專利名稱：一種使中碳鋼獲得細晶粒鐵素體的熱加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬熱加工領(lǐng)域，特別涉及一種使中碳鋼獲得細晶粒鐵素體的熱加工方法，主要針對高級別、大斷面型材或扁平材的軋制。
背景技術(shù)：
眾所周知，鋼鐵屬資源消耗型產(chǎn)品，因此，其生產(chǎn)加工更應該著眼于環(huán)保、可循環(huán)使用。目前，在鋼鐵材料強韌化技術(shù)中，較為普遍采用的手段是材料的合金化和微合金化，如將Mn含量提高至1.0％以上并添加Nb、V、Ti等微合金元素。此外，在上述合金化的基礎(chǔ)上，通常采用控軋控冷技術(shù)，其本質(zhì)在于通過對形變溫度和形變后冷卻過程的控制，實現(xiàn)固溶強化、第二相強化、析出強化和組織細化達到提高材料強韌性的目的。傳統(tǒng)的控軋主要是針對穩(wěn)定奧氏體而言，通常分為奧氏體的再結(jié)晶區(qū)控軋、未再結(jié)晶區(qū)控軋和奧氏體/鐵素體兩相區(qū)控軋?？乩渲饕擒埡蟛扇】炖涞睦鋮s方式，如用于長型材的穿水冷卻和用于扁平材的層流冷卻，其目的是控制相變過程、抑制晶粒長大和獲得所需數(shù)量的低溫相變產(chǎn)物，從而達到強化的效果。上述方法中由于合金及微合金元素的使用不僅大大地提高了材料的成本，而且工藝復雜，更重要的是含有微合金元素的廢鋼難以回收再利用；此外，軋后快冷還導致產(chǎn)品厚向冷速差別，造成組織不均，不適用于大斷面的型材或扁平材生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于生產(chǎn)高級別、大斷面的型材和扁平材的中碳鋼的熱加工工藝，使其獲得細小的鐵素體組織并具有較高的強韌性。本發(fā)明的方法工藝簡單，易控制，成本低廉且廢鋼易于回收利用。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案的工作原理為本發(fā)明的技術(shù)方案在于使用普通中碳鋼，如45鋼，通過控制變形溫度，在臨界奧氏體區(qū)進行大變形，利用形變對相變的促進與誘發(fā)效應獲得細小的鐵素體晶粒；同時，本發(fā)明的技術(shù)方案還在于變形后無需采用特殊的冷卻工藝，而只要在空氣中緩慢冷卻即可獲得細小且超過平衡數(shù)量的鐵素體組織，從而為有效提高鋼的強度和韌性提供了組織保證。而傳統(tǒng)控軋控冷的方法主要針對合金鋼或低合金鋼而言，控冷是對控軋的必要補充。
本發(fā)明是利用中碳鋼內(nèi)臨界奧氏體組織變形經(jīng)過大變形而轉(zhuǎn)變成細晶鐵素體來生產(chǎn)高級別、大斷面的型材和扁平材的工藝思路。其優(yōu)點是僅利用提高C含量而無需合金化或微合金化，從而降低成本，易于回收利用。由于此工藝方法采用較低的變形溫度，還可降低坯料的加熱溫度，從而可以收到減少加熱能耗和氧化燒損的效果。
根據(jù)上述目的和工作原理，本發(fā)明的具體的技術(shù)方案為該方法所用材料為中碳鋼0.45C％，0.22％Si，0.60％Mn，0.019％P，0.013％S，其特征在于該方法是將中碳鋼鋼件在Ae3±30℃和Ar3溫度區(qū)間變形，即在臨界奧氏體區(qū)進行熱變形，其中Ae3為平衡轉(zhuǎn)變溫度、Ar3為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度，總變形量≥50％，變形后采用緩慢冷卻的方式，分段冷卻至室溫Td～500℃之間的冷速為1.2℃/s，500～300℃之間的冷速為0.5℃/s，其中Td為變形溫度，最終獲得晶粒為＜10μm細小的鐵素體組織，且數(shù)量超出平衡量。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比提供一種適用于生產(chǎn)高級別、大斷面的型材和扁平材的的中碳鋼的熱加工工藝，使其獲得細的鐵素體組織并具有較高的強韌性。本發(fā)明的方法具有工藝簡單，易控制，成本低廉且廢鋼易于回收利用的優(yōu)點。上述優(yōu)點具體如下本發(fā)明是利用中碳鋼臨界奧氏體組織經(jīng)過大變形而轉(zhuǎn)變成一定數(shù)量的細晶鐵素體來生產(chǎn)高級別、大斷面的型材和扁平材的工藝思路。其優(yōu)點是僅利用提高C含量而無需合金化或微合金化，從而降低成本，易于回收利用。由于此工藝方法采用較低的變形溫度，還可降低坯料的加熱溫度，從而可以收到減少加熱能耗和氧化燒損的效果。


圖1為本發(fā)明熱加工工藝曲線示意圖。
圖2為采用本發(fā)明熱加工工藝獲得晶粒細小的鐵素體組織的金相組織圖。
圖3為采用常規(guī)軋制后緩慢冷卻獲得鐵素體組織的金相組織圖。
從圖2和圖3的金相組織對比可以看出采用本發(fā)明所述的工藝與常規(guī)軋制工藝獲得的鐵素體數(shù)量和晶粒尺寸均有顯著差異。
具體實施例方式
實施例1所用45鋼成分為0.45C％，0.22％Si，0.60％Mn，0.019％P，0.013％S。Ae3＝775℃，Ar3＝660℃(10℃/S冷速)。所用的加熱溫度為950℃，變形溫度為800℃。在該溫度區(qū)間的總變形量60％，變形后模擬φ25mm規(guī)格圓鋼在冷床上的冷速，分段冷卻至室溫800℃～500℃之間的冷速為1.2℃/s，500～300℃之間的冷速為0.5℃/s。用該成份和變形工藝得到的鐵素體平均晶粒尺寸為8μm，數(shù)量42.6％，(該溫度下鐵素體的平衡數(shù)量是0)。
實施例2所用45鋼成分同實施例1的成份。Ae3＝775℃，Ar3＝660℃(10℃/S冷速)。所用的加熱溫度為950℃，變形溫度為680℃。在該溫度區(qū)間的總變形量60％，變形后模擬φ25mm規(guī)格鋼筋在冷床上的冷速，分段冷卻至室溫680～500℃之間的冷速為1.2℃/s，500～300℃之間的冷速為0.5℃/s。用該成份和變形工藝得到的鐵素體平均晶粒尺寸為4μm，其數(shù)量為50.9％(該溫度下鐵素體的平衡數(shù)量是39.5％)。
上述兩個實施例中，分別在Ae3和Ar3附近大變形，變形后緩慢(空冷)冷卻，均獲得了＜10μm的鐵素體晶粒，且數(shù)量均超過了平衡數(shù)量。
權(quán)利要求
1.一種使中碳鋼獲得細晶粒鐵素體的熱加工方法，該方法所用材料為中碳鋼0.45C％，0.22％Si，0.60％Mn，0.019％P，0.013％S，其特征在于該方法是將中碳鋼鋼件在Ae3±30℃和Ar3溫度區(qū)間變形，即在臨界奧氏體區(qū)進行熱變形，總變形量≥50％，變形后采用緩慢冷卻的方式，分段冷卻至室溫Td～500℃之間的冷速為1.2℃/s，500～300℃之間的冷速為0.5℃/s，最終獲得晶粒為＜10μm細小的鐵素體組織，且數(shù)量超出平衡量。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬熱加工領(lǐng)域，特別涉及一種使中碳鋼獲得細晶粒鐵素體的熱加工方法，主要針對高級別、大斷面型材或扁平材的軋制。該方法是將中碳鋼45號鋼鋼件在A
文檔編號C22C38/04GK1944690SQ20061011439
公開日2007年4月11日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者陳其安, 曹會改, 陳穎, 楊忠民, 白埃民, 車彥民, 王慧敏 申請人:鋼鐵研究總院