一种高强韧的超低碳中锰钢中厚板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于中厚板制造领域，具体涉及一种高强韧的超低碳中锰钢中厚板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]海洋周围存储着丰富的未开发的石油天然气资源，海洋资源开发显得日益重要。目前已探明的世界海洋石油、天然气储量的80 %以上在水深500 m以下的深海区域，其中北极地区拥有约900亿桶原油储量和超过47万亿立方米的天然气储量。海洋平台用钢作为工程结构用钢在保证海洋设施安全方面起着最为重要的作用，由于油气资源的开发向着深海极地地区发展，因此决定了海洋平台用钢必须具有高强度及高韧性的性能指标，这对于保证操作人员生命安全，提高海洋平台用钢使用寿命以及开发海洋资源具有重要意义。
[0003]为了提高海洋平台用钢的安全性及可移动性，高强韧钢的使用比例逐年增加。例如，自升式钻井平台中高强钢占55~60 %，半潜式钻井平台中高强钢占90~97.5 %，其中的粧腿、悬臂梁及齿条机构等需要460~690 MPa级别及690 MPa以上级别的高强度专用钢。随着钢板强度级别的升高，刚中碳含量普遍多0.10%，使得钢板在焊接时需要进行焊前预热与焊后处理，工艺较复杂，不但使后续的使用成本增高，也浪费了大量能源。此外，从日本主要钢铁公司如JFE、新日铁和住友金属以及迪林根、瑞典SSAB等公司开发的抗拉强度为360~980MPa的海洋平台用钢板的成分设计来看，690 MPa级海洋平台用钢均需采用Cr、Mo、Ni等贵重金属合金化，为了保证钢板的低温韧性，甚至需要添加近4%的Ni元素，生产成本高，而且常采用多阶段淬火回火工艺，工序较为复杂。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的各种问题，本发明提供一种高强韧的超低碳中锰钢中厚板及其制备方法。本方法的技术方案为:
一种高强韧的超低碳中锰钢中厚板，按重量百分比其化学组成为:c:0.02-0.06%，Mn:3.00-8.00%，Si:0.10-0.50%，S:< 0.01%，P:< 0.01%，Al:0.01-0.05%，Cu:0.02-0.30%，Ni:0.02-0.30%，Mo:0.02-0.20%，Cr:0.02-0.40%，余量为 Fe 和其他不可避免的杂质；
所述中厚板组织为回火马氏体及细小稳定逆转变奥氏体。
[0005]所述中厚板的厚度为20~50 mm，屈服强度为690~750 MPa，抗拉强度为780~850MPa，延伸率为 26~35 %，_60°C冲击功> 100 J0
[0006]一种高强韧的超低碳中锰钢中厚板的制备方法，包括以下工艺步骤:
(I)热轧处理
将合金坯料随炉加热至1000~1200 °C并保温3 h，合金坯料按重量百分比的化学组成为:C:0.02-0.06%，Mn:3.00-8.00%，S1:0.10-0.50%，S: < 0.01%，P: < 0.01%，Al:0.01-0.05%，Cu:0.02-0.30%，N1:0.02-0.30%，Mo:0.02-0.20%，Cr:0.02-0.40%，余量为 Fe和其他不可避免的杂质；随后经过9道次热轧成20~50 _厚的热轧板，开轧温度和终轧温度分别为950~1000 °0和880~930 °C，热轧结束后以10~25 °C/s的冷却速率水冷至室温，得到淬火后的中厚板；
(2)回火处理
加热炉升温至635~695 °0后，将淬火后的中厚板放入并保温50~100 min，随后空冷至室温，得到高强韧的超低碳中锰钢中厚板。
[0007]本发明的有益效果:本发明方法对淬火后的钢板采用铁素体-奥氏体两相区回火工艺，可形成逆转变奥氏体，有效提高了钢板的强韧性能，所制备的超低碳中锰钢中厚板屈服强度为690~750 MPa，抗拉强度为780~850 MPa，延伸率为26~35%，_60°C冲击功> 100 J ；此外，本发明方法操作过程简单，容易实现工业化生产。
【附图说明】
[0008]图1为本发明制备方法的工艺示意图；
图2为实施例1高强韧的超低碳中锰钢中厚板的金相组织；
图3为实施例1高强韧的超低碳中锰钢中厚板的SEM形貌组织。
【具体实施方式】
[0009]本发明实施采用的热轧机为东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室设计制造的Φ 450热轧机；
本发明热轧处理采用的加热炉为高温箱式电阻炉，型号为RX4-85-13B ;
本发明回火处理采用的加热炉为箱式电阻炉，型号为RX-36-10。
[0010]实施例1
制备厚度为30mm的尚强初的超低碳中猛钢中厚板，工艺步骤如下:
(1)热轧处理
将合金坯料随炉加热至1200 °C并保温3 h，合金坯料按重量百分比的化学组成为:C:0.045%，Mn:5.50%，S1:0.20%，S:0.002%，P:0.003%，Al:0.02%，Cu:0.20%，N1:0.30%，Mo:0.20%，Cr:0.30%，余量为Fe和其他不可避免的杂质；随后经过9道次热轧成30mm厚的热轧板，开轧温度和终轧温度分别为960°C和890°C，热轧结束后以15°C /s的冷却速率水冷至室温，得到淬火后的中厚板；
(2)回火处理
加热炉升温至650°C后，将淬火后的中厚板放入并保温80min，随后空冷至室温，得到厚度为30mm的尚强初的超低碳中猛钢中厚板。
[0011]厚度为30_的高强韧的超低碳中锰钢中厚板组织为回火马氏体及细小稳定逆转变奥氏体，屈服强度为710 MPa，抗拉强度为805 MPa，断后延伸率为34%，-60 °0冲击功为175 J0
[0012]实施例2
制备厚度为20mm的尚强初的超低碳中猛钢中厚板，工艺步骤如下:
(I)热轧处理
将合金坯料随炉加热至1000 °C并保温3 h，合金坯料按重量百分比的化学组成为:C:0.02%，Mn:8.00%，S1:0.10%，S:0.002%，P:0.003%，Al:0.05%，Cu:0.30%，N1:0.25%，Mo:0.18%，Cr:0.02%，余量为Fe和其他不可避免的杂质；随后经过9道次热轧成20 mm厚的中厚板，开轧温度和终轧温度分别是950 °0和880 °C，热轧后以25 °C/s的冷却速率水冷至室温；热轧淬火后的显微组织为马氏体；
(2)回火处理
加热炉升温至635 °0后，将热轧淬火后的钢板放入保温100 min，随后空冷至室温，得到厚度为20mm的尚强初的超低碳中猛钢中厚板。
[0013]厚度为20_的高强韧的超低碳中锰钢中厚板组织为回火马氏体及细小稳定逆转变奥氏体，屈服强度为750 MPa，抗拉强度为850 MPa，断后延伸率为26 %，_60 °0冲击功为154 J0
[0014]实施例3
制备厚度为50mm的尚强初的超低碳中猛钢中厚板，工艺步骤如下:
(1)热轧处理
将合金坯料随炉加热至1100 °C并保温3 h，合金坯料按重量百分比的化学组成为:C:0.06%，Mn:3.00%，S1:0.50%，S:0.002%，P:0.003%，Al:0.01%，Cu:0.02%，N1:0.02%，Mo:
0.02%，Cr:0.40%，余量为Fe和其他不可避免的杂质；随后经过9道次热轧成50 mm厚的中厚板，开轧温度和终轧温度分别是1000 °0和930 0C，热轧后以10 0C /s的冷却速率水冷至室温；热轧淬火后的显微组织为马氏体；
(2)回火处理
加热炉升温至695 °0后，将热轧淬火后的钢板放入保温50 min，随后空冷至室温。得到厚度为50mm的尚强初的超低碳中猛钢中厚板。
[0015]厚度为50mm的高强韧的超低碳中锰钢中厚板组织为回火马氏体及细小稳定逆转变奥氏体，屈服强度为690 MPa，抗拉强度为780 MPa，断后延伸率为35%，-60 °0冲击功为178 J0
【主权项】
1.一种高强韧的超低碳中锰钢中厚板，其特征在于所述中厚板按重量百分比的化学组成为:C:0.02-0.06%，Mn:3.00-8.00%，S1:0.10-0.50%，S: < 0.01%，P: < 0.01%，Al:.0.01-0.05%，Cu:0.02-0.30%，N1:0.02-0.30%，Mo:0.02-0.20%，Cr:0.02-0.40%，余量为 Fe和其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高强韧的超低碳中锰钢中厚板，其特征在于所述中厚板组织为回火马氏体及细小稳定逆转变奥氏体。
3.根据权利要求1所述的一种高强韧的超低碳中锰钢中厚板，其特征在于所述中厚板的厚度为20~50 mm，屈服强度为690~750 MPa，抗拉强度为780~850 MPa，延伸率为26~35%，-60°C冲击功> 100 J0
4.权利要求1所述的一种高强韧的超低碳中锰钢中厚板的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤: (1)热轧处理 将合金坯料随炉加热至1000~1200 °C并保温3 h，合金坯料按重量百分比的化学组成为:C:0.02-0.06%，Mn:3.00-8.00%，S1:0.10-0.50%，S: < 0.01%，P: < 0.01%，Al:.0.01-0.05%，Cu:0.02-0.30%，N1:0.02-0.30%，Mo:0.02-0.20%，Cr:0.02-0.40%，余量为 Fe和其他不可避免的杂质；随后经过9道次热轧成20~50 _厚的热轧板，开轧温度和终轧温度分别为950~1000 °0和880~930 °C，热轧结束后以10~25 °C/s的冷却速率水冷至室温，得到淬火后的中厚板； (2)回火处理 加热炉升温至635~695 °0后，将淬火后的中厚板放入并保温50~100 min，随后空冷至室温。
【专利摘要】本发明提供一种高强韧的超低碳中锰钢中厚板及其制备方法。所述中厚板按重量百分比其化学组成为：C：0.02~0.06%，Mn：3.00~8.00%，Si：0.10~0.50%，S：＜0.01%，P：＜0.01%，Al：0.01~0.05%，Cu：0.02~0.30%，Ni：0.02~0.30%，Mo：0.02~0.20%，Cr：0.02~0.40%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明还提供了所述中厚板的制备方法，采用上述化学成分配比的合金坯料经过热轧处理和回火处理，得到屈服强度为690~750 MPa，抗拉强度为780~850 MPa，延伸率为26~35%，-60℃冲击功＞100 J的高强韧的超低碳中锰钢中厚板。此外，本发明方法操作过程简单，容易实现工业化生产。
【IPC分类】C21D8-02, C22C38-58
【公开号】CN104805378
【申请号】CN201510241664
【发明人】胡军, 杜林秀, 吴红艳, 孙国胜, 刘浩, 翟剑晗, 谢辉, 高秀华, 张程远
【申请人】东北大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月13日