一种晶粒高均匀度的微合金超细晶热轧钢板及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于晶粒高均匀度超细晶粒钢的制备技术领域，具体涉及一种晶粒高均匀 度的微合金超细晶热乳钢板及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着钢铁材料科技的飞速发展，各类钢材的研发已经逐渐建立在成分、组织和性 能定量关系的基础上，定量金相分析正是研究金属材料成分、组织、工艺及性能之间关系的 重要方法，研究者期望通过对各种钢材金相组织，尤其是晶粒粒径大小、晶粒均匀度等定量 分析，在其微观组织和宏观性能间构建定量关系。有关超细晶粒钢的最新研究结果表明，只 有当超细晶钢满足晶粒超细且晶粒尺寸均匀度均很高的情况下，方才具有理想的综合力学 性能；若只是晶粒超细，但晶粒均匀度偏低，意即混晶度偏高时，则其力学性能将会表现为 强度很高但延伸率偏低的性能偏差现象，极大地削弱了超细晶钢的工程应用性能和范围。
[0003] 然而迄今为止，现有的超细晶钢研发工作基本未涉及到晶粒均匀度的表征、评价， 更谈不上相关的晶粒高均匀度超细晶钢的制备技术，而主要集中于晶粒尺寸的各种细化方 法研究，故而造成以往所研发的超细晶粒钢通常具有高强度、低延伸率及成形性能偏低的 材质通病，极大地限制了超细晶钢的工程应用范围。另外以往的研究很少涉及到钢中微合 金析出粒子尺寸表征及其对晶粒细化、晶粒均匀度的确切影响，究其原因主要是析出粒子 尺寸和晶粒尺寸均匀度的评价指标双缺失使然。但是在乳制变形时，微合金化的作用会产 生新的变化，在多道次乳制变形时，钢的变形累加效应将形成奥氏体晶内析出粒子，极大的 增加了γ-α相变形核点，获得形核率很高且晶粒均匀度亦很高的超细晶粒钢，从而有 望有效治愈以往超细晶粒钢因其晶粒均匀度不高而普遍具有的高强度、低延伸率等材质通 病。但如何在常规热乳设备上制备晶粒高均匀度的超细晶微合金热乳钢板的方法目前国内 外还未见报道。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，填补现有生产技术无法生产出晶粒 高均匀度的微合金超细晶热乳钢板的空白，提供一种晶粒高均匀度的微合金超细晶热乳钢 板及其制备方法，该方法在常规热乳设备上，通过控制热乳变形时的有效变形当量以及利 用微合金元素析出粒子晶内形核，来获得晶粒高均匀度的微合金超细晶热乳钢板。
[0005] 本发明的技术方案是：一种晶粒高均匀度的微合金超细晶热乳钢板的制备方法， 包括以
[0006] 下步骤：
[0007]S1、往钢中单独或复合加入微合金元素，加入量均彡0.15%，进行连铸，得到板 坯；
[0008]S2、将步骤S1中连铸后所得板坯加热到1200°C，保温粗乳后，再进行精乳，得到精 乳钢板，精乳机的入口温度控制在750°C~820°C之间，精乳采用4道次乳制，其总道次变形 量为68%~78%，总道次有效变形当量彡68%，道次间隔时间均< 3s;
[0009] 所述总道次有效变形当量的求解公式为：
[0011] 式中：％-一经过4道次累计变形后的有效变形当量；
[0012] α；--第i道次变形量，i为1，2, 3......;
[0013] XlS--相邻道次软化率，其变化范围在0~1之间；
[0014] XlS计算公式如下：
[0016] 式中，一一第i道次与其后的第j道次之间的软化率；σi-一前一道次的变形 最大应力；σj和σ^ ;--分别为前一道次和本道次变形的屈服应力。
[0017] S3、将所述步骤S2精乳后的钢板层流冷却，卷取温度500°C，得到热乳钢板。
[0018] 上述方案中，所述微合金元素为钒、钛或铌中的任意一种或任意几种的混合物。
[0019] 上述方案中，所述步骤S2中的4道次乳制的压下量均为30~35%。
[0020] 根据上述晶粒高均匀度的微合金超细晶热乳钢板的制备方法制备的热乳钢板，所 述热乳钢板的所述钢的化学成份的按重量百分比计为：C:0. 082~0. 092%，Si:0. 15~ 0· 20%，Mn:0· 55 ~0· 58%，P:0· 008 ~0· 011%，S:0· 005 ~0· 006%，V:0· 082 ~0· 156%， Ti:0· 032 ~0· 038%，Nb:0· 026 ~0· 030%，N:0· 0027 ~0· 0063%。
[0021] 上述方案中，所述热乳钢板的铁素体晶粒尺寸< 2.00μπι，晶粒尺寸均匀度 ^ 1. 80 ；
[0022] 所述晶粒尺寸均匀度JJD的计算公式为：
[0024] 式中，〇d 各晶粒粒径大小的标准差；
[0025] μd--各晶粒粒径大小的期望值。
[0026] 上述方案中，所述热乳钢板的析出粒子的尺寸< 20.OOnm。
[0027] 上述方案中，所述热乳钢板的超细晶铁素体体积比多91. 36%。
[0028] 上述方案中，所述热乳钢板的力学性能为：σ510MPa，σb彡700MPa， δ5彡 25. 5%〇
[0029] 本发明的优点是：
[0030] 1、本发明在制备工艺上提出了有效变形当量这一全新的工艺控制概念，建立了专 门的求解公式。
[0031] 2、本发明无需对现有设备改造，工艺条件简单可控，并具有能耗低、成本低的优 点，能在生产工艺和热乳设备基本不变的条件下，获得晶粒高均匀度的微合金超细晶热乳 钢板。
[0032] 3、本发明所制备的热乳钢板的力学性能为：σ 510MPa，σ b彡700MPa， δ5多25. 5%，冷弯性能全部合格，是晶粒高度均匀、综合力学性能优、性价比高、生产工艺 易控制的微合金超细晶粒钢板。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明实施例1的析出粒子尺寸分析结果；
[0034]图2为本发明实施例1的晶粒尺寸及其均匀度分析结果；
[0035] 图3为本发明实施例1的超细晶铁素体体积比；
[0036] 图4为本发明实施例2的析出粒子尺寸分析结果；
[0037]图5为本发明实施例2的晶粒尺寸及其均匀度分析结果；
[0038] 图6为本发明实施例2的超细晶铁素体体积比；
[0039] 图7为本发明实施例3的析出粒子尺寸分析结果；
[0040]图8为本发明实施例3的晶粒尺寸及其均匀度分析结果；
[0041] 图9为本发明实施例3的超细晶铁素体体积比。
【具体实施方式】
[0042] 本发明在制备工艺上所解决的关键技术问题是提出了有效变形当量这一全新的 工艺控制概念，建立了专门的求解公式。所谓有效变形当量是特指多道次变形工艺中材料 所受到的实际累计变形量，意即是真正使材料内部产生各种硬化畸变的真实累积变形量， 而非传统的多道次变形中的总道次压下量（名义总变形量），众所周知，材料受到多道次的 总道次压下量后，在各道次的间隔时间内，会本能的发生弹性回复及其性能软化，从而使总 道次压下量的实际变形量大打折扣，但是该折扣量究竟为多少，以往的研究均未给出明确 结论。而本发明关于有效变形当量概念的提出和相应求解公式的建立，恰恰能够很好地解 决该问题。
[0043] -种晶粒高均匀度的微合金超细晶热乳钢板的制备方法，包括以下步骤：
[0044] S1、往钢中单独或复合加入微合金元素，加入量均彡0. 15%，进行连铸，得到板 坯；
[0045]S2、将步骤S1中连铸后所得板坯加热到1200°C，保温粗乳后，再进行精乳，，得到 精乳钢板，精乳机的入口温度控制在750°C~820°C之间，精乳采用四道次乳制，其总道次 变形量为68%~78%，其中第一道次、第二道次、第三道次和第四道次压下量均为30~ 35%，总道次有效变形当量彡68%，道次间隔时间均< 3s;
[0046] S3、将所述步骤S2精乳后的钢板层流冷却，卷取温度500°C，得到热乳钢板。
[0047] 所述微合金元素为钒、钛或铌中的任意一种或任意几种的混合物。
[0048] 根据所述的晶粒高均匀度的微合金超细晶热乳钢板的制备方法制备的热乳钢板， 所述热乳钢板的化学成份按重量百分比计为：C:0. 082~0. 092%，Si:0. 15~0. 20%，Mn: 0· 55 ~0· 58%，P:0· 008 ~0· 011%，S:0· 005 ~0· 006%，V:0· 082 ~0· 156%，Ti:0 ~ 0· 038%，Nb:0 ~0· 030%，N:0· 0027 ~0· 0063%。
[0049] 所述热乳钢板的析出粒子的尺寸彡20.OOnm，晶粒平均尺寸彡2. 00μm，晶粒尺寸 均匀度<1. 80,超细晶铁素体体积比彡91. 36%。
[0050] 所述热乳钢板的力学性能为：〇510MPa，σ700MPa，δ5彡25.5%。
[0051] 本发明中对于微合金元素总量<0.15%的实施例钢来说，只有当有效变形当量控 制在彡68%，才能将析出粒子的尺寸控制在彡20.OOnm，从而有利于在奥氏体晶内形成铁 素体形核核心；并通过这些析出粒子的大量晶内形核作用，将铁素体晶粒平均尺寸控制在 彡2. 00μm，晶粒均匀度控制在彡1. 80 ;同时将超细晶铁素体体积比控制在多91. 36% ;继 而获得晶粒高均匀度且既有很高强度又有理想高延伸率的超细晶热乳钢板。该热乳钢板的 力学性能为：σ 510MPa，σb彡700MPa，δ5彡25. 5%，冷弯性能全部合格，充分说明所 制备的钢材是晶粒高度均匀、综合力学性能优、性价比高、生产工艺易控制的微合金超细晶 粒钢板。
[0052] 下面结合附图和3个【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护 范围并不限于此。
[0053]实施例1
[0054] -种晶粒高均匀度的微合金超细晶热乳钢板的制备方法，包括以下步骤：将含钒 0. 101%和铌0.029%的钒-铌微合金钢进行连铸得到板坯，将所得板坯加热到120(TC保温 粗乳后，再进行