％

表2实施例的各临界温度

表3实施例控轧控冷工艺参数