一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼及其製造方法
2023-05-27 17:47:46 1
專利名稱：一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種高強鋼生產領域，具體地說是一種低屈強比高塑性超細晶粒高強 鋼的製造方法。
背景技術：
21世紀鋼鐵仍是佔主導的結構材料，沒有一種材料能夠全面代替鋼鐵。隨著社會 和經濟的發展，鋼鐵工業面臨著節省資源、節約能源、保護環境的三大壓力。因此，改善鋼 材質量，降低成本，開發與人類友好的鋼鐵材料，大幅度提高其綜合力學性能，已成為鋼鐵 材料研究的主要方向。其中，採用熱機械控制軋制技術(TMCP)和形變誘導鐵素體相變技術 (DIFT)低成本地生產細晶粒高強度鋼是當前冶金行業的發展方向。通常，鋼材的屈服強度和抗拉強度與晶粒直徑d的-1/2次方成正比，晶粒細化將 使鋼材的屈服強度和抗拉強度顯著提高，但晶粒細化對屈服強度的貢獻比對抗拉強度的貢 獻更大，晶粒越細屈強比越高。屈強比的升高將導致鋼材的冷成型性能顯著下降。另外，晶 粒越細，強度提高，室溫延伸率越小。因而，高屈強比、低塑性是現有超細晶生產技術尚需解 決的難題。近年來的研究表明，在鋼材中的超細晶組織中引入適量的相對粗大的晶粒，即造 成雙峰尺寸分布的晶粒結構，可以在強度損失很小的情況下極大提高延伸率。中國專利 CN101225459A通過熱處理+冷變形的方法在14MnNb鋼中獲得了具有雙峰尺寸分布的超細 晶組織，使鋼材塑性大幅度提高。中國專利CN 1632138A中通過熱處理+溫變形+冷變形 的工藝方法，在亞共析鋼中獲得了雙峰晶粒尺寸分布超細晶組織。但是，通過上述工藝方法 並未解決屈強比的問題。在專利CN 101225459A中所獲得的材料的屈強比接近於0.9。
發明內容
為了在很小強度損失的條件下大大提高超細晶鋼的常溫塑性，降低屈強比，提高 鋼材的冷成型性能，拓寬超細晶鋼結構應用範圍，本發明的目的是提供一種低屈強比高塑 性超細晶粒高強鋼及其製造方法。通過該製造方法處理的微合金低碳鋼，具有低屈強比、高 塑性、高強度的特性。該工藝方法結合TMCP+離線熱處理工藝方法，可經濟地應用於具有優 異綜合力學性能的超細晶鋼板材的生產。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的
一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼，其特徵在於該高強鋼的化學成分按重量百分 比計為:C :0. 03 0. 10%, Si 0. 10 0. 30%, Mn :1. 20 1. 80%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 005%, Nb 0. 040 0. 060%, Ti :0. 006 0. 020%, Al :0. 010 0. 050%, Cr :0. 10 0. 40%, Ni 0. 10 0. 30%，餘量為！^及不可避免的雜質。Cr、Ni、Cu、Nb等微合金元素主要起到強化作 用。本發明中，所述高強鋼的化學成分按重量百分比計優選為C :0. 065 0. 070%, Si 0. 22 0. 25%,Mn :1. 45 1. 60%, P ^ 0. 013%, S 彡 0. 007%,Nb :0. 045 0. 050%, Ti 0.011 0. 012%, Al 0. 025 0. 030%, Cr :0. 10 0. 15%, Ni :0. 15 0. 16%，餘量為 Fe 及 不可避免的雜質。本發明所述低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的金相組織為具有雙峰分布的鐵素 體超細晶粒結構。一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的製造方法，其特徵在於該製造方法具有以 下特徵
連鑄坯化學成分按重量百分比計為c :0. 03 0. 10%, Si 0. 10 0. 30%, Mn :1. 20
1.80%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 005%, Nb :0. 040 0. 060%, Ti :0. 006 0. 020%, Al :0. 010 0. 050%, Cr 0. 10 0. 40%, Ni :0. 10 0. 30%，餘量為Fe及不可避免的雜質；
軋制工藝採用控軋控冷工藝；軋前連鑄坯加熱溫度介於1200°C 1250°C ；採用奧 氏體再結晶區和奧氏體未再結晶區兩階段控制軋制，粗軋每道次壓下率10 20%，粗軋終 軋溫度1000 1050°C，粗軋成1. 7 2. 0倍成品厚度的中間坯；精軋開軋溫度為850 9000C，每道次壓下率為8 12%，精軋終軋溫度810 850°C ；軋後採用層流冷卻，終冷溫度 600 650°C，冷卻速率5 10°C /s，隨後空冷；
熱處理工藝；將空冷之後的鋼板再進行加熱，加熱溫度介於Ac1 Ac32間，隨後進行 兩相區淬火或回火處理，最佳淬火溫度在780 810°C，保溫時間以2mm/minX板厚，得到低 屈強比高塑性超細晶粒高強鋼。該得到的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的金相組織為具 有雙峰分布的鐵素體超細晶粒結構，屈服強度為450 530MPa，抗拉強度為670 760MPa， 延伸率彡25%，屈強比RtO. 2/Rm < 0. 70。本發明利用TMCP+離線熱處理工藝方法，獲得了具有低屈強比，高塑性、高強度性 能的鋼材，且組織為雙峰尺寸分布的超細晶粒結構。本發明通過微合金化和控軋控冷提高 鋼板的屈服強度和抗拉強度，通過兩相區淬火或回火增加析出物析出機率，獲得均勻的具 有雙峰分布的超細晶粒鐵素體結構，使材料具有低屈強比、超塑性、高強度等特性。生產工 藝穩定，可操作性強，成本低、獲得的材料綜合性能優異。本發明具有如下優點
1、在鋼中獲得具有雙峰分布的粗細不同的晶粒的組織，來彌補單純超細晶粒鋼塑性較 低的現象。2、通過簡單的熱處理方法，充分發揮鋼中彌散析出相的強化作用，使鋼材的抗拉 強度大幅上升，屈強比下降，屈強比低於0. 70。3、本發明的製造方法，利用常用的TMCP工藝，不需要在軋制過程中進行較難控制 的如弛豫析出過程或者如DIFT技術中低溫大壓下快冷的方法，該技術操作簡便，不影響現 場生產節奏。
圖1是實施例1通過TMCP+亞溫淬火獲得的具有雙峰分布的超細晶粒鋼。圖2是實施例2通過TMCP+亞溫回火獲得的具有雙峰分布的超細晶粒鋼。
具體實施例方式冶煉軋制本發明所述的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼，鋼種實際化學成分如表1所示。一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的製造方法，該製造方法具有以下特徵
軋制工藝採用控軋控冷工藝；軋前連鑄坯加熱溫度介於1200°C 1250°C ；採用奧 氏體再結晶區和奧氏體未再結晶區兩階段控制軋制，粗軋每道次壓下率10 20%，粗軋終 軋溫度1000 1050°C，粗軋成1. 7 2. 0倍成品厚度的中間坯；精軋開軋溫度為850 9000C，每道次壓下率為8 12%，精軋終軋溫度810 850°C ；軋後採用層流冷卻，終冷溫度 600 650°C，冷卻速率5 10°C /s，隨後空冷；
熱處理工藝；將空冷之後的鋼板再進行加熱，加熱溫度介於Ac1 Ac3之間，隨後進行 兩相區淬火或回火處理，最佳淬火溫度在780 810°C，保溫時間以2mm/minX板厚，得到低 屈強比高塑性超細晶粒高強鋼。該得到的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的金相組織為具 有雙峰分布的鐵素體超細晶粒結構，屈服強度為450 530MPa，抗拉強度為670 760MPa， 延伸率彡25%，屈強比RtO. 2/Rm < 0. 70。本發明在熱軋車間進行TMCP軋製成21mm厚，獲得貝氏體組織。在熱處理爐中重 新加熱到780V，然後在這個溫度下保溫42min，通過Nb、V、N等析出物，降低熱處理過程中 鋼材屈服強度的損失，大幅度提高抗拉強度，保溫結束後分別採取用水淬火和空冷的方式。 處理後板材的力學性能見表2，顯微組織分別見圖1和圖2，鐵素體呈雙峰晶粒尺寸分布的 組織結構，其中直徑在1 μ m以下的晶粒的體積分數約佔50%，2-3晶粒體積分數約佔35%，其 餘尺寸範圍晶粒的體積分數約佔15%。
表1本發明實施例的化學成分(wt%)
實施例CSiPSTiCrX]實施例10.0700.221—600.0100.0 OOSCUJ51J0—0110—100.150—030實施例CUJ65fi1.45CL0130J00 0.0450-0120.150—160.025
表2本發明實施例熱處理後的力學性能
實施例狀態屈服強度 HPa抗拉強度 IPa www延伸率 I屈強比實施例1780C淬火處理後494712260. 69實施例178(TC回火處理後455675280. 67
本發明通過微合金化和控軋控冷提高鋼板的屈服強度和抗拉強度，通過兩相區淬 火或回火增加析出物析出機率，獲得均勻的具有雙峰分布的超細晶粒鐵素體結構，使材料 具有低屈強比、超塑性、高強度等特性。生產工藝穩定，可操作性強，成本低、獲得的材料綜 合性能優異。
權利要求
1.一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼，其特徵在於該高強鋼的化學成分按重量 百分比計為C :0. 03 0. 10%, Si 0. 10 0. 30%, Mn :1. 20 1. 80%, P ≤ 0. 015%, S ≤ 0. 005%, Nb 0. 040 0. 060%, Ti :0. 006 0. 020%, Al :0. 010 0. 050%, Cr :0. 10 0. 40%, Ni 0. 10 0. 30%，餘量為！^e及不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼，其特徵在於所述高強鋼 的化學成分按重量百分比計為:C :0. 065 0. 070%, Si :0. 22 0. 25%, Mn :1. 45 1. 60%, P ≤ 0. 013%, S ≤ 0. 007%,Nb :0. 045 0. 050%, Ti :0. 011 0. 012%, Al :0. 025 0. 030%, Cr 0. 10 0. 15%, Ni :0. 15 0. 16%，餘量為！^e及不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼，其特徵在於所述低屈強 比高塑性超細晶粒高強鋼的金相組織為具有雙峰分布的鐵素體超細晶粒結構。
4.根據權利要求1所述低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的製造方法，其特徵在於該制 造方法具有以下特徵連鑄坯化學成分按重量百分比計為C :0. 03 0. 10%, Si 0. 10 0. 30%, Mn 1. 20 1. 80%, P ≤ 0. 015%, S ≤ 0. 005%, Nb :0. 040 0. 060%, Ti :0. 006 0. 020%, Al 0. 010 0. 050%, Cr :0. 10 0. 40%, Ni :0. 10 0. 30%，餘量為 Fe 及不可避免 的雜質；軋制工藝採用控軋控冷工藝；軋前連鑄坯加熱溫度介於1200°C 1250°C ；採用 奧氏體再結晶區和奧氏體未再結晶區兩階段控制軋制，粗軋每道次壓下率10 20%，粗軋 終軋溫度1000 1050°C，粗軋成1. 7 2. 0倍成品厚度的中間坯；精軋開軋溫度為850 9000C，每道次壓下率為8 12%，精軋終軋溫度810 850°C ；軋後採用層流冷卻，終冷溫度 600 650°C，冷卻速率5 10°C /s,隨後空冷；熱處理工藝；將空冷之後的鋼板再進行加 熱，加熱溫度介於Ac1 Ac3之間，隨後進行兩相區淬火或回火處理，最佳淬火溫度在780 810°C，保溫時間為1 3 min / mmX板厚，得到低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼。
5.根據權利要求4所述的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的製造方法，其特徵在於 得到的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的金相組織為具有雙峰分布的鐵素體超細晶粒結 構。
6.根據權利要求4所述的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的製造方法，其特徵在於 得到的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的屈服強度為450 530MPa，抗拉強度為670 760MPa，延伸率≥ 25%，屈強比 RtO. 2/Rm ≤ 0. 70。
全文摘要
一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼及製造方法。所述鋼的化學成分重量百分比為C0.03～0.10%，Si0.10～0.30%，Mn1.20～1.80%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb0.040～0.060%，Ti0.006～0.020%，Al0.010～0.050%，Cr0.10～0.40%，Ni0.10～0.30%，餘量為Fe及不可避免的雜質。製造該鋼的方法是通過控制軋制+離線熱處理工藝，獲得具有雙峰分布的鐵素體超細晶粒結構，即在直徑在1μm以下的超細晶基體中含有一定分數尺寸為2-3μm的相對較大的晶粒。鋼材的屈服強度為450～550MPa，抗拉強度為670～720MPa，延伸率為≥25%，屈強比Rt0.2/Rm≤0.70。本發明生產工藝穩定，可操作性強，成本低、獲得的材料綜合性能優異。
文檔編號C22C38/50GK102080192SQ201110002738
公開日2011年6月1日 申請日期2011年1月7日 優先權日2011年1月7日
發明者劉朝霞, 宋世佳, 李麗, 李曉玲, 楚覺非, 邱紅雷, 陳遠姝 申請人:南京鋼鐵股份有限公司