無界面碳化物低碳馬氏體高強度鋼的製作方法
2023-08-03 04:49:11
專利名稱：無界面碳化物低碳馬氏體高強度鋼的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種合金鋼，特別涉及一種無界面碳化物低碳馬氏體高強度鋼。
在JP平4-289126A專利文件中公開了一種高強度熱軋鋼板，鋼的化學成分中有C、Si、Mn、Cr，但是該鋼中還含有Al，且生產製造過程中必須控制軋制和冷卻，終軋溫度是800～900℃，冷卻速度為15℃/秒，在350～550℃時卷板，因而工藝複雜。在JP平9-310145A專利文件中也公開了一種鋼，該鋼中C和Mn的含量偏低，且只用於製造鋼絲。在JP平8-291335A專利文件中也公開了一種鋼，該鋼中Mn和Cr的含量偏低，且只用於製造冷衝高強度冷軋鋼板。在EP445519專利文件中也公開了一種鋼，該鋼中只含C、Si、Mn成分，而沒有Cr，且該鋼是一種耐磨鋼。在EP265273A專利文件中也公開了一種鋼，該鋼中含C高，含Mn低，是一種中高碳鋼。在CN1076223A專利文件中也公開了一種鋼，這種鋼雖然也屬於低碳鋼，但它是用控軋新工藝生產的，鋼的成分中只含有C、Si、Mn，而無Cr。
本發明的目的在於克服現有技術中的不足之處而提供一種無界面碳化物低碳馬氏體高強度鋼。
本發明的目的可以通過以下措施來實現無界面碳化物低碳馬氏體高強度鋼，是在熱軋(或鍛)後，自然冷卻條件下，可獲得以低碳馬氏體為主的顯微組織，且在板條馬氏體的界面處無明顯碳化物析出，鋼的化學成分如下(重量％)C 0.06～0.29％Si 1.6～3.5％ Mn 1.51～4.0％Cr 0.3～2.5％ S ＜0.035％P ＜0.035％Fe餘量
鋼中各元素的作用及其用量範圍選擇的意義如下碳(C)碳主要起固溶強化的作用，尤其是對馬氏體組織而言，碳的強化作用更為顯著。由於碳是鋼中最廉價的元素，因此也是首選的強化元素。但是，碳含量過高，將使鋼的塑性和韌性下降。故本鋼種碳的用量範圍定為0.06～0.29％。
矽(SI)鋼中的矽主要起強化鐵素體以及提高鋼的四大穩定性的作用。在本鋼種中，通過它和其它元素的交互作用，還能阻止界面碳化物的析出，是本鋼種的關鍵元素之一。在本鋼種中矽的用量範圍定為1.6～3.5％。
錳(Mn)錳的主要作用是增加奧氏體的穩定性，使鋼的CCT曲線右移，阻止冷卻過程中形成鐵素體和珠光體，使馬氏體含量增高，從而可獲得較高的抗拉強度。在本鋼種中錳的用量範圍定為1.51～4.0％。
鉻(Cr)鉻的主要作用是阻止珠光體的形成，使鋼的CCT曲線右移，有利於獲得更多的馬氏體組織，從而達到較高的強度。此外鉻還可改善鋼的耐腐蝕能力。在本鋼種中鉻的用量範圍定為0.3～2.5％。
S、P、H2均為鋼中的有害雜質，他們的主要影響是降低鋼的塑性和韌性，尤其當鋼的強度級別超過1200Mpa時，其有害作用更加顯著。當σb達1500MPa時，還會因出現「延遲斷裂」而失效，此時，尤其應提高鋼的純淨度，特別是應嚴格控制H2的含量。而且還要考慮鋼的工作環境中是否有含H2介質的存在。
本發明主要通過鋼的成分設計控制鋼的連續冷卻轉變圖(「CCT」曲線)，使本新鋼種在熱軋(或熱鍛)自然冷卻條件下，可獲得以低碳馬氏體為主的顯微組織，並可通過調整Mn、Cr等元素的含量來改變馬氏體的百分比，從而可得到一系列不同級別(抗拉強度σb 650MPa～1700MPa)的高強度鋼。與此同時，通過上述成分設計以及合金元素之間的交互作用，保證鋼材在緩慢冷卻或回火處理中，在板條馬氏體的界面處無明顯的碳化物析出。從而可保證鋼具有足夠的塑性和韌性。
本發明與現有技術相比有如下優點1、本鋼種可達到的抗拉強度範圍寬(σb 650 MPa～1700 MPa)。可達到的最高強度遠高於珠光體型非調質鋼以及貝氏體和準貝氏體高強度鋼種(除非貝氏體鋼也獲得以馬氏體為主的組織)。
2、由於本鋼種的強化手段是通過獲得低碳馬氏體，因此只須用Mn、Cr等廉價元素合金化，而不象貝氏體鋼必須加入MO、B等特殊元素。因此成本低廉。
3、本鋼種生產工藝簡單。不採用控軋和控冷等先進工藝，即可達到較理想的強度和塑性。也不象硼鋼(含硼0.0005～0.001％)冶煉中成分難以控制，甚至會因B加入過量，使鋼發生脆斷失效。易於保證產品質量的一致性和可靠性。因此對工人的操作水平無更高的要求。
4、本鋼種的性能超過我國已鑑定的八五攻關項目「予應力高強度精軋螺紋粗鋼筋」(40Si2MnMoV)和德國DIN名牌產品的標準(σb≥650MPaδ5≥7％)，尤其塑性指標幾乎提高一倍。因而可保證產品的可靠性。可取代進口，經濟效益顯著。
附圖的圖面說明如下
圖1是本發明鋼種掃描金相照片(放大1100倍)；圖2是本發明鋼種斷口掃描照片(放大3000倍)。
從圖1可以看出本鋼種的金相組織為無界面碳化物馬氏體加少量的準貝氏體。從圖2可以看出本鋼種的斷面為無界面碳化物低碳馬氏體，經低溫回火，有韌窩。
下面結合附圖對本實用新型實施例作進一步詳述實施例11、按以下成分配比選料(重量％)C0.10％ Si2.2％ Mn1.9％Cr 0.35％ Fe餘量2、感應爐冶煉，加熱溫度1150～1200℃，開鍛溫度1150℃，終鍛溫度900℃，鍛後空氣中自然冷卻。
經化驗鋼材中含雜質 S 0.03％P 0.025％H＜2PPM (鋼材中)經測試鋼的主要力學性能為抗拉強度σb＝787 MPa延伸率δ5＝25.2％-20℃衝擊力AKV＝48J
實施例21、按以下成分配比選料(重量％)C 0.29％ Si2.6％ Mn1.5％Cr 2.01％ Fe餘量2、感應爐加真空冶煉，加熱溫度1150～1200℃，開鍛溫度1100℃，終鍛溫度950℃，回火時效280℃ 4小時。
經化驗鋼材中含雜質 S 0.015％P 0.01％H＜2PPM (鋼材中)經測試鋼的主要力學性能為抗拉強度σb＝1738 MPa延伸率δ5＝10.9％實施例31、按以下成分配比選料(重量％)C0.22％ Si1.8％ Mn3.4％Cr 0.8％ Fe餘量2、感應爐加真空冶煉，加熱溫度1150～2200℃，開鍛溫度1150℃，終鍛溫度900℃，回火時效320℃ 2小時。
經化驗鋼材中含雜質 S 0.01％ P 0.01％H ＜2PPM (鋼材中)經測試鋼的主要力學性能為抗拉強度σb＝1433 MPa延伸率δ5＝13％
權利要求
1.一種無界面碳化物低碳馬氏體高強度鋼，其特徵在於在熱軋(或鍛)後，自然冷卻條件下，可獲得以低碳馬氏體為主的顯微組織，且馬氏體的界面處無碳化物，鋼的化學成分如下(重量％)C0.06～0.29％ Si 1.6～3.5％ Mn 1.51～4.0％Cr 0.3～2.5％S ＜0.035％P＜0.035％Fe餘量
全文摘要
一種無界面碳化物低碳馬氏體高強度鋼,在熱軋(或鍛)後,自然冷卻條件下,可獲得以低碳馬氏體為主的顯微組織,且板條馬氏體界面無碳化物,鋼的化學成分如下:(重量)C0.06～0.29%、Si1.6～3.5%、Mn1.51～4.0%、Cr0.3～2.5%、S<0.035%、P<0.035%、Fe餘量、鋼材中H<2ppm、鋼水中H<4PPM。該鋼種生產工藝簡單,成本低,性能好,強度高。適用於重大工程結構用鋼及需要高強度、高韌性鋼的地方。
文檔編號C22C38/38GK1254030SQ9912522
公開日2000年5月24日 申請日期1999年11月30日 優先權日1999年11月30日
發明者谷南駒, 彭會芬, 馬曉莉, 宋曉豔, 王寶奇, 張建軍, 朱學瀾 申請人:河北工業大學