低屈强比表层超细晶低碳钢厚板的制造方法 技术领域 本发明属于金属材料技术领域， 尤其涉及一种具有低屈强比的表层超细晶低碳钢 厚板的制造方法。
背景技术 在所有改善钢材性能的措施当中， 晶粒细化是惟一在提高强度的同时不降低塑性 和韧性的强化手段， 是保证钢材获得高抗断裂性、 抗疲劳性能和良好的低温韧性的最佳技 术方法。国内外针对钢的组织超细化机理开展了大量的研究工作， 其中， 形变诱导 ( 强化 ) 铁素体相变， 铁素体动态再结晶理论已经逐渐为人们所接受。这些理论的工业应用在热连 轧板卷及长型材生产取得了很好的效果， 工艺上容易实现短道次间隔和低温大变形， 热轧 过程产生的部分残余塑性变形能不能被释放， 终轧后快速冷却， 因而铁素体晶粒容易细化。 与之相比， 由于中厚板生产流程自动化程度低， 轧制道次间隔时间长， 在整个厚度方向上， 难于满足大的形变和高的冷却速度等条件， 中厚板的组织细化很困难， 故只能通过改进控 轧控冷工艺来实现组织细化。但是目前的 TMCP 工艺细化晶粒的程度很有限， 所获得的铁素 体粒径局限至 5μm。
申请号为 2006100219038.7， 名为 “低屈强比超细晶粒带钢的制造方法” 、 申请 号为 200610040735.2， 名为 “一种微合金超细晶粒热轧钢板的制备方法”和专利号为 03156179.9， 名为 “一种超细组织低碳钢的控制轧制方法” 的中国专利均是对厚度在 20mm 以下的热轧卷板 ( 薄板 ) 超细组织的研究， 利用微合金元素的析出相晶内形核和形变诱导 铁素体相变技术， 采用薄板连轧工艺， 获得超细晶热轧钢板， 平均晶粒尺寸在 4μm 以下。 但， 对于厚度≥ 20mm 的中厚钢板的组织细化技术没有描述。
发明内容 本发明的目的在于克服现有技术的不足， 弥补现有厚板生产工艺无法生产超细晶 粒中厚板的空白， 提供一种在现有厚板生产设备上利用中间坯快速冷却 + 回温的工艺进行 轧制以获得表层超细晶厚板的生产方法。
本发明是这样实现的 ： 该低屈强比表层超细晶低碳钢厚板的制造方法包括冶炼、 连铸和轧制， 其特点是轧前钢坯加热温度为 1050 ～ 1180 ℃， 采用两阶段轧制， 第一阶段 轧制温度控制在≥ 1000℃， 中间坯的厚度为成品厚度的 2.5 倍以上， 轧后加速冷却使中间 坯表面降温至 350 ℃～ 550 ℃， 冷却速度≥ 20 ℃ /S， 随后待温， 当温度回升到最高 730 ～ 800℃， 直接进行第二阶段轧制， 终轧温度控制在 680 ～ 750℃， 随后进行二次冷却， 成品厚 度≥ 20mm。
本发明低碳钢厚板的制造方法所述的二次冷却可以采用水冷， 其冷却速度为 1 ～ 20℃ /s， 终冷温度为 500 ～ 600℃， 之后空冷 ； 也可以直接采用空冷。
本发明低碳钢厚板的制造方法所述厚钢板以低 C 为基本特征， 以成本低廉的 Mn 元素作为主要添加元素， 其化学成分重量百分比为 ： C： 0.08 ％～ 0.20 ％、 Si ： 0.20 ％～
0.40％、 Mn ： 1.20％～ 1.80％、 Als ： 0.010％～ 0.050％， 余量为 Fe 及不可避免的杂质。
本发明生产方法对铁水进行预处理 ； 采用转炉冶炼， 通过顶吹或顶底复合吹炼， 尽 可能深脱碳 ； 采用 VD、 RH、 LF 等进行精炼处理， Ca 处理， 结合钢中 S 含量和出钢量， 喂 Si-Ca 线， 控制硫化物形态， 提高延性和韧性， 减小钢板横向和纵向性能差 ； 连铸采用电磁搅拌， 减 少元素偏析。
本发明钢种以成本低廉的 Mn 元素作为主要添加元素， 不含任何微合金元素， 制造 工艺简单、 无需复杂的热处理程序， 依靠中间坯自身蓄热就可获得表层超细块状的铁素体 组织 ( 表层 1mm 处的平均晶粒尺寸≤ 0.7μm， 距钢板表层 2mm 处的平均晶粒尺寸≤ 1μm， 距钢板表层 4mm 处的平均晶粒尺寸≤ 3μm)， 既降低了生产成本， 又缩短了生产周期， 适合 于厚板生产 ； 本发明在保证具有高强度 ( 抗拉强度≥ 500MPa)、 高韧性的同时， 还可以将屈 强比控制在 0.8 以下。与常规的轧制工艺相比， 钢板沿厚度方向心部组织没有变化， 即为铁 素体 + 珠光体组织， 所以此工艺对钢板原有的焊接性能影响不大， 并具有良好的低温韧性 和阻止裂纹扩展能力。 附图说明
附图 1 为本发明获得的晶粒度沿钢板厚度方向变化的曲线图。 附图 2 为本发明厚钢板表层组织图。 附图 3 为本发明厚钢板心部组织图。 附图 4 为本发明厚钢板表层微观 TEM 组织图。 附图 5 为本发明厚钢板低温韧性曲线图。 附图 6 为本发明厚钢板裂纹扩展速率曲线图。具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
本发明实施例的化学成分见表 1， 其轧制工艺见表 2， 轧态力学性能见表 3。从表 3 可以看出采用本发明生产方法对钢板的常规性能影响不大。
图 5 表明用本发明生产方法轧制的厚钢板具有良好的低温韧性， 对于尺寸为 5×10×55mm 的冲击试样， 钢板表层的冲击功在 -100 ℃仍然高于心部 ( 常规工艺下状 态 )30J。
采用本发明生产方法轧制的厚钢板具有高的阻止疲劳裂纹扩展能力， 如图 6 所 示， 总的趋势是， 常规轧制钢板的 da/dN 要快于采用本工艺轧制的钢板。裂纹扩展速率由高 至低所采用的工艺依次为常规工艺， 本工艺空冷， 本工艺水冷。
表 1 本发明实施例钢种的冶炼成分 (Wt％ )
实施例 1C 0.08Si 0.35Mn 1.40Als 0.0344101906519 A CN 101906522说2 3 4 5 0.16 0.10 0.10 0.18明0.2 0.23 0.27 0.2书1.80 1.42 1.50 1.43 0.050 0.035 0.041 0.0423/3 页
*： Pcm ＝ C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B 表 2 本发明实施例轧制工艺
表 3 本发明实施例的力学性能