[发明专利]一种钛微合金钢纳米析出物的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，特别涉及一种钛微合金钢纳米析出物的控制方法。

背景技术

材料通过基体中分布有细小弥散的第二相颗粒而产生强化的方法称为第二相强化或分散强化。第二相强化机制根据第二相尺寸可分为切过机制和Orowan机制，第二相强化的效果在切过机制起作用时与第二相颗粒尺寸的二分之一次方成正比，颗粒尺寸越大，强化效果越大；而在Orowan机制起作用时大致与第二相颗粒的尺寸成反比，颗粒尺寸越小，强化效果越大。因此，就存在临界转换尺寸d_C，在此尺寸时第二相强化机制在Orowan机制和切过机制之间转换，在此尺寸附近可获得最大的第二相强化效果。针对钛微合金钢来说，其第二相的尺寸均大于临界转换尺寸，因而其强化机制主要为Orowan机制，这时细化第二相颗粒的尺寸对强化效果提高的作用十分显著，尺寸细化一个数量级的作用大致相当于提高体积分数两个数量级的作用；因此，研究钛微合金钢纳米析出物的控制方法具有重要意义。

目前，对钛微合金钢来说，在奥氏体中析出的析出物主要通过抑制再结晶和晶粒长大起到细晶强化作用，尺寸大多在20~50nm，对基体的析出强化作用很小，在铁素体中析出的碳化物尺寸一般在10nm左右，析出强化效果非常显著。杨哲人等学者针对Ti、Ti-Mo、Ti-Nb的析出物析出行为进行了细致研究，获得了大量细小的5~10nm的析出物。康永林等学者对用常规控制冷却方式生产的Nb-Ti微合金钢中析出行为的研究表明，避开900~950℃碳氮化物的快速析出温度区间，并适当增加冷却速度可以有效提高20nm以下的析出物的体积分数，显著细化析出物尺寸，从而提高析出强化对屈服强度的贡献。针对单独的钛微合金钢来说，目前析出物粒子尺寸多集中5~10nm，因此，为了进一步提高其析出强化量，设计一种简单有效的控制工艺进而获得大量5nm以下的析出物，对发展钛微合金化高强钢是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛微合金钢纳米析出物的控制方法，通过设计合金成分，轧制后进行超快了，控制冷却温度，降低纳米析出物的晶粒尺寸，提高钛微合金钢的性能。

本发明的钛微合金钢纳米析出物的控制方法按以下步骤进行：

1、按设定成分浇铸成铸坯，其成分按重量百分比含C 0.06±0.01%，Si 0.20±0.01%，Mn 1.40±0.01%，Ti 0.10±0.01%，P＜0.012%，S＜0.01%，余量为Fe；

2、将铸坯进行热轧，开轧温度为1245~1250℃，终轧温度为900±15℃，总压下量为85~97%，然后以100~120℃/s的冷却速率冷却至650~700℃，并在650~700℃保温30~60min进行等温处理，最后空冷至室温，获得的热轧钢板中的纳米析出物颗粒尺寸在4~5nm。

上述方法中，获得的热轧钢板的屈服强度670~750MPa，抗拉强度为750~810MPa。

上述的纳米析出物为TiC，其析出强化量为250~350MPa。

对微合金钢中第二相尺寸的控制主要包括两个方面，一是沉淀析出过程中第二相尺寸的控制，一是高温保持一定时间Ostwald 熟化过程中第二相尺寸的控制；沉淀析出过程中第二相尺寸的控制比较复杂，必须综合考虑第二相沉淀析出相变的热力学和动力学问题。第二相形核析出时的临界核心尺寸反比于相变的化学驱动力而正比于第二相与基体之间的界面能。第二相非均匀形核析出时，由于可依托原有界面，某种程度上相当于减小了界面能，因而将增大临界核心尺寸；同时由于溶质原子沿晶界的扩散比在基体中的体扩散要快得多，因而核心的长大速率较大；由此，非均匀形核所得到的第二相的尺寸较为粗大，一般情况下应该尽量避免第二相的非均匀形核析出；第二相在基体内均匀形核析出（包括在基体中均匀分布的位错线上形核析出）时，由于第二相沉淀析出相变的化学驱动力随沉淀温度的降低而不断增大，而溶质元素的扩散系数随温度的降低而不断降低，因而第二相沉淀析出相变的PTT（Precipitation-Temperature-Time）曲线将呈C 曲线形式，在该曲线的鼻子点温度保温沉淀将可最快实现第二相的平衡沉淀析出，因此，工艺上可采用在该温度附近使第二相沉淀析出。但第二相沉淀析出相变形核率变化的NrTT（Nucleation rate-Temperature-Time）曲线呈反C 曲线的形式，在NrTT 曲线的鼻子点温度保温，沉淀将得到最大的形核率，因而得到最为细小的第二相颗粒尺寸。