一種1000MPa超級鐵素體鋼及其製備方法
2023-05-23 18:07:56 1
專利名稱：一種1000MPa超級鐵素體鋼及其製備方法
技術領域：
本技術涉及到一種IOOOMPa超級鐵素體鋼及其製備方法，其主要涉及到製備一種超高強度，同時具有較高擴孔率的熱軋單相鐵素體鋼，在低碳鋼中添加Ti和Mo元素能夠保證單相鐵素體鋼在具有良好的成型性能的條件下，具備超高的強度。
背景技術：
鋼鐵材料的納米化技術應用與控制是未來鋼鐵材料發展的必然趨勢，這種納米化技術既包含組織的納米化，同時也指鋼鐵材料中的其它相的納米化控制。目前在鋼鐵材料的納米控制方面有顯著成就的是劍橋大學的Harry K.D.H.Bhadeshia所領導的課題組,與印度Tata鋼鐵合作成功開發出了超高強的納米貝氏體鋼，已成功應用於裝甲車。其次臺灣國立大學楊哲人領導的課題組與中鋼集團合作開發納米粒子析出熱軋超高強鋼。而在實際應用中則以05年JFE開發的Nano-Hiten 780鋼種，其在最初的熱軋產量達到300多噸/月，其產量也在不斷增加中。而在國內，首鋼2012年與北京科技大學冶金工程研究院唐荻、趙愛民等所領導的課題組展開了合作研究開發780MPa熱軋的納米粒子析出強化鋼的研究。其它國內鋼廠對於熱軋780MPa全鐵素體組織鋼種的研究尚未報導。在合作研發780MPa納米粒子強化鋼的同時，也對980MPa級別的超級鐵素體鋼種進行了開發研究。本發明通過向低碳單相鐵素體鋼中添加鈦和鑰元素，並在高溫終軋，水冷後高溫等溫卷取使得在鐵素體基體上析出大量納米尺寸的碳化物顆粒，從而在保證單相鐵素體具有良好成型性能的條件下，能夠獲得IOOOMPa級別的強度。這樣就能獲得具有超高強度和良好成型性能的IOOOMPa超級鐵素體鋼。
發明內容
本發明的目的在於利用納米尺寸碳化物析出強化的方法，生產一種具有良好成型性能的熱乳鐵素體超聞強鋼。為達到上述目的，本發明的技術方案是:
一種IOOOMPa超級鐵素體鋼，其化學成分質量百分比為:
C 0.06 0.15% ；
Si 0.01 0.30% ；
Mn 0.1 2.0% ；
P ≤0.001%;
S ≤0.001%;
N ≤0.001%;
Ti 0.10 0.30% ；
Mo 0.10 0.60%o本發明採用高溫均熱、高溫終軋和高溫卷取的製備方法，其包括如下步驟:1)一種低碳熱軋全鐵素體基超高強超高擴孔率鋼，其化學成分質量比為:c%:0.01
0.2，Si%:0.01 0.3，Mn%:0.1 2，P%..( 0.01，S%..( 0.01，N%..( 0.01，Ti%:0.θΓθ.3，
Mo%:0.ΟΓΟ.6 ;其餘為Fe和不可避免的雜質；按上述成分冶煉、鑄造和鍛壓成鋼坯；
2)鋼坯經125(Tl300°C加熱，保溫I 2小時均熱後，在Ari以上高溫區終軋，終軋溫度在880°C 950°C，然後水冷，冷速在3(T50°C /s，冷卻至600°C -700°C，隨後卷取，卷取溫度在600°C 700°C，保溫f 2h後隨爐冷卻至室溫，即可得到高溫保溫鑄坯；
3)將步驟2)得到的高溫保溫鑄坯進行熱軋，熱軋壓下率在80% 90%之間，得到超高強度的超級鐵素體鋼，其抗拉強度達到980MP以上，總的斷後延伸率達到19%以上；
進一步的，所述步驟2)中，鋼坯經高溫1250°C加熱，保溫1.5h均熱後、高溫終軋溫度為950°C，卷取溫度為600°C。利用 高溫卷取析出大量納米尺寸碳化物是本發明在保證鐵素體鋼本身良好成型性的前提下，提高其強度的主要特徵。各元素的含量要求和作用:
C:C化物形成元素，與Ti和Mo元素在高溫等溫卷取時以(Ti，Mo) C的形式析出，起到強烈的析出強化作用。碳元素的含量不能過高，過高則會有珠光體生成以及碳化物的粗化，會使成型性變差。Si =Si是一種有效的固溶強化元素，當Si含量過高時，會加速碳化物的析出，使碳化物粗化，使成型性能變差。Mn:Mn是強固溶強化元素，當Mn含量過高時，會有偏析或硬質相形成，使成型性變差。P:P是固溶強化元素，當P含量過高時，會有偏析出現，使成型性變差。S:S是有害元素，S含量越低越好，當S含量較高時，會使成型性變差。N:N含量越低越好，當N含量較高時，會使氮化物粗化，使成型性變差。T1:Ti和C結合能夠形成細小的碳化物，起到強烈的析出強化的作用，在極大提高鋼的強度的同時，不會影響鋼的成型性。Mo =Mo在與Ti和C形成碳化物一起析出時，能夠抑制第二相碳化物粒子的長大，使得析出碳化物粒子更加細小，使析出強化的效果更加顯著。本發明的有益效果:
I) 具備優異的綜合力學性能。本發明涉及到的鋼種的抗拉強度為95(Tl050MPa，延伸率在18%-23%，擴孔率在50%以上。由於C的質量分數為0.01% 0.1%，不特意添加Si，因此還具備良好的焊接性。2) 操作可行，設備簡單。本發明都採用常規的冶煉和軋鋼設備，而且熱軋工藝簡易可行，目前大部分工業生產線均能在現有的設備上進行生產。3) 應用前景廣泛。本發明製備出的高擴孔率熱軋鐵素體鋼在保證良好成型性能的同時，具有極高的強度，將其應用在汽車側面中柱、邊部加強件、懸掛臂和防撞梁等結構件上，前景可觀。
圖1為熱處理工藝示意圖；圖2為應力應變曲線示意 圖3為納米尺寸碳化物析出形貌分布示意圖。
具體實施例方式根據表I所給出的化學成分，採用電磁感應爐真空熔煉，對鑄造的坯料鍛造成鋼坯，以進行後續工藝。圖1為熱處理工藝示意圖。表I為各成分的質量百分數
表I
權利要求
1.一種IOOOMPa超級鐵素體鋼，其主要化學質量百分比如下:C 0.06 0.15% ；Si 0.01 0.30% ；Mn 0.1 2.0% ； P <0.001%; S <0.001%; N <0.001%;Ti 0.10 0.30% ；Mo 0.10 0.60%o
2.如權利要求1所述的IOOOMPa超級鐵素體鋼的製備方法，其包括如下步驟: O 一種低碳熱軋全鐵素體基超高強超高擴孔率鋼，其化學成分質量比為:C%:0.06 0.15，Si%: 0.01 0.30，Mn%:0 .1 2，P%:^ 0.001，S%:^ 0.001，N%..( 0.001，Ti%:0.1(Γθ.30，Mo%:0.1(Γθ.60 ;其餘為Fe和不可避免的雜質；按上述成分冶煉、鑄造和鍛壓成鋼還； 2)鋼坯經125(Tl30 0°C加熱，保溫I 2小時均熱後，在Ari以上高溫區終軋，終軋溫度在880°C 950°C，然後水冷，冷速在3(T50°C /s，冷卻至600°C -700°C，隨後卷取，卷取溫度在600°C 700°C，保溫f 2h後隨爐冷卻至室溫，即可得到高溫保溫鑄坯； 3)將步驟2)得到的高溫保溫鑄坯進行熱軋，熱軋壓下率在80% 90%之間，得到超高強度的超級鐵素體鋼，其抗拉強度達到980MP以上，總的斷後延伸率達到19%以上。
3.如權利2所要求的IOOOMPa超級鐵素體鋼的製備方法，其主要特徵為:所述步驟2)中，鋼坯經高溫1250°C加熱，保溫1.5h均熱後、高溫終軋溫度為950°C，卷取溫度為600°C。
全文摘要
本發明為一種1000MPa超級鐵素體鋼及其製備方法；所述超級鐵素體鋼的顯微組織是單相鐵素體基體組織上均勻分布著大量納米尺寸的第二相碳化物粒子，這種納米尺寸粒子具有強烈的析出強化作用，使得鋼在擁有單相鐵素體良好的延伸性和極高的擴孔率的同時，具有極高的強度。通過真空感應爐冶煉出符合設定成分控制範圍的鋼水並澆鑄成鑄坯。鑄坯經過鍛造和加熱後，再經過熱軋、水冷和卷取，製備出的這種納米粒子強化超高強鋼，最終性能滿足抗拉強度在950-1050MPa，延伸率在18%-21%(A50標距)，擴孔率在50%以上。本發明生產工藝簡單，操作可行，可實現1000MPa超級鐵素體鋼用於汽車側面中柱、邊部加強件、懸掛臂和防撞梁等結構件的生產。
文檔編號C22C38/14GK103194676SQ20131011975
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月8日 優先權日2013年4月8日
發明者趙愛民, 黃耀, 趙徵志, 汪小培, 程俊業, 何建國, 尹鴻祥, 李亮, 耿自達, 鄭紅紅 申請人:北京科技大學