一種超細晶馬氏體鋼板及其製備方法
2023-08-03 03:45:56
專利名稱：一種超細晶馬氏體鋼板及其製備方法
技術領域：
本發明屬於合金鋼技術領域，特別是提供了一種超細晶馬氏體鋼板及其製備方法，一種原奧氏體晶粒尺寸小於5微米的超細晶鋼。
背景技術：
眾所周知，晶粒細化是同時提高金屬材料強度 和韌性的唯一方法，其它強化方式(如固溶強化、位錯強化、沉澱強化等)在提高強度的同時均損害韌性。此外，晶粒細化還有助於提高鋼的抗疲勞性能、耐延遲斷裂性能等服役性能。因此，如何獲得細晶、超細晶組織一直是鋼鐵界所關注和研發的熱點技術問題。目前工業生產馬氏體鋼板廣泛採用淬火處理，即首先將鋼板在加熱爐中加熱到Ac3溫度(奧氏體轉變終了溫度)以上保溫一段時間以完成奧氏體化，然後將鋼板置入冷卻介質中(油或水)實現快速冷卻(淬火)，冷卻過程中發生馬氏體相變並最終獲得馬氏體組織。傳統淬火處理獲得的奧氏體晶粒尺寸通常大於10微米，典型範圍為15 40微米。適當降低加熱溫度和減少保溫時間可在一定程度上細化原奧氏體晶粒，然而由於奧氏體晶粒長大不能被有效阻止，其細化效果也非常有限。為突破馬氏體鋼的晶粒細化水平，人們又開發循環熱處理、快速加熱法、低溫大變形+短時奧氏體化等新方法，奧氏體晶粒尺寸可以細化到小於5微米。如中國專利ZL00106201. 8公布了一種通過循環熱處理實現合金結構鋼晶粒超細化的方法，通過3飛次的快速鹽浴加熱和油淬，奧氏體晶粒可細化到2飛微米。該方法的缺點是工藝繁瑣，工業生產將面臨許多困難；快速加熱法是利用快速加熱過程中奧氏體形核率的提高而達到細化目的，如已開發出感應快速加熱法和電致快速加熱法均可實現超細晶組織，但這種方法需要特殊的裝置，而且對試樣或零件的形狀和尺寸有許多限制(參見文獻翁宇慶等著，超細晶鋼-鋼的組織細化理論和控制技術，北京冶金工業出版社，2003，p. 467-520.);低溫大變形+短時奧氏體化法利用低溫變形造成的大量缺陷提高奧氏體形核率，同時較短時間保溫可使晶粒不至於發生明顯長大，從而達到細晶化效果(參見文獻M. Tokizane, N. Matsumura, K. Tsuzaki, T.Maki and I. Tamura. Recrystallization and formation of austenite in deformedlath martensitic structure of low carbon steels, Metallurgical and MaterialsTransactions A, Volume 13, Number 8, 1379-1388)但低溫大變形對於設備能力有很高的要求，同時短時奧氏體化也面臨著許多實際困難，因而該方法目前僅限於實驗室研究。
發明內容
本發明的目的在於提供一種超細晶馬氏體鋼板及其製備方法，一種原奧氏體晶粒尺寸小於5微米的超細晶馬氏體鋼板，該鋼板採用傳統熱處理工藝生產，工藝簡單、能夠適應當前工業化生產裝備和流程。本發明提供的超細晶馬氏體鋼板的化學成分和含量為C 0. 1(T0. 50wt.%、Si:0. ro. 50wt. %、Mn: 0. 30 1. 50wt. %、V :其含量應滿足w >om + —(wt. %) P
wr -0.0072〈O. 02wt. %、S <0. Olwt. %，餘量為Fe和不可避免的雜質；wv為V的重量百分數，W。為C的重量百分數。在此基礎上，可以另外加入以下一種或多種合金元素Cr:(T0.50Wt.%、Ni 0 0. 50wt. %、Mo :0 0. 50wt. % ；Cu :0 0. 40wt. %、Nb: 0 0. 05wt. %、Ti :0. 005 0. 04wt. %、B 0. 0005 0. 003wt. %, Al: 0. OTO. 06wt. %。本發明各元素的作用及配比依據如下碳作為最主要的固溶強化元素，對馬氏體鋼的強度和硬度起決定性的作用；此夕卜，碳還顯著提高鋼的淬透性。本發明鋼的碳含量範圍為0. l(T0.50wt.%，碳含量低於0. IOwt. %，鋼的淬透性和強度降低，獲得超細晶馬氏體需要添加較多合金元素，導致成本明顯升高；碳含量高於0. 50wt. %，則鋼的韌性和焊接性能惡化。矽鋼中脫氧元素之一，同時具有較強的固溶強化作用，但過量的Si將惡化鋼的韌性及焊接性能。綜合上述考慮，本發明鋼矽含量範圍為0. I、. 50wt.%。 Mn :明顯提高鋼的淬透性，同時具有一定的固溶強化作用。但Mn含量較高時，其在鑄坯中的偏析傾向增加，鋼的回火脆性敏感性增大，另外對焊接性能不利。基於上述原因，本發明鋼Mn含量範圍為0. 30 1. 50wt. %。鑰顯著提高鋼的淬透性，減少回火脆性，提高鋼的耐延遲斷裂性能。Mo含量低於0. 05wt.%時，難以起到上述作用，超過0. 30wt.%時，作用效果達到飽和，且成本較高。因此，本發明鋼Mo含量範圍為0. 05^0. 30wt. %。釩釩是本發明鋼獲得超細晶組織的關鍵合金元素，淬火加熱未溶解的納米級VC粒子可阻止奧氏體晶粒長大，具有明顯的細晶化作用；而固溶於奧氏體中的V則具有一定的提高淬透性作用。鋼中V含量與C含量有關，兩者之間應滿足下式要求
權利要求
1.一種超細晶馬氏體鋼及其鋼板，其特徵在於，採用轉爐或電爐冶煉，鋼板中各成分的重量百分數為c 0. 10 0· 50wt. %、Si: O. Γο. 50wt. %、Mn: O. 30 1· 50wt. %、V :其含量應滿
2.根據權利要求I所述的超細晶馬氏體鋼，其特徵在於，在化學成分CO. 10 0· 50wt. %、Si: O. Γο. 50wt. %、Mn: O. 30 1· 50wt. %、V :其含量應滿足
3.—種權利要求I或2所述超細晶馬氏體鋼板的製造方法，其特徵在於 (1)將連鑄坯或鑄錠開坯後裝入加熱爐中加熱，加熱溫度為110(Tl22(TC，時間為廣5小時，加熱後進行軋制； (2)採用中厚板軋機軋制或熱連軋 中厚板軋機軋制工藝為粗軋軋制31道次，精軋軋制5 14道次，終軋溫度為750^8500C，軋後空冷或加速冷卻，終冷溫度為30(T650°C ;空冷過程中或加速冷卻後對鋼板進行矯直； 熱連軋工藝為粗軋軋制31道次，將鑄坯軋製成2(T60mm厚度的中間坯，然後經6或7機架熱連軋，終軋溫度為75(T880°C，軋後經層流冷卻後卷取成鋼卷，卷取溫度為300^6500C ;將鋼卷開平後剪切成鋼板，並在矯直機上進行矯直； (3)鋼板熱處理包括淬火和回火 淬火加熱溫度為88(T920°C，加熱時間為廣30分鐘，鋼板加熱後水淬，獲得超細晶馬氏體組織； 回火溫度為10(T250°C，保溫時間1(Γ60分鐘，保溫後空冷。
全文摘要
一種超細晶馬氏體鋼板及其製備方法，屬於合金鋼技術領域。採用V、C合理配比及控制軋制，在傳統熱處理工藝條件下獲得超細晶組織，其化學成分為 C0.10～0.50wt.%、Si: 0.1～0.50wt.%、Mn: 0.30～1.50wt.%、V其含量應滿足、P<0.02wt.%、S<0.01wt.%，餘為Fe和不可避免的雜質。在此基礎上，另外加入以下一種或多種合金元素Cr0～0.50wt.%、Ni0～0.50wt.%、Mo0～0.50wt.%；Cu0～0.40wt.%、Nb: 0～0.05wt.%、Ti0.005～0.04wt.%、B0.0005～0.003wt.%、Al0.01～0.06wt.%。鋼板通過控制軋制和880～900℃保溫淬火後，能過獲得原奧氏體晶粒尺寸小於5微米的超細晶馬氏體組織，並且，工藝簡單、能夠適應當前工業化生產裝備和流程。
文檔編號C22C38/12GK102676924SQ201210193609
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月12日 優先權日2012年6月12日
發明者馮文義, 周平, 孫新軍, 李昭東, 李海方, 楊庚蔚, 湯化勝, 董瀚, 雍岐龍, 麻衡 申請人:鋼鐵研究總院