高性能超高碳鋼鋼板及製備工藝的製作方法

2023-05-06 06:15:46

高性能超高碳鋼鋼板及製備工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種既具有節約資源環保型，又具有良好的工藝性能和力學性能的高性能超高碳鋼（Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al）鋼板及製備工藝，碳含量1.3%～1.6%，鉻含量1.3%～1.5%，矽、錳含量各0.4%～0.6%，硫、磷含量均小於0.02%，鋁含量1.6%～2.0%，其餘鐵。優點：一是利用Thermo-Calc熱力學計算軟體系統，對超高碳鋼合金體系進行熱力學相圖計算，為成分優化及確定製備工藝提供了可供參考的理論基礎，避免了盲目的試驗性試驗，有利於降低製備成本；二是本發明的超高碳鋼成分合理，具有良好的工藝性能和力學性能，所鍛造毛坯組織緻密無大塊狀碳化物，經大變形量熱軋易製成無表面缺陷組織超細化鋼板。
【專利說明】高性能超高碳鋼鋼板及製備工藝

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種既具有節約資源環保型，又具有良好的工藝性能和力學性能的高性能超高碳鋼(Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al)鋼板及製備工藝。

【背景技術】
[0002]CN102925800A、名稱「一種超高強鋼板的生產方法」，鋼的質量百分組成為C=0.23 ?0.26，Si=0.65 ?0.75，Mn=L 40 ?1.50，P 彡 0.015，S 彡 0.010，Al=0.03 ?0.06,Nb=0.02 ?0.03,V=0.055 ?0.065,Ti=0.035 ?0.050,Mo=0.25 ?0.35,B=0.0017?
0.0022 ;工藝步驟為:a.煉鋼:鐵水預處理後鐵水硫含量S彡0.010%，溫度> 1250°C，鐵水入轉爐前將渣扒乾淨；轉爐終點控制C-T協調出鋼，P^0.012%，S彡0.015% ;嚴格擋渣出鋼，渣厚彡50mm，出鋼時間4?7min，出鋼1/5加入合金，出鋼2/5加完合金；出鋼後打入Al線脫氧不少於250m ;b.精煉:LF爐精煉對鋼液進行造白渣和脫氧操作；精煉後期補加V-Fe、Nb-Fe、T1-Fe合金進行成分微調；出站前餵入適量的S1-Ca線，吹Ar5min後加入
0.018?0.020B-Fe ；VD抽取真空開始後的前5min內，將鋼包底部Ar攪拌氣體流量降低至零；抽取真空開始3min後，快速提高真空度至0.5tor以下保真空循環脫氣15min以上；c.連鑄:液相線1505°C，中包過熱度控制5?15°C ;連鑄拉速採用中板鑄坯生產典拉速執行；生產連鑄坯厚度300mm;連鑄全程實行嚴格的保護澆鑄；d.加熱:加熱溫度1220?1240°C，出爐板坯心部溫度大於1150°C;加熱速度9?llmin/cm，總在爐時間大於5h ；e.車L制:粗軋採用高溫、大壓下、慢速軋制技術，壓下規程編制按軋機的能力選用最大道次壓下量，最大道次壓下率15%以上，開軋溫度1030?1060°C，終軋溫度970?990°C ;精軋累計壓下率大於60%，最後三道次壓下率大於12%，開軋溫度860?880°C，終軋溫度840?8600C ；f.軋後冷卻:軋後ACC強冷，開冷溫度820?840°C，冷卻至600?630°C空冷，冷卻速度7?18°C /s ；g.熱處理:淬火溫度910?930°C,在爐時間按1.5?1.7min/mmX板厚min計算,淬火機速度25?45m/min,鋼板淬火後溫度210?260°C,鋼板淬火後快速送入回火爐進行碳分配；碳分配溫度140?180°C,在爐時間按1.0min/mmX板厚min計算；出爐後空冷。其不足之處:由於碳含量較低，鋼板的硬度不高，使其應用受到一定的限制。
[0003]目前，超高碳鋼中主要添加的合金元素有:娃、招、鉻、鑰、鈦等。其添加原則是:①抑制網狀碳化物的形成；②提高共析轉變溫度，改善超塑性的應用溫度範圍；③抑制石墨化傾向，穩定碳化物；④保持低合金超高碳鋼原料價格低廉的特點。已發表的不同成分的超高碳鋼眾多，其含碳量為1.3%?1.9% ;含矽量 3.0%)時，其邊角、表面在加工過程中易產生裂紋，另外鋼的室溫塑性低，當軋制減小比達20%時，易出現裂紋；含鋁量在1.6%?6.0%之間；鉻、鑰、鎢、鈦均是碳化物形成元素，鉻、鑰作為穩定碳化物元素要好於鎢、鈦，因為後者形成的碳化物粒子非常硬，不可變形，容易在粒子和基體間的界面處引起裂紋，鉻又好於鑰，鉻的碳化物易變形且價格低，鉻能夠細化晶粒和碳化物，對提高室溫強度有利，退火後塑性也會大大提高，含鋁1.6%時，含鉻量應大於0.5%、小於2%，否則材料加工、成形性變差。


【發明內容】

[0004]設計目的:避免【背景技術】中的不足之處，設計一種既具有節約資源環保型，又具有良好的工藝性能和力學性能的高性能超高碳鋼(Fe-1.5C-1.5Cr-2.0A1)鋼板及製備工藝。
[0005]設計方案:為了實現上述設計目的。1、本發明利用Thermo-Calc熱力學計算軟體系統，對選定超高碳鋼合金體系進行熱力學相圖計算，為成分優化及確定製備工藝提供理論基礎。2、本發明採用理論分析和實驗相結合的方法，提出試驗用超高碳鋼鋼坯合理的鍛造工藝，鍛成組織緻密無大塊狀碳化物的鍛坯。3、本發明通過研究鋁元素對試驗用超高碳鋼先共析碳化物析出過程的影響；研究鋁元素對珠光體組織及球化組織的影響；熱力學計算鋁元素針對試驗用超高碳鋼引起石墨化的臨界值；分析含鋁量對高溫熱變形性能的影響。綜合考慮，提出試驗用超高碳鋼鋁的合理添加量，即最終提出本發明用超高碳鋼的合金成分。4、本發明系統研究熱軋工藝參數對超高碳鋼微觀組織及力學性能的影響，最終提出高性能超高碳鋼鋼板的熱軋工藝。
[0006]本發明選擇碳含量1.3%?1.6%,鉻含量1.3%?1.5%,娃、猛含量各0.4%?0.6%,硫、磷含量均小於0.02%，鋁含量1.6%?2.0%，其餘鐵。
[0007](I)碳含量1.3%?1.6%的目的在於:碳是超高碳鋼中的基本元素。碳以固溶形式存在可以起固溶強化的作用，碳以碳化物形式存在可以起第二相強化的作用，有利於提高鋼的超塑性。碳含量過低將降低其超塑性，碳含量過高，共晶碳化物粗大加工工藝性變差，二次碳化物粗大並不以消除，導致強度、塑性、韌性均明顯下降。根據理論計算和大量的試驗結果，綜合考慮，碳含量選擇在1.3%?1.6%。
[0008](2)鉻含量1.3%?1.5%的目的在於:添加鉻主要為抑制鋁的石墨化傾向並穩定碳化物，提高淬透性，但過量添加會導致材料加工、成形性變差。根據理論計算和大量的試驗結果，綜合考慮，鉻含量選擇在1.3%?1.5%。
[0009](3)矽、錳含量各0.4%?0.6%的目的在於:添加矽在於提高A1溫度，抑制二次碳化物析出，提高鋼的超塑性，改善鋼的回火穩定性，但過量添加會誘發石墨化，加工過程中易產生裂紋，室溫塑性低。矽是鋼中的常存元素，綜合考慮，矽含量選擇在0.4%?0.6%，既能保證有利的影響，又方便冶煉實施。添加錳在於提高鋼的淬透性，但過量添加會導致組織粗大。錳是鋼中的常存元素，綜合考慮，錳含量選擇在0.4%?0.6%，既能保證有利的影響，又方便冶煉實施。
[0010](4)鋁含量1.6%?2.0%的目的在於:添加鋁在於提高A1溫度，抑制二次碳化物析出，提高鋼的超塑性，改善鋼的回火穩定性，但過量添加會誘發石墨化，惡化高溫熱變形性能。根據理論計算和大量的試驗結果，綜合考慮，含鋁量應取在1.6%?2.0%之間。
[0011]技術方案1:一種高性能超高碳鋼鋼板質量百分比:碳含量1.3%?1.6%，鉻含量
1.3%?1.5%，矽、錳含量各0.4%?0.6%,硫、磷含量均小於0.02%,鋁含量1.6%?2.0%,其餘鐵。
[0012]技術方案2:—種高性能超高碳鋼鋼板的製作工藝，(I)冶煉碳含量1.3%?1.6%，鉻含量1.3%?1.5%，矽、錳含量各0.4%?0.6%，硫、磷含量均小於0.02%,鋁含量1.6%?
2.0%，其餘鐵，真空冶煉成超高碳鋼鑄錠待鍛造用；(2)始鍛溫度1100°C左右，終鍛溫度850°C左右，在1100?950°C完成大變形量鍛造，950°C以下完成修整，鍛後空冷，製成組織緻密無大塊狀碳化物的超高碳鋼鍛坯；(3)對鍛造毛坯進行熱軋成高性能鋼板。始軋溫度1100°C，終軋溫度650°C，1100?900°C其形變量大於40%，750?650°C其形變量大於50%，乳後空冷，製成聞性能超細晶超聞碳鋼鋼板。
[0013]本發明與【背景技術】相比，一是利用Thermo-Calc熱力學計算軟體系統，對超高碳鋼合金體系進行熱力學相圖計算，為成分優化及確定製備工藝提供了可供參考的理論基礎，避免了盲目的試驗性試驗，有利於降低製備成本；二是本發明的超高碳鋼成分合理，具有良好的工藝性能和力學性能，所鍛造毛坯組織緻密無大塊狀碳化物，經大變形量熱軋易製成無表面缺陷組織超細化鋼板，熱軋後空冷就具有屈服強度大於lOOOMPa、抗拉強度大於1300MPa及延伸率大於12%的高性能；三是本發明節約資源環保型高性能超高碳鋼鋼板其製備工藝具有高效率、低成本適於規模化生產。

【具體實施方式】
[0014]實施例1:本發明的超高碳鋼合金成分為:碳含量1.3%?1.6% ;鉻含量1.3%?
1.5% ;矽、錳含量0.4%?0.6% ;硫、磷含量均小於0.02% ;鋁含量1.6%?2.0% ;其餘鐵。
[0015]實施例2:在實施例1的基礎上，碳含量1.3%% ;鉻含量1.3%% ;矽、錳含量0.4%% ；硫、磷含量均小於0.02% ;鋁含量1.6% ;其餘鐵。
[0016]實施例3:在實施例1的基礎上，碳含量1.6% ;鉻含量1.5% ;矽、錳含量0.6% ;硫、磷含量均小於0.02% ;鋁含量2.0% ;其餘鐵。
[0017]實施例4:在實施例1的基礎上，碳含量1.45% ;鉻含量1.4% ;矽、錳含量0.5% ;硫、磷含量均小於0.02% ;鋁含量1.6%?2.0% ;其餘鐵。
[0018]實施例5:在實施例1的基礎上，碳含量1.4%，鉻含量1.35%，矽、錳含量各0.45%，硫、磷含量均小於0.02%，鋁含量1.8%，其餘鐵。
[0019]實施例6:在實施例1的基礎上，碳含量1.5%，鉻含量1.45%，矽、錳含量各0.55%，硫、磷含量均小於0.02%，鋁含量1.9%，其餘鐵。
[0020]實施例7:在上述實施例的基礎上，一種高性能超高碳鋼鋼板的製作工藝，(I)冶煉碳含量1.3%?1.6%，鉻含量1.3%?1.5%，矽、錳含量各0.4%?0.6%，硫、磷含量均小於0.02%,鋁含量1.6%?2.0%，其餘鐵，真空冶煉成超高碳鋼鑄錠待鍛造用；(2)始鍛溫度1100°C左右，終鍛溫度850°C左右，在1100?950°C完成大變形量鍛造，950°C以下完成修整，鍛後空冷，製成組織緻密無大塊狀碳化物的超高碳鋼鍛坯；(3)對鍛造毛坯進行熱軋成高性能鋼板。始軋溫度1100°C，終軋溫度650°C，1100?900°C其形變量大於40%，750?650°C其形變量大於50%，軋後空冷，製成高性能超細晶超高碳鋼鋼板。
[0021]需要理解到的是:上述實施例雖然對本發明的設計思路作了比較詳細的文字描述，但是這些文字描述，只是對本發明設計思路的簡單文字描述，而不是對本發明設計思路的限制，任何不超出本發明設計思路的組合、增加或修改，均落入本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種高性能超高碳鋼鋼板，其特徵是質量百分比:碳含量1.3%?1.6%，鉻含量.1.3%?1.5%，矽、錳含量各0.4%?0.6%,硫、磷含量均小於0.02%,鋁含量1.6%?2.0%,其餘鐵。
2.根據權利要求1所述的高性能超高碳鋼鋼板，其特徵是:碳含量1.4%?1.5%，鉻含量1.35%?1.45%,矽、錳含量各0.45%?0.55%,硫、磷含量均小於0.02%,鋁含量1.8%?.1.9%，其餘鐵。
3.一種高性能超高碳鋼鋼板的製作工藝，其特徵是:(1)冶煉碳含量1.3%?1.6%，鉻含量1.3%?1.5%，矽、錳含量各0.4%?0.6%，硫、磷含量均小於0.02%,鋁含量1.6%?.2.0%，其餘鐵，真空冶煉成超高碳鋼鑄錠待鍛造用；(2)始鍛溫度1100°C左右，終鍛溫度.850°C左右，在1100?950°C完成大變形量鍛造，950°C以下完成修整，鍛後空冷，製成組織緻密無大塊狀碳化物的超高碳鋼鍛坯；(3)對鍛造毛坯進行熱軋成高性能鋼板，始軋溫度.1100°C，終軋溫度650°C，1100?900°C其形變量大於40%，750?650°C其形變量大於50%，乳後空冷，製成聞性能超細晶超聞碳鋼鋼板。
【文檔編號】C21D8/02GK104250706SQ201410125164
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】石淑琴, 李全福, 陳雲祥 申請人:浙江機電職業技術學院