[发明专利]一种适用于低压缩比厚板和特厚板轧制的组织细化方法

说明书

本发明提供了一种适用于低压缩比厚板和特厚板轧制的组织细化方法，包括以下步骤：钢坯加热温度为1150～1250℃，保温时间1.5～2h，粗轧温度不大于1150℃，终轧温度不大于980℃，总压缩比3.0～5.0，终轧后在相变前采用的冷却速度不小于10℃/s；钢坯的成分范围为：以质量百分比计，碳含量为0.05～0.16％，锰含量为0.6～1.5％，铌含量为0.03～0.12％，钛含量为0.008～0.016％，氮含量为0.002～0.004％，硅含量为0.15～0.35％，余量为铁及不可避免的杂质，本发明通过优化的成分和工艺设计相配合，调控奥氏体动态再结晶临界应变，在精轧过程中通过奥氏体动态再结晶得到超细奥氏体，利用晶界作为非均匀形核的核心促进相变实现组织细化。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种适用于低压缩比厚板和特厚板轧制的组织细化方法。

背景技术

厚板是建设油气管线、海洋石油平台、大型船舶等大型工程结构的重要支撑材料。随着全球油气资源开采向高寒极地进军，用于高寒地区国际重大工程、油气管道及物流交通等大型结构的厚板材料要求其在高强度水平下同时具有高低温韧性。一般来说能够达到北极等恶劣气候条件的高寒地区使用的厚板，要求在-40℃至-60℃条件下材料需要保持良好的低温韧性。

依据材料学原理，组织细化是最为有效的同时提高钢材强度和塑性的调控手段。为了在热轧过程中实现组织的细化，近年来研究开发了热机械处理(Thermal MechanicalControl Processing—TMCP，也称控轧控冷)新技术。其技术路线是利用轧制过程中抑制奥氏体的形变再结晶得到具有高位错密度的形变奥氏体，在随后的冷却过程中通过高密度的位错作为非均匀形核位置促进形核，得到超细的铁素体晶粒。由此可见，高位错密度是TMCP的核心所在。高位错密度需要大的轧制变形，即需要大的压缩比。然而，对于厚板轧制而言，受到连铸坯尺寸的限制，往往难以得到所要求的压缩比。以生产80mm厚板为例，如果连铸坯厚度为400mm，其总压缩比仅为5。没有足够的压缩比，意味着没有足够的位错密度，从而必然导致组织细化难以实现。因此，现有的TMCP技术在厚板轧制中难以应用。为了克服这一技术难题，本发明提出了一种在热轧过程中通过诱发奥氏体的动态再结晶，以奥氏体动态再结晶得到超细晶粒，利用奥氏体超细晶粒的丰富晶界作为相变非均匀形核的核心来促进铁素体的相变形核，最后得到超细晶粒的产品。此技术相比现有TMCP技术可以大大减少组织细化所要求的压缩比，满足厚板轧制的压缩比特点，不仅节能降耗，同时还可改善产品厚度方向的组织性能的均匀性。

为了提高厚板的综合力学性能指标，国内外近年来针对厚板的组织细化进行了一系列的研究工作，其中以“超快冷技术”和“叠轧技术”为代表。日本JFE钢铁公司在世界率先将在线加速冷却装置用于厚板生产，开发了紧靠轧机的强力冷却装置Super-CR，并利用在线加热装置HOP使回火工艺连续化，实现了厚板的高性能化。东北大学开发了以超快冷技术为基础的新一代TMCP(NG-TMCP)技术。其基本技术特点为，热轧过程中通过低温和尽可能大的变形积累应变，得到形变奥氏体，随后立即实施超快冷技术，最终实现组织调控和组织细化。超快冷技术虽然可以有效地降低奥氏体转变温度来细化组织，但是冷却速度的提高必然涉及到生产设备的改造和投入，而且仅仅依靠冷却速度降低相变温度所细化的程度有限。同时也会进一步加剧厚板由于温度和应变分布不均匀导致的组织性能不均匀的问题。利用上述技术来根本解决压缩比受限的大规格厚板组织细化问题还存在一定的技术难题和瓶颈。