一種鈮鉬複合微合金化高強度貝氏體鋼及其製備方法
2023-06-11 01:58:31 1
一種鈮鉬複合微合金化高強度貝氏體鋼及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種鈮鉬複合微合金化高強度貝氏體鋼及其製備方法。其技術方案是：將鑄坯採用熱軋機組進行軋制，粗軋開軋溫度為1150~1200℃，精軋開軋溫度為950~1000℃，精軋終軋溫度為900~950℃；然後以30~50℃/s的速度冷卻至420~450℃，再空冷至330~380℃，在330~380℃條件下保溫30~45min，然後水冷至室溫。所述鑄坯的化學成分及其含量是：C為0.19~0.224wt%，Si為1.43~1.50wt%，Mn為1.94~2.05wt%，Nb為0.025~0.027wt%，Mo為0.142~0.15wt%，P<0.008wt%，S<0.002wt%，N<0.004wt%，剩餘部分為Fe及不可避免的雜質。本發明具有成本低廉、工藝簡單和生產周期的特點，所製備的製品的強度與塑形良好匹配，綜合性能優良。
【專利說明】一種鈮鉬複合微合金化高強度貝氏體鋼及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於貝氏體鋼【技術領域】。具體涉及一種鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼及其製備方法。
技術背景
[0002]貝氏體鋼是一種具有較高強度和良好韌性的鋼種，一直是鋼鐵材料界的研究重點。20世紀30年代Devenport和Bain發現並研究了貝氏體組織，Irvine和Pickering等人於20世紀50年代開發出在正火狀態便可獲得貝氏體組織的Mo-B貝氏體鋼。經過幾十年的研究和發展，國內外不僅開發了成本較低、工藝簡單的低合金貝氏體鋼，還開發了高性能低碳貝氏體鋼，且已成功地用於板帶鋼的生產。這些鋼種的發明和生產改善了鋼鐵產品結構，提高了鋼鐵產品競爭力，具有廣闊的應用前景，可廣泛地應用於工程機械、造船、建築、軍工等領域。
[0003]「一種高強度非調質貝氏體鋼及其製備方法」(CN102899589A)專利技術，其化學成分(wt%)是:C 為 0.39?0.44%, Si 為 0.2?0.4%, Mn 為 1.2?1.7%，S 彡 0.35%，P 彡 0.35%, Cr 為
0.5?0.8%, Ni ( 0.20%,Mo ( 0.15%，V 為 0.Γθ.2%，Β 為 0.ΟΟΓΟ.003%, Ti 為 0.02?0.045%,Al為0.0Γ0.035%, Cu ( 0.2%, N ( 70ppm,餘量Fe。其熔煉工藝採用電爐+爐外精煉+真空脫氣或轉爐+爐外精煉+真空脫氣，軋制工藝採用連鑄+軋坯+擠壓棒材+坑內緩冷。雖然鍛件抗拉強度能達到1085Mpa，但延伸性和夏比衝擊功都偏低。而且鍛造冷卻速度要大於500C /s，能耗過大，製備工藝過於複雜，添加了大量的合金元素，無疑增加了生產成本。另夕卜，P和S含量過高對鋼的塑性和韌性造成不利影響。
[0004]「一種高強度高韌性多步等溫貝氏體鋼及其製備方法」(CN103555896A)專利技術，其化學成分(wt%)是:C 為 0.20?0.50%, Si 為 1.20?2.00%, Mn 為 1.00?5.00%, Ni 為
1.00?2.00%, Cr 為 0.1 (Tl.50%, Cu 為 0.30?2.00%, Mo 為 0.10?0.50%, Nb 為 0.00?0.10%, V為0.00?0.10%, Ti為0.00?0.10%, P < 0.015%, S < 0.010%，其餘為Fe及不可避免的雜質。其採用多步等溫方法製備貝氏體，奧氏體化時間為0.2飛小時，等溫介質中保溫時間第一步為0.2?3小時，第二步為2?50小時，第三步為24?240小時，第四步為50?360小時，等溫介質為鹽浴、惰性氣氛和微弱還原氣氛中的一種。生產工藝比較複雜，對設備及工藝條件的要求較高，尤其是貝氏體的等溫轉變時間過長，大大延長了生產周期，不利於工業化生產。而且添加合金元素種類繁多，加入了大量的N1、Cr、V和Ti等貴重金屬，提高了生產成本。
[0005]「一種超高強度貝氏體鋼及其製造方法」(CN102251170A)專利技術，其化學成分(wt%)是:C 為 0.05?0.14%, Si 為 0.Γθ.5%, Mn 為 1.2?2.0%, P ( 0.015%，S 彡 0.010%, Al 為
0.ΟΓΟ.05%, N ^ 0.005%，還包括 Nb 為 0.015?0.070%, Ti 為 0.02?0.15%，V 為 0.10?0.20%,中的至少一種合金元素，以及Cr為0.15^0.50%,Mo為0.15^0.50%中的至少一種合金元素，剩餘部分為鐵和不可避免的雜質。其中添加了不少合金元素，增加了生產成本。軋制過程採用控軋控冷，軋後進行鍍鋅或酸洗，但最終的抗拉強度只有700MPa左右，並未達到超高強度的要求。
[0006]此外，「一種高強度貝氏體鋼軌及其熱處理工藝」(CN103160736A)專利技術，添加了大量的合金元素以及熱處理工藝，但其延伸率不是很高。「一種超高強度超低碳貝氏體鋼的製備方法」(CN1916195A)專利技術，通過熱鍛冷壓以及熱處理等一系列複雜的工藝對超低碳貝氏體鋼(成分未給出)進行強化處理，強度雖有提高，但工藝難以用於大規模生產，成材率不是很高。
[0007]由上述分析可以看出，現有的高性能貝氏體鋼基本依靠添加大量的合金元素來改善強度，大大增加了生產成本。所獲得的鋼種要麼抗拉強度稍顯不足，要麼塑性和韌性難以和強度匹配，而且製備工藝往往比較複雜，生產周期過長，對於大規模的工業化生產極其不利。
【發明內容】
[0008]本發明旨在克服現有的技術缺陷，目的是提供一種工藝簡單、生產成本低廉、生產周期短的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的製備方法；所製備的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼性能優良，強度與塑形良好匹配。
[0009]為實現上述目的，本發明採用的技術方案是:將鑄坯採用熱軋機組進行軋制，粗軋開軋溫度為115(Tl200°C，精軋開軋溫度為95(Tl000°C，精軋終軋溫度為90(T95(TC ;然後以3(T50°C /s的速度冷卻至42(T450°C，再空冷至33(T380°C，在33(T380°C條件下保溫3(T45min,然後水冷至室溫。
[0010]所述鑄坯的化學成分及其含量是:C為0.19?0.224wt%, Si為1.43?1.50wt%, Mn為 1.94?2.05wt%, Nb 為 0.025?0.027wt%, Mo 為 0.142?0.15wt%, Ρ〈0.008wt%, S〈0.002wt%,N〈0.004wt%，剩餘部分為Fe及不可避免的雜質。
[0011]由於採用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下積極效果:
本發明是以價格低廉的C、S1、Mn元素為主,只加入少量的Mo元素以及微量的Nb元素，成本低廉；向低碳鋼中複合添加少量的Nb和Mo能顯著促進貝氏體相變，快速獲得大量細小均勻的粒狀貝氏體組織，利用Nb和Mo複合析出強化以及Nb的晶粒細化有效改善了強度和韌性；其工藝簡單，生產周期大幅縮短，所製備的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的強度和塑性匹配良好。
[0012]由於Nb和Mo對貝氏體相變的促進作用，縮短了貝氏體轉變時間。而且Nb在熱軋動態再結晶過程中顯著的晶粒細化作用，以及Nb和Mo複合添加的析出強化作用，所製備的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的強度和塑形得到良好改善。由於製備的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼顯微組織主要是細小均勻的粒狀貝氏體+少量馬氏體，細小的貝氏體組織既具有較高的強度，又有良好的塑性，對提升板材的綜合性能有利。而且大量Si元素的加入抑制碳化物的形成，使延伸性能進一步提高，衝擊韌性大大增強。經過控軋控冷工藝，所製備的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼抗拉強度為115(Tl250MPa，延伸率為20?25%，故性能優良。
[0013]因此，本發明具有成本低廉、工藝簡單和生產周期的特點，所製備的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的強度與塑形良好匹配，綜合性能優良，適用於工程機械、造船、建築和軍工等領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明製備的一種鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的金相組織光學照片;
圖2為圖1所示的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的掃描電鏡圖；
圖3為圖1所示的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的透射電鏡圖；
圖4為圖1所示的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的析出相的形貌圖；
圖5為圖4中顆粒I的能譜圖；
圖6為圖4中顆粒2的能譜圖；
圖7為圖4中顆粒3的能譜圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步描述，並非對本發明保護範圍的限制。
[0016]實施例1
一種鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼及其製備方法。本實施例的製備方法是:將鑄坯採用熱軋機組進行軋制，粗軋開軋溫度為115(Tll60°C，精軋開軋溫度為95(T960°C，精軋終軋溫度為90(T910°C ;然後以3(T50°C /s的速度冷卻至42(T450°C，再空冷至33(T340°C，在33(T340°C條件下保溫3(T45min，然後水冷至室溫。
[0017]所述鑄坯的化學成分及其含量是:C為0.19?0.21wt%，Si為1.43?1.47wt%，Mn為
1.94?1.98wt%, Nb 為 0.025?0.026wt%, Mo 為 0.142?0.148wt%, Ρ〈0.008wt%, S〈0.002wt%,N〈0.004wt%，剩餘部分為Fe及不可避免的雜質。
[0018]本實施例所製備的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的抗拉強度為1200?1250MPa，延伸率為 20.0?22.7%。
[0019]實施例2
一種鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼及其製備方法。本實施例的製備方法是:將鑄坯採用熱軋機組進行軋制，粗軋開軋溫度為116(Tll70°C，精軋開軋溫度為96(T970°C，精軋終軋溫度為91(T920°C ;然後以3(T50°C /s的速度冷卻至42(T450°C，再空冷至34(T350°C，在34(T350°C條件下保溫3(T45min，然後水冷至室溫。
[0020]所述鑄坯的化學成分及其含量是:C為0.20?0.22wt%，Si為1.46?1.49wt%，Mn為
1.97?2.01wt%, Nb 為 0.025?0.026wt%, Mo 為 0.147?0.149wt%, Ρ〈0.008wt%, S〈0.002wt%,N〈0.004wt%，剩餘部分為Fe及不可避免的雜質。
[0021]本實施例所製備的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的抗拉強度為1180?1230MPa，延伸率為 21.6?23.5%。
[0022]實施例3
一種鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼及其製備方法。本實施例的製備方法是:將鑄坯採用熱軋機組進行軋制，粗軋開軋溫度為117(Tll80°C，精軋開軋溫度為97(T980°C，精軋終軋溫度為92(T930°C ;然後以3(T50°C /s的速度冷卻至42(T450°C，再空冷至35(T360°C，在35(T360°C條件下保溫3(T45min，然後水冷至室溫。
[0023]所述鑄坯的化學成分及其含量是:C為0.21?0.224wt%, Si為1.48?1.50wt%, Mn為 1.99?2.05wt%, Nb 為 0.026?0.027wt%, Mo 為 0.148?0.15wt%, Ρ〈0.008wt%, S〈0.002wt%,N〈0.004wt%，剩餘部分為Fe及不可避免的雜質。
[0024]本實施例所製備的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的抗拉強度為1160?1210MPa，延伸率為 22.3?23.0%。
[0025]實施例4
一種鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼及其製備方法。本實施例的製備方法是:將鑄坯採用熱軋機組進行軋制，粗軋開軋溫度為118(Tl200°C，精軋開軋溫度為98(Tl000°C，精軋終軋溫度為930?950 °C ;然後以30?50 °C /s的速度冷卻至420?450 °C，再空冷至36(T380°C，在36(T380°C條件下保溫3(T45min，然後水冷至室溫。
[0026]所述鑄坯的化學成分及其含量是:C為0.20?0.224wt%, Si為1.49?1.50wt%, Mn為 1.98?2.05wt%, Nb 為 0.026?0.027wt%, Mo 為 0.148?0.15wt%, Ρ〈0.008wt%, S〈0.002wt%,N〈0.004wt%，剩餘部分為Fe及不可避免的雜質。
[0027]本實施例所製備的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的抗拉強度為1150?1180MPa，延伸率為 23.4?25.0%。
[0028]本【具體實施方式】是以價格低廉的C、S1、Mn元素為主,只加入少量的Mo元素以及微量的Nb元素,成本低廉。
[0029]本【具體實施方式】製備的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的組織是細小均勻的貝氏體+少量馬氏體，如圖f圖3所示，圖1為本【具體實施方式】中實施例1製備的一種鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的金相組織光學照片；圖2為圖1所示的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的掃描電鏡圖；圖3為圖1所示的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的透射電鏡圖。從圖廣圖3可以看出，貝氏體的片層間距為40(T500nm，細小均勻的貝氏體使得鋼的強度和韌性明顯改善。
[0030]圖4為圖1所示的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的析出相的形貌圖；圖5為圖4中顆粒I的能譜圖；圖6為圖4中顆粒2的能譜圖；圖7為圖4中顆粒3的能譜圖。從圖4?圖7可以看出Nb和Mo複合添加，析出相不僅有Nb的單獨析出，還有Nb和Mo的複合析出。析出相在熱軋的動態再結晶過程中阻礙位錯運動和晶粒的長大，能有效細化晶粒和組織，起到析出強化和晶粒細化作用，提高了鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的強度和韌性。
[0031]本【具體實施方式】中Nb和Mo複合添加，對於熱軋動態再結晶過程中的晶粒細化作用和析出強化作用，獲得細小均勻的貝氏體組織，使得所製備的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的強度和韌性都明顯提高。從而得到抗拉強度為115(Tl250MPa和延伸率為2(Γ25%的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼。
[0032]因此，本【具體實施方式】具有成本低廉、工藝簡單和生產周期短的特點，所製備的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的強度與塑形良好匹配，綜合性能優良，適用於工程機械、造船、建築和軍工等領域。
【權利要求】
1.一種鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的製備方法，其特徵在於，將鑄坯採用熱軋機組進行軋制，粗軋開軋溫度為115(Tl20(TC，精軋開軋溫度為95(Γ1000?，精軋終軋溫度為90(T950°C ;然後以3(T50°C /s的速度冷卻至42(T450°C，再空冷至33(T380°C，在33(T380°C條件下保溫3(T45min，然後水冷至室溫； 所述鑄坯的化學成分及其含量是:C為0.19?0.224wt%，Si為1.43?1.50wt%, Mn為1.94?2.05wt%, Nb 為 0.025?0.027wt%, Mo 為 0.142?0.15wt%, Ρ〈0.008wt%, S〈0.002wt%,N〈0.004wt%，剩餘部分為Fe及不可避免的雜質。
2.一種鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼，其特徵在於所述的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼為根據權利要求1所述鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼的製備方法所製造的鈮鑰複合微合金化高強度貝氏體鋼。
【文檔編號】C21D8/02GK104451380SQ201410800961
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月22日 優先權日:2014年12月22日
【發明者】徐光 , 張益 , 楊海林, 薛正良, 徐耀文, 袁清 申請人:武漢科技大學