一种超细晶δ-铁素体基低密度钢中厚板及其制备方法

专利2026-05-15  6


本发明属于金属合金领域,特别涉及一种超细晶δ-铁素体基低密度钢中厚板。


背景技术:

1、我国是一个有着3.2万千米海岸线和300多万平方千米海域的沿海国家,开发和利用海洋资源有利于促进我国经济平稳、绿色的高质量发展。但海洋高温、高湿、高cl离子的环境,对搭建海洋平台和开发海洋资源所使用的海洋工程结构用钢提出了严苛的要求。研发高性能、耐蚀的海洋工程结构用钢对发展海洋资源有着重要意义。将al加入到钢中可显著提升材料的海洋环境中的耐蚀性能和降低材料密度,但al的加入扩大了δ-铁素体相区、缩小奥氏体相区,甚至消失。高温δ-铁素体组织粗大,且在随后的轧制、热处理过程中不发生相变,导致钢材性能恶化,尤其是冲击韧性。细化高温下δ-铁素体成为了获得高性能全δ-铁素体钢板的关键。

2、专利cn201910295653.x和cn202010956557.8都公开了全δ-铁素体钢的制备方法和热处理工艺。专利cn201910295653.x为我国首个全δ铁素体中厚板的制造方法专利,虽改善了合金钢的在海洋大气环境下的耐腐蚀性能,但该专利加入多种合金元素和稀土,冶炼难度大、成本高,且成型工艺复杂,限制了其应用范围。专利cn202010956557.8也提供了一种全δ-铁素体钢的制备方法和热处理工艺,但该专利成分窗口小,尤其限制了c、b元素的含量,且加入一定量的cr导致了必需要有较高的终轧温度以防止开裂。导致有较高的再结晶退火温度,细化的δ-铁素体组织仍较为粗大,这是其成分设计导致的必然结果。

3、专利cn202210463766.8和cn202210463745.6都公开了双相的含al低密度钢,其成分加入大量c、mn元素,导致其焊接和腐蚀性能下降。

4、综上,在现有开发中厚板应用技术的基础上,仍需进一步开发合金成分简单、成分范围大、工艺窗口宽,且再结晶退火温度低,并能满足海洋大气环境的中厚板。


技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种超细晶δ-铁素体基低密度钢中厚板,不仅在海洋大气环境下耐蚀性能好,而且合金成分简单、成分范围大、工艺窗口宽,再结晶退火温度低。

2、本发明所涉及的超细晶单相δ-铁素体基低密度钢中厚板,其化学成分按重量百分比记为:c:0.002~0.12%、al:3.5~6.5%、mn:0.6~1.5%、b:0.01~0.20%、ti:0.001~0.3%、si:0.1~0.8%,其余为fe及不可避免的杂质。

3、优选的质量百分比化学成分为:c:0.005~0.08%、al:4.0~5.5%、mn:0.7~1.2%、b:0.01~0.15%、ti:0.002~0.24%、si:0.1~0.8%,其余为fe及不可避免的杂质。

4、超细晶单相δ-铁素体基低密度钢中厚板制备方法的具体步骤如下:

5、1)按合金成分配比熔炼,铸锭在980~1120℃保温90~180min进行均质化处理,之后在970℃开轧。

6、2)轧制分为三阶段多道次轧制,每阶段4~5道次,道次间隔不多于20s,第一阶段为高温粗晶区轧制,每道次变形量在18%~22%,终轧温度930~940℃;第二阶段为动态再结晶区轧制,每道次变形量在14%~18%,终轧温度850~860℃;第三阶段为温轧变形阶段,每道次变形量在6%~12%,终轧温度720~730℃。

7、3)轧后进行在线退火,之后水冷至室温,得到热轧中厚板。

8、进一步地,步骤1)所述保温温度与al-ti-b的含量应符合公式t=1120─60000[b]─2000[ti]─80[al]+500000[al][ti][b]。

9、进一步地,步骤3)所述的在线退火,退火时间为10~60s。

10、进一步地,步骤3)所述的在线退火,退火温度与al-ti-b的含量应符合公式t=820─10000[b]─6000[ti]─1000[al]+6000[al][ti][b]。

11、进一步地,步骤3)所述的热轧中厚板厚度为10~25mm。

12、进一步地,步骤3)所述的热轧中厚板是超细晶粒δ-铁素体基低密度钢中厚板。

13、进一步地,步骤3)所述的在线退火,退火后的热轧中厚板平均晶粒尺寸小于12μm。

14、本发明所述的中厚板适用于船舶及海洋工程结构用钢。

15、本发明的特点和优点:通过成分设计引入自生ti-b第二相颗粒,突破了其b的限制,解决了b偏聚带来的负面影响,同时使铸态组织平均晶粒尺寸细化至1mm以下。通过三阶段多道次以及小变形量温轧轧制引入了较高的几何必需位错密度,显著细化了全δ-铁素体基的低密度钢和降低δ-铁素体的再结晶温度,得到的热轧板平均晶粒尺寸小于12μm。其热轧板屈服强度均大于570mpa,抗拉强度大于630mpa,断后延伸大于32%,0℃横向v口夏比冲击功大于100j。本发明合金成分简单,成本低,工艺简单,满足合金钢的在海洋大气环境下的应用。



技术特征:

1.一种超细晶δ-铁素体基低密度钢中厚板,其特征在于,其化学成分按重量百分比记为:c:0.002~0.12%、al:3.5~6.5%、mn:0.6~1.5%、b:0.01~0.20%、ti:0.001~0.3%、si:0.1~0.8%,其余为fe及不可避免的杂质;

2.根据权利1所述超细晶δ-铁素体基低密度钢中厚板,其特征在于,其化学成分按重量百分比记为:c:0.005~0.08%、al:4.0~5.5%、mn:0.7~1.2%、b:0.01~0.15%、ti:0.002~0.24%、si:0.1~0.8%,其余为fe及不可避免的杂质。

3.权利要求1或2所述超细晶δ-铁素体基低密度钢中厚板的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:

4.根据权利3所述的制备方法,其特征在于,步骤1)所述保温温度与al-ti-b的含量应符合公式t=1120─60000[b]─2000[ti]─80[al]+500000[al][ti][b]。

5.根据权利3所述的制备方法,其特征在于,步骤3)所述的在线退火,退火时间为10~60s。

6.根据权利3所述的制备方法,其特征在于,步骤3)所述的在线退火,退火温度与al-ti-b的含量应符合公式t=820─10000[b]─6000[ti]─1000[al]+6000[al][ti][b]。

7.根据权利3所述的制备方法,其特征在于,步骤3)所述的热轧中厚板厚度为10~25mm。

8.根据权利3所述的制备方法,其特征在于,步骤3)所述的热轧中厚板是超细晶粒δ-铁素体基低密度钢中厚板。

9.根据权利3所述的制备方法,其特征在于,步骤3)所述的在线退火,退火后的热轧中厚板平均晶粒尺寸小于12μm。

10.权利要求1-9任意一项所述的中厚板,适用于船舶及海洋工程结构用钢。


技术总结
本发明提供了一种超细晶δ‑铁素体基低密度钢中厚板及其制备方法,属于金属合金领域。本发明成分的重量百分比为C:0.002~0.12%、Al:3.5~6.5%、Mn:0.6~1.5%、B:0.01~0.20%、Ti:0.001~0.3%、Si:0.1~0.8%,其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过引入Ti‑B自生第二相和三阶段轧制+在线退火,再结晶退火可将10~25mm中厚的δ‑铁素体基低密度钢的平均晶粒尺寸细化至12μm以下,其0℃下横向V口试样的夏比冲击功大于100J,且有着优异的耐蚀性能。

技术研发人员:王学敏,尚学良,李秀程,刘鹏程,徐翔宇
受保护的技术使用者:北京科技大学
技术研发日:
技术公布日:2024/7/25
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