專利名稱：：2200MPa級超高強度熱軋線材及其制造方法
技術領域：
：本發明涉及高強度鋼及其制造方法，具體地說，本發明涉及2200MPa級超高強度熱軋線材及其制造方法。
背景技術：
：近年來，在橋梁、汽車和機械制造等工業飛速增長的同時，為實現節約資源和保護環境的可持續發展，對高強度線材和條鋼的需求日益增加。而超高強度鋼是在合金結構鋼的基礎上發展起來的一種高強度、高韌性合金鋼，熱加工工藝簡單，成本相對低廉，目前己被航空、航天部門廣泛采用，是制造國防尖端武器的關鍵材料。相對于普通強度鋼，超高強度鋼對氫更為敏感，使用中可能會發生氫致斷裂。研究表明，不同的顯微組織對氫脆的敏感性不同，大致按如下次序增加鐵素體、珠光體、貝氏體、低碳馬氏體、馬氏體和貝氏體的混合物組織。當前提高線材和條鋼強度的主要技術是合金化和提高碳含量。合金化技術是阜.前提高鋼材強度所普遍采用的方法。該方法通過添加Ni、Cr、Mo、Si和Mn等合金元素以及Nb、V、Ti等微合金元素，利用合金化強化來提高鋼的強度和韌性，代表鋼種主要有彈簧鋼、螺栓鋼等，例如60Si2CrVA、50CrV4、55SiCr6以及54SiCrV6等。這類鋼的強度一般可達到1500MPa，通過調質處理可達到1800MPa，并且具有較好的韌性。然而，合金化強化技術的缺點是添加大量合金化元素會提高材料成本，同時使冶金工藝變得復雜。提高碳含量也可以提高鋼簾線的強度，代表鋼種主要有82MnQL、87MnQL以及82鋼簾線等。這類鋼中的碳含量都》0.80%，其強度可達到1200MPa左右，最高可達到1700MPa。但是，隨著強度提高，鋼的韌性降低，鋼絲的氫脆敏感性增加，扭轉性能下降，冷拔后組織為片層珠光體。因此這類鋼在使用過程中往往表現出韌性不足，這會縮短鋼的使用壽命，制約此類鋼的推廣應用。要提高高強度鋼的韌性，有冶煉和控軋控冷兩種方法。從冶煉入手，提高鋼的潔凈度和組織均勻度，降低碳含量，對難以除去的夾雜物進行改性或無害化處理是實現高強度鋼高韌化的前提和基礎。3通過控制軋制、控制冷卻(即TMCP)技術，使材料顯微組織超細化，從而實現高韌化、高強度的目的。顯微組織超細化是目前唯一既提高強度又提高韌性的鋼材強化方式。對于珠光體和鐵素體鋼進行組織細化，可以獲得較高的靭性，但是其強度提高不大；馬氏體鋼具有較高的強度，但馬氏體板條的組織細化比較困難，工藝也比較復雜。因此，細化馬氏體組織是提高馬氏體鋼韌性的一個難點。經檢索，發現日本專利文獻(JP2003105485)，其公開的彈簧鋼的化學成分為C:0.40.9%，Si:0.53%，Mn:0.12%，P:《0.02%,S:《0.02%,其余為鐵和不可避免的雜質；拉伸強度為18002400MPa。但該彈簧鋼的顯微組織為片層狀馬氏體和鐵素體混合組織，并且其碳含量較高，屬于中高碳彈簧鋼，該鋼軋后采用20200°C/s淬火快速冷卻，隨后進行20(TC以下低溫回火處理。該發明添加合金元素較多，成本較高；該鋼需快速冷卻和低溫回火處理，塑性較差；另外，淬、回火處理使生產工藝復雜。為解決上述問題，本發明的發明人結合合金化強化和顯微組織超細化機理，在中低碳鋼中添加Mn、Si和低含量Mo等元素，通過對軋制工藝的控制并簡化，獲到了一種以納米尺度針狀馬氏體組織為特征的2200MPa級超高強度熱軋線材。本發明的一個目的在于提供一種2200MPa級超高強度熱軋線材。本發明的另一個目的在于提供所述熱軋線材的制造方法。
發明內容本發明的第一個方面提供一種2200MPa級超高強度熱軋線材，以重量百分比計其化學成分包含C:0.400.60%、Si:2.54.0%、Mn:3.05.0%、Mo:0.400.60%，余量為Fe和不可避免的雜質。在一個優選實施方式中在所述不可避免的雜質中，S《0.010%，P《0.015%，0、N、H總量〈50mg/kg。在另一個優選實施方式中所述線材的顯微組織為納米尺度針狀馬氏體，馬氏體板條寬度尺寸為515nm。本發明鋼的合金元素含量少，既節省資源，又降低了生產成本。同時冶金工藝簡單，通過控軋控冷即可實現，不需要額外的調質熱加工處理。下面，對本發明的熱軋線材的化學成分作用作詳細敘述。C:由于鋼的強韌性主要取決于它的含碳量及其組織結構，為了保證鋼具有相當高的強度和良好的韌性，對鋼中的含碳量有一定的限制，因此含碳量一般控制在0.400,60%之間。Si:Si在鋼中的作用主要是固溶強化。較高含量的Si能夠提高鋼的淬透性，一般鋼中加Si有利于提高鋼的強度和韌性。另外，Si可以增加降低氫擴散速度的奧氏體數量，并使鋼可以在更高溫度下回火。因此，本發明將Si含量限制為2.54.0X。Mn:Mn在鋼中的作用是固溶強化和提高鋼絲的淬透性，但是Mn的偏析傾向較高，因此Mn含量不易過高，故控制在3.05.0%之間。Mo:改善鋼的耐蝕性，另外可以起到析出強化的作用，由于Mo比較昂貴，故本發明只需加入少量Mo，加入量為0.400.60%。本發明的第二個方面提供所述線材的制造方法，該方法包括冶煉、澆鑄、加熱、鍛造、粗軋、精軋、吐絲和控制冷卻，其中在所述控制冷卻過程中，采用斯太爾摩控制冷卻方法對線材進行快速冷卻，冷卻速率為io±rc/s。其中，在所述澆鑄過程中，澆鑄后的連鑄坯或鋼錠的厚度不小于鍛坯厚度的10倍；在所述加熱過程中，加熱溫度優選1250130CTC，保溫時間優選130150分鐘；在所述鍛造過程中，鍛造溫度優選》115(TC，鍛成50X50土lmm2的長方坯；在所述粗軋過程中，粗軋開始溫度范圍優選1130115(TC，軋后溫度范圍優選11101130。C，軋成4)22士0.5mm的棒材；在所述精軋過程中，加熱溫度優選》105(TC，軋制溫度范圍優選10001050°C，在連軋機上軋成巾IO土O.3mm的線材；在所述吐絲工藝中，吐絲溫度范圍優選83087(TC，吐絲規格為07士O.3mm。吐絲后線材進行斯太爾摩快速冷卻，目的是為了獲得性能優異的納米尺度針狀馬氏體組織。所得線材的屈服強度》1900MPa、抗拉強度^2200MPa、屈強比》0.85，延伸率》8.0%，斷面收縮率》40%。本發明的有益效果為-1、本發明鋼種采用Mn-Si-Mo系成分，合金種類常見且用量少，生產成本較低。2、通過成分設計和軋制工藝的配合，獲得了納米尺度針狀馬氏體組織，保證線材板具有較高的強韌性。3、由于成分和工藝設計合理，從實施效果來看，工藝制度比較寬松，工藝流程簡化，可以在普通生產線上穩定生產。圖1為本發明實施例1的顯微組織金相照片(1000X);圖2為本發明實施例1的顯微組織透射電子照片。具體實施例方式以下用實施例結合附圖對本發明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發明最佳實施方式的描述，并不對本發明的范圍有任何限制。對比例按表1所示的化學成分在真空電磁感應爐中冶煉鋼水，并澆鑄成連鑄坯或鋼錠，將連鑄坯或鋼錠加熱至12501300°C，保溫130分鐘組織均勻化處理；然后進行鍛造，鍛造溫度》120(TC，鍛成50X50士lmr^的長方坯。隨后進行熱軋粗軋，粗軋開始溫度范圍11301150°C，軋成4>22±0.5隱的棒材。精軋溫度范圍為10001050°C，在連軋機上軋成(()10土0.3國的線材。最后進行斯太爾摩吐絲和快速冷卻，吐絲溫度范圍為830870°C，吐絲規格為())7士0.3mm，吐絲后線材進行快速冷卻。實施例1按表1所示的化學成分在真空電磁感應爐中冶煉鋼水，并澆鑄成連鑄坯或鋼錠，將連鑄坯或鋼錠加熱至1250130(TC，保溫130分鐘組織均勻化處理；然后進行鍛造，鍛造溫度》120(TC，鍛成50X50土lmr^的長方坯。隨后進行熱軋粗軋，粗軋溫度范圍11301150°C，軋成(j)22士0.5mm的棒材。精軋溫度范圍為10001050°C，在連軋機上軋成())10土0.3inm的線材。最后進行斯太爾摩吐絲和快速冷卻，吐絲溫度范圍為830870°C，吐絲規格為f7士0.3mm，吐絲后線材進行快速冷卻，冷卻速率為1(TC/s。實施例2實施方式同實施例l，其中加熱溫度為1250130(TC，保溫140分鐘；鍛造溫度>1200°C，鍛成50X50士lmr^的長方坯；粗軋開始溫度范圍1130115(TC，軋成())22±0.5mm的棒材。精軋溫度范圍為10001050°C，在連軋機上軋成())IO士O.3mm的線材。斯太爾摩吐絲溫度范圍為830870°C，吐絲規格為07土O.3mm，吐絲后線材進行快速冷卻，冷卻速率為9"C/s。實施例3實施方式同實施例l，其中加熱溫度為12501300°C，保溫150分鐘；鍛造溫度》1200°C，鍛成50X50±1咖2的長方坯；軋開始溫度范圍11301150°C，軋成巾22土0.5mm的棒材。精軋溫度范圍為10001050°C，在連軋機上軋成([)10±0.3隱的線材。斯太爾摩吐絲溫度范圍為83087(TC，吐絲規格為())7土0.3mm，吐絲后線材進行快速冷卻，冷卻速率為lrc/s。表1本發明對比例和實施例1-3的熱軋線材的化學成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>根據GB/T228-2002對本發明對對比例和實施例1-3的熱軋線材進行力學性能測試，測試結果見表4。表4本發明對比例和實施例1-3的熱軋線材的力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>結合圖1、2和表2可以看出，本發明熱軋線材的微觀組織為納米尺度針狀馬氏體，馬氏體板條平均尺寸約為十幾個納米，且其屈服強度達到1900MPa以上，屈強比較高，同時具有良好的韌性，可作為高強度線材和條鋼用鋼。權利要求1、一種線材，其特征在于，以重量百分比計，其化學成分包含C0.40～0.60％、Si2.5～4.0％、Mn3.0～5.0％、Mo0.40～0.60％，余量為Fe和不可避免的雜質。2、如權利要求1所述的線材，其特征在于，在所述雜質中，S《0.010%，P《0.015%，0、N、H總量〈50mg/kg。3、如權利要求1或2所述的線材，其特征在于，所述線材的顯微組織為納米尺度針狀馬氏體，馬氏體板條寬度為515nm。4、權利要求1所述線材的制造方法，包括冶煉、澆鑄、加熱、鍛造、粗軋、精軋、吐絲和控制冷卻，其特征在于，在所述控制冷卻過程中，采用斯太爾摩線控制冷卻，冷卻速率為10±l°C/s。5、如權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述澆鑄過程中，澆鑄后的連鑄坯或鋼錠的厚度》鍛坯厚度的10倍。6、如權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述加熱過程中，加熱溫度為固1300。C，保溫時間為130150分鐘。7、如權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述鍛造過程中，鍛造溫度^115(TC，鍛成50X50土lmm'的長方坯。8、如權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述粗軋過程中，粗軋開始溫度范圍為11301150。C，軋后溫度范圍為11101130。C，軋成(j)22士0.5mm的棒材。9、如權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述精軋過程中，加熱溫度^1050°C，軋制溫度范圍為10001050°C，軋成01O土O.3mm的線材。10、如權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述吐絲工藝中，吐絲溫度范圍為830870°C，吐絲規格為())7士0.3mra。全文摘要本發明提供一種2200MPa級超高強度熱軋線材及其制造方法。本發明的2200MPa級超高強度熱軋線材由以下化學成分組成(重量百分比)C0.40～0.60％、Si2.5～4.0％、Mn3.0～5.0％、Mo0.40～0.60％，余量為Fe和不可避免的雜質。本發明采用Mn-Si-Mo系成分，通過純凈化冶煉，鍛造，粗軋，精軋和吐絲技術，獲得了以納米尺度馬氏體組織為特征的熱軋線材，馬氏體板條寬度約為5～15nm。該鋼屈服強度≥1900MPa、抗拉強度≥2200MPa、屈強比≥0.85，延伸率≥8.0％，斷面收縮率≥40％。文檔編號B21B37/74GK101586208SQ20081003791公開日2009年11月25日申請日期2008年5月23日優先權日2008年5月23日發明者劉俊亮,王軍藝申請人:寶山鋼鐵股份有限公司