一种铌微合金化低温高性能钢及其制备方法与流程

本发明涉及钢材制造领域，尤其涉及一种铌微合金化低温高性能钢及其制备方法。

背景技术：

随着全球重型机械设备使用区域与安全性要求的不断提高，980MPa及以上级别的高强度钢己越来越多地应用于机械设备核心部件中，以达到延长设备寿命和提高设备安全性，降低维护成本的效果。而锻造的高强度钢因其在低温环境(-40℃)下仍然保持强度高、延伸率大、冲击韧性高，加工较容易匹配等诸多优点，倍受重型机械工业界的青睐。

同时重型机械设备核心部件用钢多需要经过表面硬化处理，来提高设备用钢的耐磨性，但是重型机械设备中980MPa级高强度钢的表面硬化处理工艺复杂且成本高，不利于国家工业节能减排。在低温(-40℃)恶劣环境下，钢材会产生脆性，导致机械设备故障频繁，甚至不能使用，带来安全隐患。因此急需一种满足重载又耐低温的高性能的合金钢。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种铌微合金化低温高性能钢及其制备方法，避免在低温(-40℃)恶劣环境下钢材产生脆性的情况。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种铌微合金化低温高性能钢，按照质量百分比，包括以下组分：

C：0.32～0.38％，

Si：0.17～0.37％，

Mn：0.45～0.70％，

P：≤0.025％，

S：≤0.035％，

V：0.07～0.12％，

Cu：≤0.20％，

Cr：1.45～1.70％，

Mo：0.22～0.32％,

Ni：1.50～1.70％，

Nb：0.01～0.1％，

余量为Fe和不可避免的杂质；

其金属组织中，铁素体的体积分数为30～45％，贝氏体的体积分数为10～25％，回火马氏体的体积分数为30～45％，奥氏体的体积分数为5～15％，和马氏体的体积分数为5～8％。

优选地，所述铌微合金化低温高性能钢的制备方法，包括以下步骤：

步骤A，对铌微合金钢坯加热至800～900℃，并保温1.2～1.5h；

步骤B，对经过保温处理的铌微合金钢坯进行淬火处理，得到所述铌微合金化低温高性能钢；

其中，按照质量百分比，所述铌微合金钢坯包括以下组分：

C：0.32～0.38％，

Si：0.17～0.37％，

Mn：0.45～0.70％，

P：≤0.025％，

S：≤0.035％，

V：0.07～0.12％，

Cu：≤0.20％，

Cr：1.45～1.70％，

Mo：0.22～0.32％,

Ni：1.50～1.70％，

Nb：0.01～0.1％，

余量为Fe和不可避免的杂质。对铌微合金钢坯加热至800～900℃，优选为840～880℃，并保温1.2～1.5h，优选为1.3～1.4h。完成所述保温处理后，对所述铌微合金钢进行淬火处理，得到部分奥氏体化合金钢。所述淬火处理优选为油淬；对所述淬火处理的具体操作方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的淬火处理方式即可。

优选地，在所述步骤A之前还包括对所述铌微合金钢坯的预处理：

步骤C1，对所述铌微合金钢坯进行锻打，获得初锻态钢坯；

步骤C2，对所述初锻态钢坯进行扩散退火保温，获得热锻态钢坯；

步骤C3，对所述热锻态钢坯进行锻打，获得终锻态钢坯。

优选地，所述步骤C1先对所述铌微合金钢坯进行预保温，再进行锻打；所述预保温的温度为1200～1300℃，优选为1250～1280℃；预保温的时间为1.5～3h，优选为2～2.5h。在1200～1300℃对所述铌微合金钢坯进行预保温，保证所述铌微合金钢坯中所有合金元素尤其是Nb的充分固溶，并且保温的限定温度和时间有利于合金元素的充分扩散，促进合金元素的均匀化，最终有利于组织的均匀化。

优选地，所述步骤C1中，所述锻打的温度为900～1200℃，所述锻打的形变量为85～95％。所述锻打为多次墩拔，对所述锻打次数没有特殊限制，以能得到预定形变量的锻打效果即可。

优选地，所述步骤C1中的锻打过程为：

先对所述铌微合金钢坯进行粗锻，再进行精锻；

所述粗锻的开锻温度为1150～1200℃，所述粗锻的终锻温度为1100～1150℃，所述粗锻的形变量为40～50％；

所述精锻的开锻温度为950～1000℃，所述精锻的终锻温度为900～950℃，所述精锻的形变量为75～80％。

所述粗锻的开锻温度为1150～1200℃，优选为1175～1180℃，有利于保证后续的精锻的温度要求，避免因粗锻后温度过低而导致所述铌微合金钢坯的重新回炉加热；

所述粗锻的终锻温度为1100～1150℃，优选为1120～1130℃。所述粗锻的形变量为40～50％，优选为42～45％：

所述精锻的开锻温度为950～1000℃，优选为970～980℃；所述精锻的终锻温度为900～950℃，优选为930～940℃，避免终锻温度过低导致的先共析铁素体及奥氏体均沿加工方向伸长，完成转变后形成铁素体与珠光体交替分布的带状组织形貌，否则带状组织具有遗传性，如若锻打带状组织严重，锻打后连续退火加热时奥氏体优先在带状组织晶界处形成，并快速向珠光体长大，在随后的冷却过程中形成带状马氏体，导致所述铌微合金钢坯的伸长率下降。所述精锻的形变量为75～80％，优选为76～78％；所述精锻的形变量以所述粗锻后的铌微合金钢坯为形变量确定基准。对所述粗锻和精锻的具体操作方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的锻打方式即可。

优选地，所述步骤C2中扩散退火保温的温度为1100～1200℃，优选为1150～1180℃；所述扩散退火保温的时间为1.5～2h，优选为1.6～1.8h。

在所述扩散退火保温的温度条件下，所述铌微合金钢坯发生马氏体相变，同时在所述扩散退火保温过程中有效提高锻打钢坯组织的均匀性，使锻打钢坯的晶粒细腻均匀，从而改善锻打带状组织，进而减小锻打再结晶的晶粒尺寸，使得锻打组织更加均匀。所述扩散退火保温过程优选通过加热的方式完成；对所述加热的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的加热方式即可。

优选地，扩散退火保温后，冷却至20～30℃。

优选地，所述步骤C3的锻打的形变量为65～75％，优选为70～72％。

优选地，所述步骤A中，加热速率为1～10℃/s；

所述步骤B中，对经过保温处理的铌微合金钢坯进行淬火处理后，冷却至室温，所述冷却速率为20～30℃/s。

优选地，所述步骤B中，对冷却至室温的铌微合金钢坯进行回火保温处理，所述回火保温的温度为560～650℃，使铌微合金钢坯发生马氏体相变后，得到所述铌微合金化低温高性能钢；

所述铌微合金化低温高性能钢的金属组织中，铁素体的体积分数为30～45％，贝氏体的体积分数为10～25％，回火马氏体的体积分数为30～45％，奥氏体的体积分数为5～15％，和马氏体的体积分数为5～8％。

所述铌微合金化低温高性能钢为980MPa及以上级别的高强度钢，在低温环境(-40℃)下仍然保持强度高、延伸率大、冲击韧性高，不会产生脆性。

所述铌微合金化低温高性能钢中的C作为室温下稳定奥氏体的的元素，是确保奥氏体残留的必要元素；C的含量对于残余马氏体的体积分数有决定性作用，因此设置C的含量(按照质量百分比)为0.32～0.38％，能改善残余奥氏体在加工时的稳定性，同时确保残余马氏体的含量，并且避免了C含量过高导致对切削加工的损害以及可焊性的降低。

Mn同样作为奥氏体稳定化元素，同时能够阻止渗碳体生成，有助于C在奥氏体中的富集；因此设置Mn的含量(按照质量百分比)为0.45～0.70％，能够避免Mn合量过低导致的残余马氏体的体积分数较少以及Mn含量过高导致的对铁素体或贝氏体的硬化，进而避免对可加工性的降低和韧性的降低。

P在350～600℃等温时不溶于渗碳体，从而能够抑制渗碳体在该温度范围内析出；同时发挥极强的固溶强化能力，提高固溶强化作用。因此设置P的含量(按照质量百分比)为≤0.025％，既有利于P的固溶强化效果发挥，亦不产生负面影响，避免钢体产生冷脆性。

S的含量(按照质量百分比)设置在≤0.035％的范围内，可改善钢体的切削加工性，亦不产生负面影响，避免钢体产生热脆性。

Cu的含量(按照质量百分比)设置在≤0.20％的范围内，可提高钢体的强度和韧性，亦不产生负面影响，避免钢体产生热脆性。

V的含量(按照质量百分比)设置在0.07～0.12％的范围内，可细化组织晶粒，提高钢体的强度和韧性，V与C形成碳化物，在高温高压下提高钢体的抗氢腐蚀能力。

Si作为铁素体稳定化元素，有助于增加铁素体的体积分数，改善钢体的可加工性。此外，Si会阻止渗碳体的形成，从而使C有效富集在奥氏体中，因此Si结合C元素的添加，对于在室温下将奥氏体稳定在一适当的体积分数是必需的。

Cr的含量(按照质量百分比)设置在1.45～1.70％的范围内，Cr与C形成多种碳化物，减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢体的强度与在热处理时的淬透性。

Mo是固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，缩小奥氏体相区的元素，因此Mo的含量(按照质量百分比)设置在0.22～0.32％的范围内，与Cr、Mo共存时降低或抑制其它元素所导致的回火脆性。

Ni的含量(按照质量百分比)设置在1.50～1.70％的范围内，Ni显著提高钢体的强度，又使钢体保持良好的塑性与韧性。

Nb的含量(按照质量百分比)设置在0.01～0.1％的范围内，在部分奥氏体化阶段，Nb元素充分发挥对奥氏体晶粒生长的阻碍作用，细化晶粒的同时避免大量析出物对残余马氏体稳定性的影响，降低钢体的过热敏感性和回火脆性。

所述铌微合金化低温高性能钢的制备方法，充分利用Nb细化奥氏体原始晶粒的作用，铌微合金钢坯先经过1100～1200℃的扩散退火处理，进行贝氏体相变热处理，改善钢坯的成分及其均匀性；确保在800～900℃之间进行部分马氏体化时残留奥氏体晶粒不被粗化，实现部分马氏体化过程，获取铌微合金钢坯所需的马氏体和残留奥氏体组织，有助于提高铌微合金钢坯的强度。在先进行扩散退火进行贝氏体相变热处理，到部分奥氏体化淬火阶段，确保组织中形成一定量回火马氏体和残余马氏体，利用回火马氏体细小结构，提高马氏体相变速度，使得在回火热处理过程中发生马氏体相变，实现部分马氏体和回火马氏体化过程，生成大量回火马氏体，最终得到包括铁素体、残留奥氏体、贝氏体、马氏体和回火马氏体的铌微合金钢坯，确保铌微合金钢坯的抗拉强度和延伸率性能的提高，克服传统锻后正火热处理贝氏体相变不充分，室温下残留奥氏体过多，进而力学性能不稳定的弊端。

所述的铌微合金化低温高性能钢的制备方法，在扩散退火得到均匀组织；高强度的获得和延伸率的保障，则是通过保温处理后淬火再结合后续的回火处理来实现的，使得马氏体、残余奥氏体分布在回火马氏体内，提高了钢体稳定性，从而保障了钢体延伸率，实现得到具有高强度和延伸率的铌微合金钢坯，其抗拉强度达1000MPa以上，断后延伸率在12～20％之间，AKV(-40℃)≥69J，满足具备重载与冲击韧性的产品的工艺成分要求。

附图说明

附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明中实施例A1的铌微合金化低温高性能钢进行微观组织图；

图2是本发明中实施例A2的铌微合金化低温高性能钢进行微观组织图；

图3是本发明中实施例A3的铌微合金化低温高性能钢进行微观组织图；

图4是本发明中实施例A4的铌微合金化低温高性能钢进行微观组织图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例A1～A4铌微合金钢坯的各组分及其质量百分比含量，如表1所示,余量为Fe和不可避免的杂质；

表1

实施例A1

根据以下步骤制备铌微合金化低温高性能钢：

步骤一，将如表1所示的铌微合金钢坯放入50kg真空感应炉冶炼，并做成小圆钢坯，将铌微合金钢坯随炉加热至1200℃.并且预保温3h。

步骤二，随后在锻打机上锻打铌微合金钢坯：

(2.1)先对所述铌微合金钢坯进行粗锻，粗锻的开锻温度控制在1200℃，粗锻的终锻温度控制在1100℃，将铌微合金钢坯从直径为100mm锻打成直径为80mm，获得初锻态钢坯。

(2.2)对所述初锻态钢坯在1100℃温度下进行1.5h的扩散退火保温，获得热锻态钢坯。

(2.3)对所述热锻态钢坯进行精锻，精锻的开锻温度控制在1100℃，精锻的终锻温度控制在950℃，将铌微合金钢坯从直径为80mm锻打成直径为60mm，获得终锻态钢坯。

步骤三，锻打后的终锻态钢坯加热至880℃并保温1.5h，正火处理后风冷，然后在680℃保温2.5h，回火处理后空冷备用。

步骤四，以10℃/s的加热速度将该终锻态钢坯加热到860℃，并等温保持1.5h，随后淬火油冷到室温；将淬火后的终锻态钢坯以10℃/s的加热速度加热到590℃，并等温保持2h，随后油冷到室温；得到铌微合金化低温高性能钢。

对制得的铌微合金化低温高性能钢进行力学性能检测，结果如表2所示；

对制得的铌微合金化低温高性能钢进行微观组织观察，微观组织图如图1所示；

制得的铌微合金化低温高性能钢的金属组织中，铁素体的体积分数为45％，贝氏体的体积分数为12％，回火马氏体的体积分数为30％，奥氏体的体积分数为7％，和马氏体的体积分数为6％。

实施例A2

根据以下步骤制备铌微合金化低温高性能钢：

步骤一，将如表1所示的铌微合金钢坯放入50kg真空感应炉冶炼，并做成小圆钢坯，将铌微合金钢坯随炉加热至1250℃.并且预保温1.5h。

步骤二，随后在锻打机上锻打铌微合金钢坯：

(2.1)先对所述铌微合金钢坯进行粗锻，粗锻的开锻温度控制在1150℃，粗锻的终锻温度控制在1200℃，将铌微合金钢坯从直径为100mm锻打成直径为75mm，获得初锻态钢坯。

(2.2)对所述初锻态钢坯在1160℃温度下进行1.5h的扩散退火保温，获得热锻态钢坯。

(2.3)对所述热锻态钢坯进行精锻，精锻的开锻温度控制在1000℃，精锻的终锻温度控制在940℃，将铌微合金钢坯从直径为75mm锻打成直径为60mm，获得终锻态钢坯。

步骤三，锻打后的终锻态钢坯加热至890℃并保温1.5h，正火处理后风冷，然后在680℃保温2h，回火处理后空冷备用。

步骤四，以10℃/s的加热速度将该终锻态钢坯加热到850℃，并等温保持1.2h，随后淬火油冷到室温；将淬火后的终锻态钢坯以10℃/s的加热速度加热到580℃，并等温保持2h，随后油冷到室温；得到铌微合金化低温高性能钢。

对制得的铌微合金化低温高性能钢进行力学性能检测，结果如表2所示；

对制得的铌微合金化低温高性能钢进行微观组织观察，微观组织图如图2所示；

制得的铌微合金化低温高性能钢的金属组织中，铁素体的体积分数为37％，贝氏体的体积分数为11％，回火马氏体的体积分数为34％，奥氏体的体积分数为10％，和马氏体的体积分数为8％。

实施例A3

根据以下步骤制备铌微合金化低温高性能钢：

步骤一，将如表1所示的铌微合金钢坯放入50kg真空感应炉冶炼，并做成小圆钢坯，将铌微合金钢坯随炉加热至1260℃.并且预保温2h。

步骤二，随后在锻打机上锻打铌微合金钢坯：

(2.1)先对所述铌微合金钢坯进行粗锻，粗锻的开锻温度控制在1200℃，粗锻的终锻温度控制在1100℃，将铌微合金钢坯从直径为100mm锻打成直径为70mm，获得初锻态钢坯。

(2.2)对所述初锻态钢坯在1150℃温度下进行2h的扩散退火保温，获得热锻态钢坯。

(2.3)对所述热锻态钢坯进行精锻，精锻的开锻温度控制在1000℃，精锻的终锻温度控制在940℃，将铌微合金钢坯从直径为70mm锻打成直径为60mm，获得终锻态钢坯。

步骤三，锻打后的终锻态钢坯加热至865℃并保温1.5h，正火处理后风冷，然后在680℃保温2h，回火处理后空冷备用。

步骤四，以10℃/s的加热速度将该终锻态钢坯加热到860℃，并等温保持1.4h，随后淬火油冷到室温；将淬火后的终锻态钢坯以10℃/s的加热速度加热到590℃，并等温保持2h，随后油冷到室温；得到铌微合金化低温高性能钢。

对制得的铌微合金化低温高性能钢进行力学性能检测，结果如表2所示；

对制得的铌微合金化低温高性能钢进行微观组织观察，微观组织图如图3所示；

制得的铌微合金化低温高性能钢的金属组织中，铁素体的体积分数为42％，贝氏体的体积分数为10％，回火马氏体的体积分数为34％，奥氏体的体积分数为6％，和马氏体的体积分数为8％。

实施例A4

根据以下步骤制备铌微合金化低温高性能钢：

步骤一，将如表1所示的铌微合金钢坯放入50kg真空感应炉冶炼，并做成小圆钢坯，将铌微合金钢坯随炉加热至1300℃.并且预保温1.5h。

步骤二，随后在锻打机上锻打铌微合金钢坯：

(2.1)先对所述铌微合金钢坯进行粗锻，粗锻的开锻温度控制在1200℃，粗锻的终锻温度控制在1150℃，将铌微合金钢坯从直径为100mm锻打成直径为70mm，获得初锻态钢坯。

(2.2)对所述初锻态钢坯在1180℃温度下进行2h的扩散退火保温，获得热锻态钢坯。

(2.3)对所述热锻态钢坯进行精锻，精锻的开锻温度控制在980℃，精锻的终锻温度控制在930℃，将铌微合金钢坯从直径为70mm锻打成直径为60mm，获得终锻态钢坯。

步骤三，锻打后的终锻态钢坯加热至880℃并保温1.2h，正火处理后风冷，然后在680℃保温1.5h，回火处理后空冷备用。

步骤四，以10℃/s的加热速度将该终锻态钢坯加热到860℃，并等温保持1.5h，随后淬火油冷到室温；将淬火后的终锻态钢坯以10℃/s的加热速度加热到590℃，并等温保持2h，随后油冷到室温；得到铌微合金化低温高性能钢。

对制得的铌微合金化低温高性能钢进行力学性能检测，结果如表2所示；

对制得的铌微合金化低温高性能钢进行微观组织观察，微观组织图如图4所示；

制得的铌微合金化低温高性能钢的金属组织中，铁素体的体积分数为42％，贝氏体的体积分数为10％，回火马氏体的体积分数为35％，奥氏体的体积分数为7％，和马氏体的体积分数为6％。

表2

由表2可知，所述铌微合金化低温高性能钢的制备方法稳定可靠，制造出的铌微合金化低温高性能钢强度高，受冲击韧性好，在风暴、严寒恶劣环境中仍然保持优异性能，在低温环境(-40℃)下仍然保持强度高、延伸率大和冲击韧性高等优点，其抗拉强度达1000MPa以上，断后延伸率在12～20％之间，AKV(-40℃)≥69J，满足具备重载与冲击韧性的产品的工艺成分要求。

实施例B1～B12合金钢坯的各组分及其质量百分比含量，如表3所示,余量为Fe和不可避免的杂质。

表3

实施例B1～B12根据以下步骤制备铌微合金钢：

步骤一，将如表3所示的铌微合金钢坯放入50kg真空感应炉冶炼，并做成小圆钢坯，将铌微合金钢坯随炉加热至1300℃.并且预保温1.5h。

步骤二，随后在锻打机上锻打铌微合金钢坯：

(2.1)先对所述铌微合金钢坯进行粗锻，粗锻的开锻温度控制在1200℃，粗锻的终锻温度控制在1150℃，将铌微合金钢坯从直径为100mm锻打成直径为70mm，获得初锻态钢坯。

(2.2)对所述初锻态钢坯在1180℃温度下进行2h的扩散退火保温，获得热锻态钢坯。

(2.3)对所述热锻态钢坯进行精锻，精锻的开锻温度控制在980℃，精锻的终锻温度控制在930℃，将铌微合金钢坯从直径为70mm锻打成直径为60mm，获得终锻态钢坯。

步骤三，锻打后的终锻态钢坯加热至880℃并保温1.2h，正火处理后风冷，然后在680℃保温1.5h，回火处理后空冷备用。

步骤四，以10℃/s的加热速度将该终锻态钢坯加热到860℃，并等温保持1.5h，随后淬火油冷到室温；将淬火后的终锻态钢坯以10℃/s的加热速度加热到590℃，并等温保持2h，随后油冷到室温；得到铌微合金钢。

对制得的铌微合金钢进行力学性能检测，结果如表4所示；

制得的铌微合金钢的金属组织如表5所示。

表4

表5

由表4和表5，以及通过实施例B1～B12和实施例A1～A4的对比可知，所述铌微合金化低温高性能钢中的C作为室温下稳定奥氏体的的元素，是确保奥氏体残留的必要元素；C的含量对于残余马氏体的体积分数有决定性作用，因此设置C的含量(按照质量百分比)为0.32～0.38％，能改善残余奥氏体在加工时的稳定性，同时确保残余马氏体的含量，并且避免了C含量过高导致对切削加工的损害以及可焊性的降低。

Mn同样作为奥氏体稳定化元素，同时能够阻止渗碳体生成，有助于C在奥氏体中的富集；因此设置Mn的含量(按照质量百分比)为0.45～0.70％，能够避免Mn合量过低导致的残余马氏体的体积分数较少以及Mn含量过高导致的对铁素体或贝氏体的硬化，进而避免对可加工性的降低和韧性的降低。

P在350～600℃等温时不溶于渗碳体，从而能够抑制渗碳体在该温度范围内析出；同时发挥极强的固溶强化能力，提高固溶强化作用。因此设置P的含量(按照质量百分比)为≤0.025％，既有利于P的固溶强化效果发挥，亦不产生负面影响，避免钢体产生冷脆性。

S的含量(按照质量百分比)设置在≤0.035％的范围内，可改善钢体的切削加工性，亦不产生负面影响，避免钢体产生热脆性。

Cu的含量(按照质量百分比)设置在≤0.20％的范围内，可提高钢体的强度和韧性，亦不产生负面影响，避免钢体产生热脆性。

V的含量(按照质量百分比)设置在0.07～0.12％的范围内，可细化组织晶粒，提高钢体的强度和韧性，V与C形成碳化物，在高温高压下提高钢体的抗氢腐蚀能力。

Si作为铁素体稳定化元素，有助于增加铁素体的体积分数，改善钢体的可加工性。此外，Si会阻止渗碳体的形成，从而使C有效富集在奥氏体中，因此Si结合C元素的添加，对于在室温下将奥氏体稳定在一适当的体积分数是必需的。

Cr的含量(按照质量百分比)设置在1.45～1.70％的范围内，Cr与C形成多种碳化物，减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢体的强度与在热处理时的淬透性。

Mo是固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，缩小奥氏体相区的元素，因此Mo的含量(按照质量百分比)设置在0.22～0.32％的范围内，与Cr、Mo共存时降低或抑制其它元素所导致的回火脆性。

Ni的含量(按照质量百分比)设置在1.50～1.70％的范围内，Ni显著提高钢体的强度，又使钢体保持良好的塑性与韧性。

Nb的含量(按照质量百分比)设置在0.01～0.1％的范围内，在部分奥氏体化阶段，Nb元素充分发挥对奥氏体晶粒生长的阻碍作用，细化晶粒的同时避免大量析出物对残余马氏体稳定性的影响，降低钢体的过热敏感性和回火脆性。

实施例C1～C4铌微合金钢坯的各组分及其质量百分比含量，如表6所示,余量为Fe和不可避免的杂质；

表6

实施例C1

根据以下步骤制备铌微合金钢：

步骤一，将如表6所示的铌微合金钢坯放入50kg真空感应炉冶炼，并做成小圆钢坯，将铌微合金钢坯随炉加热至1200℃.并且预保温3h。

步骤二，以10℃/s的加热速度将该铌微合金钢坯加热到860℃，并等温保持1.5h，随后淬火油冷到室温；将淬火后的铌微合金钢坯以10℃/s的加热速度加热到590℃，并等温保持2h，随后油冷到室温；得到铌微合金钢。

对制得的铌微合金钢进行力学性能检测，结果如表7所示。

制得的铌微合金钢的金属组织中，铁素体的体积分数为45％，贝氏体的体积分数为11％，回火马氏体的体积分数为35％，奥氏体的体积分数为3％，和马氏体的体积分数为6％。

实施例C2

根据以下步骤制备铌微合金钢：

步骤一，将如表6所示的铌微合金钢坯放入50kg真空感应炉冶炼，并做成小圆钢坯，将铌微合金钢坯随炉加热至1250℃.并且预保温1.5h。

步骤二，随后在锻打机上锻打铌微合金钢坯：

(2.1)先对所述铌微合金钢坯进行粗锻，粗锻的开锻温度控制在1150℃，粗锻的终锻温度控制在1200℃，将铌微合金钢坯从直径为100mm锻打成直径为75mm，获得初锻态钢坯。

(2.2)对所述初锻态钢坯在1160℃温度下进行1.5h的扩散退火保温，获得热锻态钢坯。

(2.3)对所述热锻态钢坯进行精锻，精锻的开锻温度控制在1000℃，精锻的终锻温度控制在940℃，将铌微合金钢坯从直径为75mm锻打成直径为60mm，获得终锻态钢坯。

步骤三，锻打后的终锻态钢坯加热至890℃并保温1.5h，正火处理后风冷，然后在680℃保温2h，回火处理后空冷备用。

步骤四，以10℃/s的加热速度将该终锻态钢坯加热到850℃，并等温保持1.2h，随后淬火油冷到室温，得到铌微合金钢。

对制得的铌微合金钢进行力学性能检测，结果如表7所示；

制得的铌微合金钢的金属组织中，铁素体的体积分数为47％，贝氏体的体积分数为15％，回火马氏体的体积分数为25％，奥氏体的体积分数为10％，和马氏体的体积分数为3％。

实施例C3

根据以下步骤制备铌微合金钢：

步骤一，将如表6所示的铌微合金钢坯放入50kg真空感应炉冶炼，并做成小圆钢坯，将铌微合金钢坯随炉加热至1260℃.并且预保温2h。

步骤二，随后在锻打机上锻打铌微合金钢坯：

(2.1)先对所述铌微合金钢坯进行粗锻，粗锻的开锻温度控制在1200℃，粗锻的终锻温度控制在1100℃，将铌微合金钢坯从直径为100mm锻打成直径为70mm，获得初锻态钢坯。

(2.2)对所述热锻态钢坯进行精锻，精锻的开锻温度控制在1000℃，精锻的终锻温度控制在940℃，将铌微合金钢坯从直径为70mm锻打成直径为60mm，获得终锻态钢坯。

步骤三，锻打后的终锻态钢坯加热至865℃并保温1.5h，正火处理后风冷，然后在680℃保温2h，回火处理后空冷备用。

步骤四，以10℃/s的加热速度将该终锻态钢坯加热到860℃，并等温保持1.4h，随后淬火油冷到室温；将淬火后的终锻态钢坯以10℃/s的加热速度加热到590℃，并等温保持2h，随后油冷到室温；得到铌微合金钢。

对制得的铌微合金钢进行力学性能检测，结果如表7所示；

制得的铌微合金钢的金属组织中，铁素体的体积分数为35％，贝氏体的体积分数为34％，回火马氏体的体积分数为25％，奥氏体的体积分数为5％，和马氏体的体积分数为1％。

实施例C4

根据以下步骤制备铌微合金钢：

步骤一，将如表6所示的铌微合金钢坯放入50kg真空感应炉冶炼，并做成小圆钢坯，将铌微合金钢坯随炉加热至1300℃.并且预保温1.5h。

步骤二，随后在锻打机上锻打铌微合金钢坯：

(2.1)先对所述铌微合金钢坯进行粗锻，粗锻的开锻温度控制在1200℃，粗锻的终锻温度控制在1150℃，将铌微合金钢坯从直径为100mm锻打成直径为70mm，获得初锻态钢坯。

(2.2)对所述初锻态钢坯在1180℃温度下进行2h的扩散退火保温，获得热锻态钢坯。

(2.3)对所述热锻态钢坯进行精锻，精锻的开锻温度控制在900℃，精锻的终锻温度控制在850℃，将铌微合金钢坯从直径为70mm锻打成直径为60mm，获得终锻态钢坯。

步骤三，锻打后的终锻态钢坯加热至880℃并保温1.2h，正火处理后风冷，然后在680℃保温1.5h，回火处理后空冷备用。

步骤四，以10℃/s的加热速度将该终锻态钢坯加热到860℃，并等温保持1.5h，随后淬火油冷到室温；将淬火后的终锻态钢坯以10℃/s的加热速度加热到590℃，并等温保持2h，随后油冷到室温；得到铌微合金钢。

对制得的铌微合金钢进行力学性能检测，结果如表7所示；

制得的铌微合金钢的金属组织中，铁素体的体积分数为45％，贝氏体的体积分数为15％，回火马氏体的体积分数为34％，奥氏体的体积分数为1％，和马氏体的体积分数为5％。

表7

由表7可知，通过实施例C1和实施例A1的对比可知，经过锻打的铌微合金钢坯致密度高、韧性好且钢质纤维组成一定均匀流向形态，避免瞬间过载冲击发生断裂，在-10～-30℃的低温环境下也有较好的力学性能，不易破损，提高铌微合金化低温高性能钢的强度；

通过实施例C2和实施例A2的对比可知，将淬火后的终锻态钢坯进行回火处理，使得在回火热处理过程中终锻态钢坯发生马氏体相变，实现部分马氏体和回火马氏体化过程，生成大量回火马氏体，最终得到包括铁素体、残留奥氏体、贝氏体、马氏体和回火马氏体的铌微合金钢坯，确保铌微合金钢坯的抗拉强度和延伸率性能的提高，克服传统锻后正火热处理贝氏体相变不充分，室温下残留奥氏体过多，进而力学性能不稳定的弊端；

通过实施例C3和实施例A3的对比可知，扩散退火保温过程中有效提高锻打钢坯组织的均匀性，使锻打钢坯的晶粒细腻均匀，从而改善锻打带状组织，进而减小锻打再结晶的晶粒尺寸，使得锻打组织更加均匀；

通过实施例C4和实施例A4的对比可知，精锻的终锻温度为900～950℃，优选为930～940℃，避免终锻温度过低导致的先共析铁素体及奥氏体均沿加工方向伸长，完成转变后形成铁素体与珠光体交替分布的带状组织形貌，否则带状组织具有遗传性，如若锻打带状组织严重，锻打后连续退火加热时奥氏体优先在带状组织晶界处形成，并快速向珠光体长大，在随后的冷却过程中形成带状马氏体，导致所述铌微合金钢坯的伸长率下降。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。