一种具有超低温韧性的590MPa级钢板及其制备方法与流程

本发明涉及钢铁材料，特别涉及一种具有超低温韧性的590mpa级钢板及其制备方法。

背景技术：

1、我国能源气体的需求推动了低温工程的迅猛发展，需要更多低温、超低温环境服役用钢材。低温钢的主要功能是在服役过程中防止钢材因低温脆性而发生意外失效，低温韧性是低温钢的关键技术指标之一。

2、含镍低温钢是最常用的一类低温钢，随着ni含量的增加，钢的服役温度显著降低，例如3.5％ni钢可服役于-101℃温度环境中，5％ni钢可服役-120℃温度环境，9％ni钢和近期国际上研制的7％ni钢均可安全服役于-163～-196℃的环境中。逆转变奥氏体是低温钢中的重要显微结构形态，可以使低温韧性和低温服役性能得到极大程度的发挥。但是，在现有技术的低温钢中，逆转变奥氏体的作用和优势并未得到充分挖掘和利用。考虑到镍资源的宝贵，如何使钢材在使用相当或更低的镍含量条件下，具有更优异的超低温韧性和更高的强度，使钢材在低温服役环境下具有更好的性价比和结构减重效果成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述情况，本发明旨在提供一种具有超低温韧性的590mpa级钢板及其制备方法，用于解决现有低温钢的强度级别、韧性等级不足与镍含量匹配过剩的矛盾问题。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

3、一方面，本发明提供了一种具有超低温韧性的590mpa级钢板，具有超低温韧性的590mpa级钢板的组分以质量百分比计包括：c：0.030％～0.085％，si：0.02％～0.18％，mn：0.90％～1.42％，p：≤0.008％，s：≤0.003％，cr：0.05％～0.25％，mo：0.02％～0.20％，ni：5.45％～6.75％，cu：0.75％～1.85％，nb：0.008％～0.035％，al：0.02％～0.036％，ti：0.008％～0.022％，余量为fe及其他不可避免的杂质。

4、进一步的，具有超低温韧性的590mpa级钢板中的ni、mn、cu的含量与钢板的厚度t还满足：100ni+67cu+50mn≥6.45+0.088t1/2，其中ni、mn、cu指的是元素的质量百分比，t以mm计。

5、进一步的，具有超低温韧性的590mpa级钢板中，ni+cu＞6.7％，其中ni、cu指的是元素的质量百分比。

6、进一步的，具有超低温韧性的590mpa级钢板的组分以质量百分比计包括：c：0.05％～0.08％，si：0.04％～0.15％，mn：1.0％～1.4％，p：≤0.008％，s：≤0.003％，cr：0.09％～0.25％，mo：0.05％～0.20％，ni：5.6％～6.7％，cu：0.9％～1.8％，nb：0.01％～0.03％，al：0.02％～0.03％，ti：0.008％～0.02％，余量为fe及其他不可避免的杂质。

7、进一步的，具有超低温韧性的590mpa级钢板的全截面的基体组织包括回火马氏体+板条贝氏体组织，有效晶粒尺寸为2.75～3.35μm。

8、进一步的，具有超低温韧性的590mpa级钢板的组织结构中含有少量逆转变奥氏体。

9、进一步的，逆转变奥氏体的体积百分数为5％～16％。

10、进一步的，逆转变奥氏体的等效直径为5～25nm。

11、本发明还提供了一种上述具有超低温韧性的590mpa级钢板的制备方法，包括以下步骤：

12、步骤1、将钢坯进行均匀化处理；

13、步骤2、采用两阶段控制轧制；

14、步骤3、轧制后钢板入水加速冷却；

15、步骤4、对钢板进行热处理，热处理包括一次淬火，两相区淬火，回火。

16、进一步的，步骤1中，均匀化处理的温度为1080～1160℃。

17、与现有技术相比，本发明有益效果如下：

18、a)本发明的具有超低温韧性的590mpa级钢板在以镍元素为主要韧化元素的基础上，采用ni、mn、cu等奥氏体形成元素与c含量配合，提供奥氏体化稳定性化学因素，并与相应的两相区配分热处理工艺配合，为获得数量和分布有益的逆转变奥氏体奠定了原料基础，本发明发现了ni、mn、cu的元素当量关系，对维持不同厚度范围内的奥氏体稳定化具有重要作用，本发明的ni、mn、cu的最低含量不等式是获得具有超低温韧性的不同强度等级钢板的重要成分基础。相同等级条件下，钢板厚度越大所需的ni、mn、cu含量越高。本发明在成本不显著增加的情况下，使钢的淬透性显著增加，可在较宽的厚度规格范围内稳定获得回火马氏体+板条贝氏体的全低温转变组织，全厚度截面范围均避开了对低温韧性有明显恶化作用的高温转变粒状贝氏体，使钢的强度稳定提高且截面均匀性良好。

19、b)本发明的具有超低温韧性的590mpa级钢板中nb、al、ti等微合金化元素的加入，与c、n等间隙元素相互作用，析出tin、nb(cn)、aln，可分别在轧制加热、tmcp轧制和热处理再加热过程抑制奥氏体晶粒尺寸的长大，细化原始奥氏体晶粒。与现有技术相比，本发明通过多类型、多尺度、多分布的弥散析出粒子配合，tin粒子主要分布位于10～120nm，平均粒径约26nm，nb(cn)粒子主要分布位于5～50nm，平均粒径约16nm，aln粒子主要分布位于3～15nm，平均粒径约5nm。由上述多阶段综合抑制可使最终产品的原始奥氏体晶粒尺寸稳定在11～17μm的细小范围，终态的原始奥氏体晶粒尺寸细小。细小的奥氏体晶粒尺寸也是本发明获得良好超低温韧性的基础来源之一。

20、c)本发明的具有超低温韧性的590mpa级钢板通过精确控制成分、匹配合适的热处理工艺保证本发明的钢板的逆转变奥氏体的含量(ra％)为5％～16％，逆转变奥氏体的等效直径(dra)为5～25nm，逆转变奥氏体数量显著增加，分布优化。另一方面，逆转变奥氏体的元素富集程度明显增加，与基体的元素含量相比，元素富集区的ni平均含量可达到基体含量的1.6～2.2倍，mn含量为基体含量的1.6～3.0倍，富集区的cu元素含量也达到基体含量的1.8～2.8倍，进一步提高了逆转变奥氏体的稳定性水平。与现有技术相比，本发明的钢板中的逆转变奥氏体体积含量提高，尺寸减小，数量明显增加，稳定性显著提高，有效阻碍了低温条件下冲击载荷的裂纹尖端扩展速率，提高钢的低温韧性水平。

21、d)本发明的具有超低温韧性的590mpa级钢板的制备方法中，采用两相区元素配分的热处理工艺，即一次淬火+两相区元素配分淬火+回火。一次淬火加热过程使钢完全奥氏体化，淬火得到高位错密度的板条马氏体(+板条贝氏体)组织和少量残余奥氏体；在两相区二次淬火的加热过程中，形成回火马氏体和奥氏体的混合物，在两相的奥氏体位置形成元素富集区，该元素富集区具有如下特征：1)前道工序的细化原始奥氏体使该富集区具有细小、分散的特征，2)ni、mn、cu、c等奥氏体稳定元素的成分配合使该元素富集区的奥氏体稳定性显著提高。该元素富集区经再次回火后，元素再次重新分配，在更小的区域内元素富集程度更高，形成的逆转变奥氏体稳定性更高。

22、e)本发明的具有超低温韧性的590mpa级钢板的强度和低温韧性优异。例如钢板的常温性能为：屈服强度为590mpa以上(例如605～680mpa)，抗拉强度为790mpa以上(例如805～855mpa)，延伸率为28％以上(例如28.5％～33％)；-196℃低温性能为：屈服强度为900mpa以上(例如925～990mpa)，抗拉强度为1150mpa以上(例如1150～1210mpa)，延伸率为30％以上(例如32％～36％)；-196℃冲击功为200j以上(例如201～254j)；-253℃冲击功为120j以上(例如122～170j)；冲击断面50％纤维率韧脆转化温度(fatt50)为-220℃以下，例如-230～-240℃。本发明的钢板与en10028、gb 713-5、jis g3127等标准所述7％ni、9％ni钢牌号相比，韧性水平更高，强韧性匹配和稳定性更好，所需镍含量更低，可稳定生产的产品极限厚度更大。

23、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的内容来实现和获得。