[发明专利]具有优良韧性和焊接性的双相高强度钢板

说明书

本发明涉及高强度钢及其制造方法，该钢在作构件用途方面是有用的，而且被用作干线管的加工原料。更准确地说本发明涉及含铁素体和马氏体/贝氏体相的双相高强度钢的制造方法，在该钢中，整个板厚的显微组织和机械性能大致是均匀的，而且该板的特征在于其优越的韧性和焊接性。

包含相当软的相铁素体和相当硬的相马氏体/贝氏体的双相钢是通过在Ar3和Ar1转变点间的温度下退火、接着以范围为从空冷到水淬的冷却速度冷至室温而制成的。所选的退火温度取决于该钢的化学成份及铁素体和马氏体/贝氏体相间的所希望的体积关系。

低碳和低合金双相钢的开发已大量记载于文献中，而且一直是冶金界中广泛研究的课题；比如，有关于“Fundamentals of Dual PhaseSteels”和“Formable HSLA and Dual Phase Steels”的会议记录及专利US.4,067,756和5,061,325。但是，双相钢的应用一直在很大程度上集中于汽车工业，其中这种钢的独特的高的加工硬化特性被利用来改善汽车钢板在加工和冲压工序中的成形性。因此，一直将双相钢限于薄板，其厚度一般在2-3mm的范围内，而且小于10mm，其屈服强度和极限抗拉强度的范围分别为50-60Ksi和70-90Ksi。还有，马氏体/贝氏体相的体积一般占其显微组织的10-40％，其余为较软的铁素体相。

因此本发明的目的是利用双相钢的高的加工硬化能力使钢板在形成干线管的过程中，在经受1-3％的变形后达到≥100Ksi，更好是≥110Ksi的高屈服强度，而不是改善其成形性。因此，具有后文所述特征的双相钢板是作干线管的原料。

本发明的目的在于在板厚至少为10mm的板的整个厚度中形成大致均匀的显微组织。另一目的是使各构成相在显微组织中细等级地分布，从而将贝氏体/马氏体的体积百分比的有效界限扩展到约75或更高，从而形成以优良韧性为特征的高强度双相钢。本发明再一目的是提供具有优越的焊接性和抗热影响区(HAZ)软化能力的高强度双相钢。

按照本发明，钢的化学成份与轧制工艺的加热变形控制达到了平衡，从而得以制成这样一种高强度双相钢：经过1-3％变形后的屈服强度大于100Ksi，而且至少为110Ksi，它可用作干线管的加工原料，并且具有在铁素体基体中的，占显微组织40-80％，更好是50-80％(体积)的马氏体/贝氏体相，而该贝氏体在马氏体/贝氏体中占到约50％以下。

在一较佳实施方案中，该铁素体基体通过高密度位错即＞10¹⁰cm/cm³和V和Nb的碳化物或碳氮化物和Mo的碳化物、即(V，Nb)(C，N)和MO₂C中的至少一种、而最好是其全部的细尺寸的析出物的分散而进一步被强化。V，Nb和Mo的碳化物或碳氮化物的非常细(直径≤50埃)的析出物是在铁素体相中通过相间析出反应形成的，该反应在低于Ar3的温度的奥氏体-铁素体转变过程中发生。这些析出物主要是V和Nb的碳化物，而这里指的是(V，Nb)(C，N)。因此通过保持此化学成份与轧制工艺的加热-变形控制间的平衡就可生产出厚度至少约15mm，更好是至少约20mm并具有超高强度的双相钢。

该钢的强度与马氏体/贝氏体相的存在有关，其中提高此相的体积则提高了强度。尽管如此，还必须保持强度和韧性(延展性)间的平衡，其中该韧性是由铁素体相提供的。比如，在存在至少约40％(体积)的马氏体/贝氏体相时，2％的变形后产生了至少约100Ksi的屈服强度，而当马氏体/贝氏体相至少为约60％(体积)时，屈服强度至少为约120Ksi。

这种优选的钢，即具有铁素体相中高密度位错和V和Nb析出物的钢是通过在Ar3和Ar1转变点间的温度下精轧压制并且急冷至室温而制成的。因此其工艺与用于汽车工业的双相钢不同，该钢通常厚10mm或更小，而且其屈服强度为50-60Ksi，在该铁素体相中必须无析出物以保证适宜的成形性。该析出物在铁素体和奥氏体间的移动的界面处不连续地形成。但是，该析出物仅在若存有适量的V或Nb或其二者，而且细心控制轧制和加热条件时才形成。因此V和Nb是该钢的化学成份中的关键元素。

图1展示了扫描电子显微镜的照片，它给出淬火合金A3的铁素体相(灰色)和马氏体/贝氏体相(亮区)。该图示出了按本发明生产的双相钢的最终产物。

图2展示了铁素体相中范围为小于约50A，更好是10-50A的Nb和V的碳氮化物析出物的透射电子显微镜照片。