專利名稱：一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種高強鋼，具體地說是一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼及其制造方法。
背景技術：
21世紀鋼鐵仍是占主導的結構材料，沒有一種材料能夠全面代替鋼鐵。隨著社會和經濟的發展，鋼鐵工業面臨著節省資源、節約能源、保護環境的三大壓力。因此，改善鋼材質量，降低成本，開發與人類友好的鋼鐵材料，大幅度提高其綜合力學性能，已成為鋼鐵材料研究的主要方向。其中，采用熱機械控制軋制技術(TMCP)和形變誘導鐵素體相變技術 (DIFT)低成本地生產細晶粒高強度鋼是當前冶金行業的發展方向。通常，鋼材的屈服強度和抗拉強度與晶粒直徑d的-1/2次方成正比，晶粒細化將使鋼材的屈服強度和抗拉強度顯著提高，但晶粒細化對屈服強度的貢獻比對抗拉強度的貢獻更大，晶粒越細屈強比越高。屈強比的升高將導致鋼材的冷成型性能顯著下降。另外，晶粒越細，強度提高，室溫延伸率越小。因而，高屈強比、低塑性是現有超細晶生產技術尚需解決的難題。近年來的研究表明，在鋼材中的超細晶組織中引入適量的相對粗大的晶粒，即造成雙峰尺寸分布的晶粒結構，可以在強度損失很小的情況下極大提高延伸率。中國專利 CN101225459A通過熱處理+冷變形的方法在14MnNb鋼中獲得了具有雙峰尺寸分布的超細晶組織，使鋼材塑性大幅度提高。中國專利CN 1632138A中通過熱處理+溫變形+冷變形的工藝方法，在亞共析鋼中獲得了雙峰晶粒尺寸分布超細晶組織。但是，通過上述工藝方法并未解決屈強比的問題。如，在中國專利CN 101225459A中所獲得的材料的屈強比接近于 0. 9。
發明內容
為了在很小強度損失的條件下大大提高超細晶鋼的常溫塑性，降低屈強比，提高鋼材的冷成型性能，拓寬超細晶鋼結構應用范圍，本發明的目的是提供一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼及其制造方法。通過該工藝處理的微合金低碳鋼，具有低屈強比、高塑性、高強度的特性。該工藝方法結合TMCP+離線熱處理工藝方法，可經濟地應用于具有優異綜合力學性能的超細晶鋼板材的生產。一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼，其特征在于該鋼中化學成分按重量百分比計為:C :0. 06 0. 09%, Si 0. 15 0. 25%, Mn :1. 20 1. 50%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 005%, Nb 0. 020 0. 040%, V :0. 010 0. 030%, Ti :0. 008 0. 015%, Cr :0. 10 0. 30%, Ni 0. 10 0. 30%, Cu 0. 10 0. 30%, Al :0. 010 0. 050%，余量為Fe及不可避免的雜質。本發明中，Cr、Ni、Cu等合金元素主要起到強化作用。一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的制造方法，其特征在于該制造方法具體要求如下軋制工藝采用控軋控冷工藝，軋前連鑄坯加熱溫度為1180°C 1200°C ；采用奧氏體再結晶區和奧氏體未再結晶區兩階段控制軋制，粗軋每道次壓下率10 15%，粗軋終軋溫度1000 1050°C，粗軋成1. 6 2. 0倍成品厚度的中間坯；精軋開軋溫度為850 870°C，每道次壓下率為10 15%，精軋終軋溫度800 830°C ；軋后采用層流冷卻，終冷溫度550 630°C，冷卻速率7 10°C /s，隨后空冷；
熱處理工藝將空冷之后的鋼板再進行加熱，加熱溫度介于ACl Ac3之間，隨后進行兩相區淬火處理，淬火溫度在780 830°C，保溫時間為(廣3) min / mmX板厚。最佳保溫時間為2 min / mmX板厚。本發明通過采用控軋控冷工藝(TMCP)，獲得了貝氏體組織。通過熱處理工藝，獲得了具有雙峰分布的超細晶結構，鋼板屈服強度450 530MPa，抗拉強度為670 760MPa，延伸率彡27%，屈強比RtO. 2/Rm ^ 0. 70。本發明通過微合金化和控軋控冷提高鋼板的屈服強度和抗拉強度，通過兩相區淬火或回火增加析出物析出幾率，獲得均勻的具有雙峰分布的超細晶粒鐵素體結構，使材料具有低屈強比、超塑性、高強度等特性。生產工藝穩定，可操作性強，成本低、獲得的材料綜合性能優異。本發明具有如下優點
1、在鋼中獲得具有雙峰分布的粗細不同的晶粒的組織，來彌補單純超細晶粒鋼塑性較低的現象。2、通過簡單的熱處理方法，充分發揮鋼中彌散析出相的強化作用，使鋼材的抗拉強度大幅上升，屈強比下降，屈強比低于0. 70。3、本發明的制造方法，利用常用的TMCP工藝，不需要在軋制過程中進行較難控制的如弛豫析出過程或者如DIFT技術中低溫大壓下快冷的方法，該技術操作簡便，不影響現場生產節奏。本發明利用TMCP+離線熱處理工藝方法，獲得了具有低屈強比，高塑性、高強度性能的鋼材，且組織為雙峰尺寸分布的超細晶粒結構。
圖1是實施例1通過TMCP+亞溫淬火獲得的具有雙峰分布的超細晶粒鋼的顯微組織圖。圖2是實施例2通過TMCP+亞溫回火獲得的具有雙峰分布的超細晶粒鋼的顯微組織圖。
具體實施例方式一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼，根據本發明的生產工藝，冶煉軋制本發明的鋼種實際化學成分如表1所示。一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的制造方法，該制造方法具體要求如下
軋制工藝采用控軋控冷工藝，軋前連鑄坯加熱溫度為1180°C 1200°C ；采用奧氏體再結晶區和奧氏體未再結晶區兩階段控制軋制，粗軋每道次壓下率10 15%，粗軋終軋溫度1000 1050°C，粗軋成1. 6 2. 0倍成品厚度的中間坯；精軋開軋溫度為850 870°C，每道次壓下率為10 15%，精軋終軋溫度800 830°C ；軋后采用層流冷卻，終冷溫度550 6300C，冷卻速率7 10°C /s，隨后空冷；在熱軋車間進行TMCP軋制成21mm厚，獲得貝氏體組織。 熱處理工藝將空冷之后的鋼板在熱處理爐中重新加熱到780°C，然后在這個溫度下保溫42min。通過Nb、V、N等析出物，降低熱處理過程中鋼材屈服強度的損失，大幅度提高抗拉強度，保溫結束后分別采取用水淬火和空冷的方式。處理后板材的力學性能見表 2，顯微組織分別見圖1和圖2，鐵素體呈雙峰晶粒尺寸分布的組織結構，其中直徑在1 μ m以下的晶粒的體積分數約占50%，5-10 μ m晶粒體積分數約占35%，其余尺寸范圍晶粒的體積分數約占15%。 表1本發明實施例的化學成分(wt%)
權利要求
1.一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼，其特征在于該鋼中化學成分按重量百分比計為:C :0. 06 0. 09%, Si 0. 15 0. 25%, Mn :1. 20 1. 50%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 005%, Nb 0. 020 0. 040%, V :0. 010 0. 030%, Ti :0. 008 0. 015%, Cr :0. 10 0. 30%, Ni 0. 10 0. 30%, Cu 0. 10 0. 30%, Al :0. 010 0. 050%，余量為Fe及不可避免的雜質。
2.—種權利要求1所述的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的制造方法，其特征在于該制造方法具體要求如下軋制工藝采用控軋控冷工藝，軋前連鑄坯加熱溫度為1180°C 1200°C ；采用奧氏體再結晶區和奧氏體未再結晶區兩階段控制軋制，粗軋每道次壓下率10 15%，粗軋終軋溫度1000 1050°C，粗軋成1. 6 2. 0倍成品厚度的中間坯；精軋開軋溫度為850 870°C，每道次壓下率為10 15%，精軋終軋溫度800 830°C ；軋后采用層流冷卻，終冷溫度550 630°C，冷卻速率7 10°C /s，隨后空冷；熱處理工藝將空冷之后的鋼板再進行加熱，加熱溫度介于Ac1 Ac3之間，隨后進行兩相區淬火處理，淬火溫度在780 830°C，保溫時間為(廣3) X板厚min，得到低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼。
3.根據權利要求2所述的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的制造方法，其特征是得到的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼金相組織為具有雙峰分布的鐵素體超細晶粒結構。
4.根據權利要求2所述的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的制造方法，得到的低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼的屈服強度為450 530MPa，抗拉強度為670 760MPa，延伸率彡 27%，屈強比 RtO. 2/Rm < 0. 70。
全文摘要
本發明公開了一種低屈強比高塑性超細晶粒高強鋼及制造方法。鋼的化學成分重量百分比為C0.06～0.09%，Si0.15～0.25%，Mn1.20～1.50%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb0.020～0.040%，V0.010～0.030%，Ti0.008～0.015%，Cr0.10～0.30%，Ni0.10～0.30%，Cu0.10～0.30%，Al0.010～0.050%，余量為Fe及不可避免的雜質。本發明通過采用控軋控冷工藝，獲得了貝氏體組織。通過熱處理工藝，獲得了具有雙峰分布的超細晶結構，使材料具有低屈強比、超塑性、高強度等特性。生產工藝穩定，可操作性強，成本低、獲得的材料綜合性能優異。
文檔編號C21D1/18GK102277539SQ201110218100
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者劉朝霞, 尹雨群, 趙晉斌 申請人:南京鋼鐵股份有限公司