一种含相间沉淀钛碳化物的中厚板的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种含钛的微合金钢，具体涉及到一种含相间沉淀钛碳化物中厚钢板 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 当低碳钢中加入￥、他、1^〇等强碳化物元素时，在奥氏体向铁素体转变过程中， 合金元素与碳结合形成的碳化物可能会沿着γ/α界面周期性片层状分布，这种转变被称 为"相间沉淀"或者"相间析出"。在TEM下观察时，若析出粒子所在的晶体学面与电子束 方向平行时，可以观察到相间沉淀的典型形貌，即碳化物在基体上有规律的成排分布。一方 面，相间沉淀钢中的铁素体基体保证钢材具有良好的韧性；另一个重要的方面，由于细小的 纳米级碳化物分布于基体上，因此可以产生强大的沉淀强化作用，从而极大地提高了钢的 强度。2004年，Funakawa等人通控轧控冷并在两相区等温的方式，得到了一种全为铁素体 组织的Nanohiten钢，在铁素体基体上分布着以相间沉淀析出的纳米碳化物，且纳米碳化 物的沉淀强化达到300MPa。
[0003] 目前，对于相间沉淀用钢来说，在合金元素组分上多通过添加合金元素钼、铌、钒 的方法，利用它们在γ/α相变过程中，以相间沉淀的形式在铁素体基体上析出的纳米级 碳化物，从而达到显著的沉淀强化的效果。然而，钼、铌、钒等合金元素属于贵重金属，价格 较高，因此大大提高了钢板的生产成本。在热处理工艺上，现有技术采用奥氏体区轧制后， 快冷至γ/α两相区，通过增大过冷度，增加相间沉淀形核点，之后在两相区等温处理，获 得纳米级相间析出碳化物（如申请号201410367193. 4中国专利）。但目前中厚板在实际生 产中的冷速通常不超过20°C /s，无法实现快冷。迄今为止，在中厚钢板的生产中，鲜有利用 相间沉淀的沉淀强化作用来提高强度的报道。这是由于，中厚板的实际生产中没有卷取工 艺（等温处理），多采用连续冷却工艺，且连续冷却过程中，在两相区内停留时间较短，过冷 度低，形核点相对较少，碳化物可能无法在γ/α界面处有规律的形核。如果能够设计一种 特定合金成分，通过特定连续冷却工艺获得相间沉淀，并将其应用在中厚钢板的实际生产 中，那将获得一种综合性能更加优异的中厚板。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种含相间沉淀钛碳化物中厚钢板的制备方法，在低碳的成 分设计基础上，通过设计合金元素的含量并结合TMCP工艺，使钢中的合金元素钛与碳结合 形成的碳化物，在连续冷却过程中的γ/α相变温度范围内，以相间沉淀的形式析出，其尺 寸不超过10nm，从而显著提高发明钢的强度。随后采用调质处理的热处理工艺，进一步提高 钢板的低温冲击韧性，优化钢板的强韧匹配度。
[0005] 本发明所涉及的一种含相间沉淀钛碳化物中厚板的制造工艺如下：
[0006] (1)合金成分：选取的含相间沉淀钛碳化物中厚板的化学成分和各元素质量百 分比分别为：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%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0007] (2)轧制工艺：在1100-1200°C保温l_2h后采用γ相再结晶区和未再结晶区两阶 段轧制，其中钢坯开轧温度为l〇〇〇_ll〇〇°C，终轧温度为800-880°C，经75-90%的总压下变 形后，钢板厚度为10-20mm，随后以0~6°C /s冷速冷至550-700°C，待相变基本完成后水淬 至室温。
[0008] (3)热处理工艺：将钢板进行调质处理，其中，淬火温度为900-1000°C，等温 30-60min 后水淬，再在 550-700°C 回火 30-60min。
[0009] 上述方法中，所述步骤（2)获得的钢板，以相间沉淀的方式析出的碳化物颗粒的 尺寸在5-15nm之间，而且该纳米析出物为TiC。
[0010] 上述方法中，获得的中厚板的抗拉强度大于600MPa，屈服强度大于500MPa，-20°c 的V型冲击功彡47J。
[0011] 本发明各元素的作用及配比依据如下（以质量百分比为计）：
[0012] 碳：固溶强化的主要元素。随着碳含量的提高，组织中固溶的合金元素可以更多 的与C结合形成各类碳化物。C与合金元素 Ti结合形成的含钛的碳化物，这些碳化物的沉 淀强化作用对钢的强度有重要的贡献。然而，碳含量过高时，不仅对钢的冲击韧性不利，而 且C含量超过0. 2%时将导致焊接性能恶化。因此，本发明钢采用低碳成分设计，碳含量为 0. 05-0. 15%。
[0013] 硅：钢中常用的脱氧元素，同时还可以有效的提高钢中固溶的强度，但随着硅 含量的提高，钢的韧性、塑性以及焊接性能将不断的恶化。因此，本发明钢的硅含量为 0· 15-0. 40% 〇
[0014] 锰：锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，而且还能有效的提高钢的淬透性和强度。但是， 当锰含量过高时，其在铸坯中的偏析倾向增加，也会使钢的焊接性能变坏。综合考虑，本发 明钢的锰含量为1. 00-2. 00%。
[0015] 磷：钢中有害元素，不仅破坏钢的焊接性能，而且还会降低塑性，增加钢的冷脆性。 因此通常要求钢中含磷量小于0. 045%，本发明钢的磷含量小于0. 01%。
[0016] 硫：使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊 接性能也不利，钢中硫含量应不超过0. 01 %。
[0017] 氮：易与Ti结合形成TiN，是微合金化钢中常见的夹杂。由于TiN尺寸较大，既不 可以细化晶粒也起不到沉淀强化的作用，当钢中的氮含量高于〇. 〇〇5wt. %时，会形成微米 级的TiN，严重损害钢板的韧性。故钢中的含氮量应控制在0.005wt. %以内。
[0018] 钛：本发明钢的关键性合金元素，钛和碳、氮都有极强的亲和力，可以形成TiC， Ti (CN)，其中TiC颗粒有阻止钢中晶粒长大粗化的作用，使粗化温度提高至1000°C以上。在 本发明钢中，较高含量的合金元素钛与碳结合形成的纳米级碳化物，在轧制过程中形变诱 导析出的TiC颗粒对奥氏体再结晶有强烈的阻碍作用，从而使相变后得到的铁素体组织细 化，提高了钢的强韧性。在本发明中，本发明钢实验室Gleeble热模拟结果发现，奥氏体区 轧制后在两相区以〇~6°C/s冷速连续冷却过程中，大量的含钛的碳化物在γ - α相变 时将以相间析出的形式分布在铁素体基体上，其尺寸不超过lOmii，将产生显著的沉淀强化 作用，有助于的提高发明钢的强度；同时还有在热处理过程中从奥氏体、铁素体中过