CN103276179A

CN103276179A - 一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法

Info

Publication number: CN103276179A
Application number: CN2013102259270A
Authority: CN
Inventors: 刘朝霞; 吴年春; 尹雨群; 崔强
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2013-09-04

Abstract

本发明涉及一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法，包括普通管线钢的制备步骤，还包括两相区淬火或回火步骤，具体为：将普通管线钢再加热至温度为780～830℃后保温，保温时间为2min/mm×管线钢的板厚，然后进行水淬或空气冷却，制得具有双峰晶粒分布的管线钢。进行水淬或空气冷却时，冷却速度介于1～20℃/s。本发明充分发挥钢中弥散析出相的强化作用，在钢中获得具有双峰分布的粗细不同的晶粒的组织，来弥补单纯超细晶粒钢塑性较低的现象，保持原钢材的基本性能，还使屈强比低于0.70。

Description

一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法

技术领域

本发明涉及一种管线钢的制造方法，更具体地说，涉及一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法，属于管线钢制造技术领域。

背景技术

21世纪钢铁仍是占主导的结构材料，没有一种材料能够全面代替钢铁。随着社会和经济的发展，钢铁工业面临着节省资源、节约能源、保护环境的三大压力。因此，改善钢材质量，降低成本，开发与人类友好的钢铁材料，大幅度提高其综合力学性能，已成为钢铁材料研究的主要方向。其中，采用热机械控制轧制技术（TMCP）和形变诱导铁素体相变技术（DIFT）低成本地生产细晶粒高强度钢是当前冶金行业的发展方向。

通常，钢材的屈服强度和抗拉强度与晶粒直径d的-1/2次方成正比，晶粒细化将使钢材的屈服强度和抗拉强度显著提高，但晶粒细化对屈服强度的贡献比对抗拉强度的贡献更大，晶粒越细屈强比越高。屈强比的升高将导致钢材的冷成型性能显著下降。另外，晶粒越细，强度提高，室温延伸率越小。因而，高屈强比、低塑性是现有超细晶生产技术尚需解决的难题。

近年来的研究表明，在钢材中的超细晶组织中引入适量的相对粗大的晶粒，即造成双峰尺寸分布的晶粒结构，可以在强度损失很小的情况下极大提高延伸率，但是，目前的工艺方法并未解决屈强比的问题，获得钢材的屈强比很高，钢塑性很差，极大的限制了钢材的应用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种提高钢塑性，扩展钢材的应用范围的高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法，包括普通管线钢的制备步骤，还包括两相区淬火或回火步骤，具体为：将普通管线钢再加热至温度为780～830℃后保温，保温时间为2min/mm×管线钢的板厚，然后进行水淬或空气冷却，制得具有双峰晶粒分布的管线钢。

本发明进一步限定的技术方案是：进行水淬或空气冷却时，冷却速度介于1～20℃/s，以防止铁素体晶粒长大。

进一步地，制得的管线钢的金相组织为具有双峰分布的铁素体超细晶粒结构，其中直径在1μm以下的晶粒的体积分数约占50～55%，5-10μm晶粒体积分数约30～35%，剩余组分为其他尺寸范围的晶粒。

进一步地，制得的管线钢的力学性能为：屈服强度为450～530MPa，抗拉强度为670～760MPa，延伸率≥27%，屈强比Rt0.2/Rm≤0.70。

进一步地，普通管线钢的制备步骤采用常规工艺，其化学成分有两种配比，第一种配比为：C：0.072wt%；Si：0.20wt%；Mn：1.55wt%；P：0.010wt%；S：0.0018wt%；Nb：0.025wt%；V：0.025wt%；Ti：0.011wt%；Cu：0.20wt%；Cr：0.10wt%；Ni：0.15wt%；Alt：0.030wt%。第二种配比为：C：0.080wt%；Si：0.25wt%；Mn：1.35wt%；P：0.013wt%；S：0.0027wt%；Nb：0.026wt%；V：0.020wt%；Ti：0.012wt%；Cu：0.25wt%；Cr：0.15wt%；Ni：0.16wt%；Alt：0.025wt%。本发明的制造方法提高普通管线钢的钢塑性能，对上述两种化学成分配比的管线钢效果更好，更能低热处理过程中钢材屈服强度的损失，大幅度提高抗拉强度。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法，通过增加两相区淬火或回火步骤，并且，两相区淬火或回火步骤中采用高温加热保温，增加析出物析出几率，充分发挥钢中弥散析出相的强化作用，在钢中获得具有双峰分布的粗细不同的晶粒的组织，来弥补单纯超细晶粒钢塑性较低的现象，保持原钢材的基本性能，还使屈强比低于0.70；本发明在很小强度损失的条件下大大提高超细晶钢的常温塑性，提高钢材的冷成型性能，拓宽超细晶钢结构应用范围，降低热处理过程中钢材屈服强度的损失，大幅度提高抗拉强度；本发明不需要改变原管线钢的成分，以及轧制工艺，不需要在轧制过程中进行较难控制的如弛豫析出过程或者如形变诱导铁素体相变技术中低温大压下快冷的方法，该技术操作简便，不影响现场生产节奏，生产工艺稳定，可操作性强，成本低、获得的材料综合性能优异，可经济地应用于具有优异综合力学性能的超细晶钢板材的生产。

附图说明

图1为实施例1通过TMCP+亚温淬火获得的具有双峰分布的超细晶粒钢的扫描电镜照片；

图2是实施例2通过TMCP+亚温回火获得的具有双峰分布的超细晶粒钢的扫描电镜照片。

具体实施方式

本发明提供一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法，包括普通管线钢的制备步骤，还包括两相区淬火或回火步骤，具体为：将普通管线钢再加热至温度为780～830℃后保温，保温时间为2min/mm×管线钢的板厚，然后进行水淬或空气冷却，制得具有双峰晶粒分布的管线钢。进行水淬或空气冷却时，冷却速度介于1～20℃/s。

实施例1

本实施例使用板厚为21mm的普通管线钢，化学成分见表1，组织为贝氏体组织。

表1：实施例1所述的普通管线钢的化学成分（wt%）

C	Si	Mn	P	S	Nb	V	Ti	Cu	Cr	Ni	Alt
												0.072	0.20	1.55	0.010	0.0018	0.025	0.025	0.011	0.20	0.10	0.15	0.030

普通管线钢的制造及轧制采用常规的制备及轧制工艺。

普通管线钢制造完成后，在进行两相区淬火步骤，具体为：将普通管线钢置于热处理炉中重新加热到810℃，然后在此温度下保温42min，增加Nb、V、N等析出物析出几率，降低热处理过程中钢材屈服强度的损失，大幅度提高抗拉强度。保温结束后采取用水淬火的方式，将管线钢冷却，冷却速度介于1～20℃/s。

处理后管线钢的力学性能见表2，显微组织的扫描电镜照片如图1所示，管线钢为均匀的具有双峰分布的超细晶粒铁素体组织结构，其中，直径在1μm以下的晶粒的体积分数约占50%，5-10μm晶粒体积分数约占35%，其余尺寸范围晶粒的体积分数约占15%。

表2：实施例1制造的管线钢的力学性能

实施例2

本实施例使用板厚为21mm的普通管线钢，化学成分与实施例1中使用的普通管线钢相同，见表1。

本实施例的普通管线钢的制造及轧制工艺与实施例1中的工艺相同。

普通管线钢制造完成后，在进行两相区淬火步骤也与实施例1基本相同，不同点为：在预处理炉中重新加热的温度为830℃。

处理后管线钢的力学性能见表3，管线钢为均匀的具有双峰分布的超细晶粒铁素体组织结构，其中，直径在1μm以下的晶粒的体积分数约占52%，5-10μm晶粒体积分数约占34%，其余尺寸范围晶粒的体积分数约占14%。

表3：实施例2制造的管线钢的力学性能

实施例3

本实施例使用板厚为21mm的管线钢，化学成分见表4，组织为贝氏体组织。

表4：实施例3所述的普通管线钢的化学成分（wt%）

C	Si	Mn	P	S	Nb	V	Ti	Cu	Cr	Ni	Alt
												0.080	0.25	1.35	0.013	0.0027	0.026	0.020	0.012	0.25	0.15	0.16	0.025

普通管线钢的制造及轧制采用常规的制备及轧制工艺。

普通管线钢制造完成后，在进行两相区回火步骤，具体为：将普通管线钢置于热处理炉中重新加热到780℃，然后在此温度下保温42min，保温结束后采取用空气冷却的方式，将管线钢冷却，冷却速度介于1～20℃/s。

处理后板材的力学性能见表5，显微组织的扫描电镜照片如图2所示，铁素体亦呈双峰晶粒尺寸分布的组织结构，其中直径在1μm以下的晶粒的体积分数约占55%，5-10μm晶粒体积分数约占30%，其余尺寸范围晶粒的体积分数约占15%。

表5：实施例3制造的管线钢的力学性能

实施例4

本实施例使用板厚为21mm的普通管线钢，化学成分与实施例3中使用的普通管线钢相同，见表4。

本实施例的普通管线钢的制造及轧制工艺与实施例3中的工艺相同。

普通管线钢制造完成后，在进行两相区回火步骤也与实施例3基本相同，不同点为：在预处理炉中重新加热的温度为800℃。

处理后管线钢的力学性能见表6，管线钢为均匀的具有双峰分布的超细晶粒铁素体组织结构，其中，直径在1μm以下的晶粒的体积分数约占53%，5-10μm晶粒体积分数约占32%，其余尺寸范围晶粒的体积分数约占15%。

表6：实施例4制造的管线钢的力学性能

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法，包括普通管线钢的制备步骤，其特征在于，还包括两相区淬火或回火步骤，具体为：将普通管线钢再加热至温度为780～830℃后保温，保温时间为2 min/mm×管线钢的板厚，然后进行水淬或空气冷却，制得具有双峰晶粒分布的管线钢。

2.根据权利要求1所述的一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法，其特征在于，进行水淬或空气冷却时，冷却速度介于1～20℃/s。

3.根据权利要求1所述的一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法，其特征在于，制得的管线钢的金相组织为具有双峰分布的铁素体超细晶粒结构，其中直径在1μm以下的晶粒的体积分数约占50～55%，5-10μm晶粒体积分数约30～35%，剩余组分为其他尺寸范围的晶粒。

4.根据权利要求1所述的一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法，其特征在于，制得的管线钢的力学性能为：屈服强度为450～530MPa，抗拉强度为670～760MPa，延伸率≥27%，屈强比Rt0.2/Rm≤0.70。

5.根据权利要求1所述的一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法，其特征在于，普通管线钢的制备步骤采用常规工艺，其化学成分为：C：0.072 wt%；Si：0.20 wt%；Mn：1.55 wt%；P：0.010 wt%；S：0.0018 wt%；Nb：0.025 wt%；V：0.025 wt%；Ti：0.011 wt%；Cu：0.20 wt%；Cr：0.10 wt%；Ni：0.15 wt%；Alt：0.030 wt%。

6.根据权利要求1所述的一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法，其特征在于，普通管线钢的制备步骤采用常规工艺，其化学成分为：C：0.080 wt%；Si：0.25 wt%；Mn：1.35 wt%；P：0.013 wt%；S：0.0027 wt%；Nb：0.026 wt%；V：0.020 wt%；Ti：0.012 wt%；Cu：0.25 wt%；Cr：0.15wt%；Ni：0.16 wt%；Alt：0.025 wt%。