一种高性能低合金中厚钢板及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高性能低合金中厚钢板及其制备方法，尤其涉及一种利用两相区 轧制控制相间沉淀中厚钢板的制备方法，属于热轧钢板的生产技术领域。
【背景技术】
[0002] 对于含Nb、V、Ti等强碳化物形成元素的微合金钢，在对其进行热轧处理时，钢中 碳氮化物的析出过程可以分为三类：(a)奥氏体中的析出，也就是形变诱导析出；(b)铁素 体中的过饱和析出；（c) γ - α相变时的相间析出（相间沉淀)。Honeyeombe、Patricio L、Amin等学者对这三类析出作了细致的研宄，表明奥氏体中的析出相对钢屈服强度的提高 并没有什么贡献，而铁素体中的过饱和析出和相间析出对材料屈服强度的提高有重要的影 响。
[0003] 在上述微合金钢的奥氏体向铁素体转变过程中，细小的碳氮化物会在γ/α相界 面周期性的形核生长，最终这些碳氮化物非常有规律的成排地附着在铁素体基体上，这就 是相间析出（相间沉淀)。目前，已经有不少学者对低碳微合金钢中细小碳氮化物颗粒的相 间析出行为进行了研宄。杨哲人、赵爱民、王昭东等课题组通过TMCP工艺以及等温相变方 式，分别研宄了 Ti、Ti-Mo、Ti-V、Ti-Nb、Ti-Nb-Mo等高强度低合金钢中的纳米级碳化物的 相间析出行为。王国栋等学者针对V-Ti微合金钢中的相间析出进行了细致的研宄，其通 过在奥氏体再结晶区和非再结晶区进行两阶段轧制，随后以50 °C/s的冷却速率冷却至 680-750°C，并在以上温度等温30min，使之发生铁素体相变，大量的5-7nm的相间析出颗 粒分布在铁素体基体上，沉淀强化量可达到360MPa，使低合金钢的抗拉强度和屈服强度大 巾畐提尚。
[0004] 然而这些纳米级相间析出颗粒都是通过等温处理得到的，而且由于中厚板无法进 行卷曲工艺（等温处理)，所以，迄今为止在中厚板的生产中利用相间沉淀的沉淀强化作用 来提高钢板强度很难实现。因此，设计一种简单的轧制工艺，使微合金钢中第二相颗粒能够 在动态相变过程中以相间沉淀的方式析出，并结合动态相变细化晶粒的作用来保证钢板强 度和良好的低温韧性，这对发展高强高韧中厚板是十分有必要的。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种高性能低合金中厚钢板及其制备方法，钢板厚度 为10-20mm，利用两相区轧制控制相间沉淀，使其屈服强度在420-520MPa，抗拉强度在 530-630MPa，延伸率在30-35%，-20°C的V型冲击功>75J。综合力学性能优化匹配，以满足 实际应用。
[0006] 本发明钢板的化学成分质量百分比分别如下：C :0. 05-0. 10%，Si :0. 10-0. 30%， Mn ：1, 20-1. 80%, P^0.0 1%, S^0.0 1%, N^0.00 4%, Al ：0. 015-0. 025%, Ti ：0. 025%-〇, 049%, Nb :0.01-0. 10%，Mo 15%，其它为Fe和不可避免的杂质。
[0007] 本发明的轧制工艺的技术参数如下：将钢坯加热到1100-1200°C保温I. 5-2. 5h ，然后依次在奥氏体再结晶区、非再结晶区以及奥氏体/铁素体两相区内进行轧制，总压 下变形量为80-93%。其中第一阶段为奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1000-1100°C，终 轧温度为960-1000°C ;第二阶段为非再结晶区轧制，开轧温度为900-960°C，终轧温度为 850-900°C ;第三阶段为奥氏体/铁素体两相区轧制，开轧温度为800-770°C，终轧温度为 600-700°C，该阶段轧制变形量为50-70%。随后以0. 5-4°C /s的冷速冷至室温。按上述方 法中所述的合金成分和轧制方法获得的钢板，由于在两相区进行一定道次的轧制，大量的 碳化物颗粒以相间沉淀的方式析出，其成分为（Ti，Nb)C或（Ti，Nb，Mo)C，该析出相颗粒的 的尺寸在5-10nm之间；同时铁素体晶粒也进一步得到细化，最终热轧态钢板的屈服强度 420-520MPa，抗拉强度 530-630MPa，延伸率在 30-35%，-20°C 的 V 型冲击功 >75J ; 上述利用两相区轧制控制相间沉淀中厚钢板中主要合金元素设计原理以及工艺控制 原理如下： 合金元素钛在本发明中的主要作用是，与C结合形成含钛的碳化物，在轧制过程中少 量的形变诱导析出的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；在连续冷却的过程中的低温区，Ti与合金元素钼、铌一 起形成的纳米尺寸的复合碳化物，在γ - α相变时，它们会以相间析出的形式析出并分布 在铁素体基体上，同时还有铁素体中过饱和析出的碳化物，从而起到沉淀强化的效果。
[0008] 铌、钼是本发明钢中另外两种关键性合金元素。铌作为最有效的细化奥氏体晶粒 的合金元素，在热机械轧制时奥氏体变形过程中固溶的Nb以及形变诱导析出的Nb(C，N)可 以有效的推迟再结晶，从而产生晶粒细化的作用。Nb还可以与Ti、Mo -起形成复和碳化物， 由于这些碳化物尺寸大多是纳米级的，因此具有一定的沉淀强化作用。Hara以及Tanaka 等人在研宄合金元素 Mo的作用时，指出Mo元素能够有效的降低C的活性，也即是Mo可以 降低C在奥氏体中的扩散速率，这样就会使得C不能有效的与Ti或者Nb结合生成碳化物。 因此，当加入合金元素 Mo时，在奥氏体的轧制过程中保留在固溶体中的合金元素原子数的 数量就会增多，而这些固溶的合金元素一方面会推迟奥氏体向铁素体的转变，使其在更低 的温度下进行；另一方面，在γ - α相变过程中，固溶的合金元素会在铁素体基体上析出 细小的颗粒，在相变之后，合金元素也有可能析出，这些颗粒在尺寸上均比在奥氏体中形成 的颗粒尺寸小，沉淀强化的效果也更显著。另外，固溶的Mo元素还会在Ti (C，N)、Nb(C，N) 析出相与基体界面之间起到一定的隔离作用，抑制颗粒长大，降低钛、铌元素的扩散能力， 因此可细化晶粒、提高碳化物的稳定性，提高强度。
[0009] 该相间沉淀中厚板是在奥氏体再结晶区和非再结晶区两阶段控制轧制，在高温区 的奥氏体再结晶控制轧制过程中，可通过反复的再结晶来抑制奥氏体晶粒的粗化，从而获 得细小的奥氏体组织；在未再结晶区的控制轧制过程中，不发生奥氏体再结晶的现象，通过 在未再结晶温度区的变形以实现变形的