專(zhuān)利名稱：一種高延伸率高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼板及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高延伸率高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼板及其生產(chǎn)方法，具體的說(shuō)是一種 具有高延伸率高強(qiáng)度的工程機(jī)械用鋼板。特別涉及IlOOMPa級(jí)高延伸率高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn) 方法，以馬氏體/貝氏體復(fù)相組織為基礎(chǔ)，并發(fā)揮殘余奧氏體有對(duì)改善鋼韌性的作用，設(shè)計(jì) 一種主要有貝氏體和馬氏體兩相組成的高延伸率高強(qiáng)度鋼板，這種鋼板同時(shí)具有優(yōu)良的焊 接性能及較好的低溫韌性，并給出了適宜的生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)水平的發(fā)展，機(jī)械、能源、交通、建筑以及原材料等工業(yè)領(lǐng)域所涉及的各 種工程機(jī)械、橋梁、交通工具的制造、生產(chǎn)對(duì)屈服強(qiáng)度大于SOOMPa級(jí)以上鋼種的需求越來(lái) 越大；同時(shí)為了達(dá)到節(jié)約資源、降低生產(chǎn)成本的目的，對(duì)現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)材料提出了更高的性能 要求，不僅僅要求鋼鐵材料有高強(qiáng)度和優(yōu)良的焊接性能，并具有好的塑性及低溫韌性。傳統(tǒng) 的鋼鐵材料是通過(guò)提高含碳量與合金總量來(lái)達(dá)到提高強(qiáng)度的目的，但是這樣做的后果就是 犧牲了材料的焊接性能以及低溫韌性。目前在屈服強(qiáng)度為IlOOMPa級(jí)別的超高強(qiáng)鋼的碳含量基本在0. 2% 0. 4%左右， 主要是以回火馬氏體組織為主，延伸率較低，塑性較差，給成形帶來(lái)一定的影響。中國(guó)期刊 《金屬學(xué)報(bào)》第43卷第3期中刊登的一篇《低合金超高強(qiáng)度貝氏體鋼的晶粒細(xì)化與韌性提 高》中公開(kāi)了一種高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)工藝，當(dāng)其屈服強(qiáng)度達(dá)到IlOOMPa以上時(shí)，延伸率就會(huì) 下降到15%左右，同時(shí)此鋼種的含碳量為0. 25%左右，同時(shí)含有較高的MruSi含量，因此對(duì) 焊接性能有很大的影響。為了解決上述鋼的缺點(diǎn)，本發(fā)明者結(jié)合各種強(qiáng)化機(jī)理，通過(guò)添加一定量的Mn、Si 及微合金元素，設(shè)計(jì)出一種高延伸率的低碳貝氏體鋼，低碳貝氏體鋼含碳量較低，合金元素 總含量較少，充分利用了微合金元素的細(xì)化晶粒作用及微合金的碳氮化物的析出強(qiáng)化和彌 散強(qiáng)化作用，從而降低了碳當(dāng)量以及焊接裂紋敏感系數(shù)，因而低碳貝氏體鋼有著高強(qiáng)度及 焊接性能的良好配合。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)貝氏體/馬氏體這種復(fù)相組織的強(qiáng)韌性配合較好。微 合金元素的添加同時(shí)提高了淬透性，更容易獲得下貝氏體與馬氏體的復(fù)相組織，同時(shí)組織 中還含有一定量的殘余奧氏體來(lái)改善鋼的韌性。在生產(chǎn)過(guò)程中準(zhǔn)確控制軋制及冷卻過(guò)程， 獲得比例合適的混合組織，從而獲得高強(qiáng)度、高延伸率、高韌性等優(yōu)良性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高延伸率彡20%、屈服強(qiáng)度彡llOOMPa、優(yōu)良的低溫沖 擊韌性-40°C，Akv ^ 30J，具有高強(qiáng)度、高延伸率、優(yōu)良的低溫韌性、優(yōu)良的焊接性能和加工 性能的貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)高延伸率高強(qiáng)度鋼的合金元素組成質(zhì)量百分比為；C :0.06% 0. 18%, Si 0. 55% 1. 7%，Mn :1. 1 % 1. 7%，P 彡 0. 007%，S 彡 0. 006%，N 彡 0. 0040%, Nb % 0. 4 %，Ti :0· 01 % 0. 02 %，Cr :0· 3 % 0. 5 %，Ni
0.3% 0. 8%，Cu :0. 3% 0. 8%，V :0. 025-0. 05%, B 0. 0005-0. 0015%，其他為鐵和不 可避免雜質(zhì)。其中B 0. 005 0. 0015,Ti 0. 01% 0. 02%,Mo 0. 25% 0. 4%為關(guān)鍵特征。所述高延伸率高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼還含有Als 0. 015% 0. 02%。所述的高延伸率高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼，其特征在于，所述低碳貝氏體鋼板的微觀 組織是一種復(fù)相組織，有貝氏體組織、馬氏體組織、以及少量的殘余奧氏體組織，同時(shí)含有 彌散分布的Nb、V、Ti元素的碳化物。下面對(duì)本發(fā)明的高延伸率高強(qiáng)度鋼板的化學(xué)成份作詳細(xì)敘述。C:碳有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，但是本發(fā)明為了獲得優(yōu)良的焊接性能及低溫韌性而 降低了含碳量，同時(shí)為能獲得低碳貝氏體板條，而將含碳量定在0. 06 0. 18%。Si =Si起到固溶強(qiáng)化作用，添加Si能提高強(qiáng)度，如果提高Si的含量至1. 5%以上 可以增加殘余奧氏體的穩(wěn)定性，改善高強(qiáng)度鋼的韌性。Si還有抑制滲碳體的析出，提高鋼的 回火溫度的作用。Mn :Mn在鋼中起到固溶強(qiáng)化和提高淬透性的作用，控制Mn/C比可以改善鋼的韌 性，但是Mn在鋼中容易偏析，形成MnS夾雜，因此將Mn控制在1. 1.7%。B =B能明顯抑制鐵素體在奧氏體晶界的形核，可以在較大的冷速范圍內(nèi)都能獲得 貝氏體組織，同時(shí)B有著強(qiáng)烈的晶界偏析，因此要控制B在0. 0005-0. 0015%，否則會(huì)破壞鋼 的低溫韌性。Mo =Mo能抑制了鐵素體轉(zhuǎn)變，降低貝氏體轉(zhuǎn)變溫度，細(xì)化有效組織，為獲得貝氏體 與馬氏體的復(fù)相組織而加入0. 25% 0. 4%的Mo。Cr 添加Cr能大幅度的提高鋼的強(qiáng)度，但是添加過(guò)多會(huì)影響剛的低溫韌性。因此 將添加量定在0. 3 % 0. 5 %。V、Ti、Nb等微合金元素添加這些微合金元素能起到細(xì)化晶粒及析出強(qiáng)化、固溶 強(qiáng)化等作用。本發(fā)明的高延伸率高強(qiáng)度鋼板的制造方法包括備料、轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、 連鑄、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻，熱處理。所述加熱爐加熱的工藝方法加熱溫度在1200°C 1250°C之間，加熱時(shí)間在
1.5 2. 5小時(shí)之間。所述控制軋制的工藝方法軋制工藝為兩階段軋制，第一階段開(kāi)軋溫度為1150 1200°C，粗軋終止溫度大于1040°C，累計(jì)壓下率大于60%，最后3道次壓下率不低于15%。 第二階段開(kāi)軋溫度為900 950°C，終軋溫度為840 780°C，道次壓下率不低于10%，累計(jì) 壓下率大于60%。所述控制冷卻的工藝方法冷卻速度為20 60°C /S，終冷溫度為260 300°C ；所述熱處理工藝淬火加熱溫度為α -Fe轉(zhuǎn)變?yōu)棣?-Fe的臨界溫度Ae3+30 50°C， 加熱時(shí)間為1. 6 3. 2min/mmX板厚h+Ο 20min ；回火加熱溫度為550 680°C，保溫時(shí) 間為2. 5min/mmX板厚h+30 50min，出爐后水冷至室溫。再進(jìn)行一次低溫回火，回火溫度 為200 230°C，保溫時(shí)間為為2. 5min/mmX板厚h+30 50min，出爐后空冷至室溫。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)
4
1.通過(guò)優(yōu)化合金成份設(shè)計(jì)方案，控制了碳含量，減少了合金元素的添加總量，降低 了碳當(dāng)量及焊接裂紋敏感系數(shù)。2.通過(guò)成份設(shè)計(jì)和控扎控冷工藝的配合，獲得了貝氏體、馬氏體的復(fù)相組織，其中 含有一部分的殘余奧氏體組織，以及呈彌散分布的Nb、V、Ti碳化物，使鋼板獲得了良好的 強(qiáng)度、塑性及低溫韌性。3.開(kāi)發(fā)出高延伸率、高強(qiáng)度、高韌性的鋼板，可以大大減少機(jī)械用鋼的使用量，提 高工程機(jī)械的壽命，節(jié)約了資源。本發(fā)明適用于生產(chǎn)高延伸率高強(qiáng)度鋼板。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例2的IlOOMPa高延伸率高強(qiáng)度鋼板軋態(tài)組織的透射電鏡圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的IlOOMPa高延伸率高強(qiáng)度鋼板回火處理后的掃描電鏡 圖。
具體實(shí)施例方式以下用實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。這些實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明最 佳實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。實(shí)施例1按化學(xué)成份質(zhì)量百分比C 0. 075 %, Si 0. 55%, Mn 1. 7%, P 0. 0069 S 0. 005 %, Cr 0. 4 Mo 0. 37 Cu 0. 8 Nb 0. 06 Ti 0. 02 B 0. 0015 Ni 0. 79%, V 0. 036%，在真空電磁感應(yīng)爐中冶煉鋼水，并澆鑄成鋼錠，鋼錠厚度為70mm，將鋼 坯加熱到1230°C，保溫2小時(shí)，在二輥軋機(jī)上進(jìn)行軋制，開(kāi)軋溫度為1160°C，到1050°C終 軋，累計(jì)壓下率為62%，然后待溫至950°C開(kāi)始第二階段軋制，終軋溫度為800°C，軋后板厚 為10mm，待溫至780°C后淬火至300°C，空冷至室溫；再加熱至930°C保溫45分鐘，淬火至室 溫。在650°C回火1小時(shí)后水冷至室溫，然后在220°C低溫回火Ih后空冷至室溫，獲得了屈 服強(qiáng)度為1130MPa，延伸率為20. 5%，_40°C的低溫韌性，Akv = 35J的鋼板。實(shí)施例2按化學(xué)成分質(zhì)量百分比C 0. 18 Si 1. 55 %, Mn 1. 13 P 0. 0059 S 0. 005%，Cr 0. 40%, Mo 0. 35%, Cu 0. 30%, Nb 0. 059Ti 0. 15%, B 0. 001%, Ni 0. 76%, V 0. 05%，在真空電磁感應(yīng)爐中冶煉鋼水，并澆鑄成鋼錠，鋼錠厚度為70mm，將鋼 坯加熱到1200°C保溫2小時(shí)，在二輥軋機(jī)上進(jìn)行二階段軋制，開(kāi)軋溫度為1130°C，第一階 段終軋溫度為1050°C，累計(jì)壓下率為62%，待溫至950°C開(kāi)始第二階段軋制，終軋溫度為 810°C，累計(jì)壓下率大于60%，軋后板厚為10mm。待溫至760°C再淬火至280°C，然后空冷至 室溫；升溫至在960°C保溫45分鐘，淬火至室溫。加熱至630°C回火1小時(shí)后水冷至室溫，在 220°C進(jìn)行低溫回火1小時(shí)后空冷，獲得強(qiáng)度為1150MPa，延伸率為20%，_40°C的低溫韌性， Akv = 30J的鋼板。圖1為本發(fā)明實(shí)施例2的IlOOMPa高延伸率高強(qiáng)度鋼板軋態(tài)組織的透射 電鏡圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的IlOOMPa高延伸率高強(qiáng)度鋼板回火處理后的掃描電鏡圖； 由附圖1就可以看出軋態(tài)組織中含有非常細(xì)的板條貝氏體，板條亞結(jié)構(gòu)寬度約為150nm。實(shí)施例3按化學(xué)成分質(zhì)量百分比C 0. 15%,Si 1. 0%,Μη 1. 3%,P 0. 004%, S 0. 003%,4/4頁(yè)
Cr 0. 36%, Mo 0. 4%, Cu 0. 30 %, Nb 0. 04%, Ti 0. 20%, B 0. 0015%, Ni 0. 7%, V 0. 05%，在真空電磁感應(yīng)爐中冶煉鋼水，并澆鑄成鋼錠，鋼錠厚度為70mm，將鋼坯加熱到 1200°C保溫2小時(shí)，在二輥軋機(jī)上進(jìn)行二階段軋制，開(kāi)軋溫度為1160°C，第一階段終軋溫度 為1040°C，累計(jì)壓下率為62%，待溫至950°C開(kāi)始第二階段軋制，終軋溫度為820°C，累計(jì)壓 下率大于60%，軋后板厚為10mm。待溫至780°C再淬火至280°C，空冷至室溫；升溫至940°C 保溫45分鐘，淬火至室溫。升溫至630°C回火1小時(shí)后水冷至室溫，在200°C進(jìn)行低溫回火 1小時(shí)后空冷，獲得強(qiáng)度為llOOMPa，延伸率為21%，-40°C的低溫韌性，Akv = 37J的鋼板。
用上述方法生產(chǎn)的具有高延伸率的高強(qiáng)度鋼板，與相同強(qiáng)度級(jí)別的高強(qiáng)度鋼相比 有著優(yōu)良的低溫韌性、優(yōu)良的焊接性能。能夠滿足工程機(jī)械、結(jié)構(gòu)用鋼等行業(yè)的生產(chǎn)需要。
權(quán)利要求
一種高延伸率高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼板，其特征在于，所述高延伸率高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼板的成分和重量百分比含量為C0.06％～0.18％，Si0.55％～1.7％，Mn1.1％～1.7％，P≤0.007％，S≤0.006％，N≤0.0040％，Nb0.02％～0.06％，Mo0.25％～0.4％，Ti0.01％～0.02％，Cr0.3％～0.5％，Ni0.3％～0.8％，Cu0.3％～0.8％，V0.025 0.05％，B0.0005％ 0.0015％，其他為鐵和不可避免雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高延伸率高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼板，其特征在于，所述高 延伸率高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼還含有Als 0. 015% 0. 02%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高延伸率高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼板，其特征在于，所述 低碳貝氏體鋼板的微觀組織是一種復(fù)相組織，有貝氏體組織、馬氏體組織、以及少量的殘余 奧氏體組織，同時(shí)含有彌散分布的Nb、V、Ti元素的碳化物。
4.一種高延伸率高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼板的生產(chǎn)方法，包括備料、轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外 精煉、連鑄、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻，熱處理，其特征在于所述板坯再加熱的板坯再加熱溫度是1200°C 1250°C，加熱時(shí)間是1. 5 2. 5小時(shí)；所述控制軋制的軋制工藝為兩階段軋制，包括再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制兩個(gè)階 段，所述的再結(jié)晶區(qū)軋制階段，開(kāi)軋溫度彡1150°C，終止溫度> 1040°C，且最后連續(xù)3道次 壓下率> 15%，再結(jié)晶區(qū)軋制階段累計(jì)壓下率> 60% ；所述控制軋制的未再結(jié)晶區(qū)軋制開(kāi) 軋溫度是900 950°C，終軋溫度840 780°C，且道次壓下率彡10%,未再結(jié)晶區(qū)累計(jì)壓下 率> 60% ；所述控制冷卻的開(kāi)冷溫度控制在800 760°C，以20°C /s 80°C /s的冷卻速度冷卻 到260 300°C，再空冷至室溫；所述熱處理包括，淬火加熱溫度為α-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)椋ず?的臨界溫度^3+30 501，保溫 時(shí)間為1. 6 3. 2min/mmX板厚h+10 20min，出爐后水冷至室溫；回火加熱溫度為550 680°C，保溫時(shí)間為2. 5min/mmX板厚h+30 50min，出爐后水冷至室溫；再進(jìn)行一次低溫 回火，回火溫度為200 230°C，保溫時(shí)間為2. 5min/mmX板厚h+30 50min，出爐后空冷 至室溫。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高延伸率高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼板及其生產(chǎn)方法，生產(chǎn)出具有高延伸率(≥20％)高強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度≥1100MPa)，并且擁有良好的低溫韌性及焊接性能的鋼板，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為C0.06％～0.18％，Si0.55％～1.7％，Mn1.1％～1.7％，P≤0.007％，S≤0.006％，N≤0.0040％，Nb0.02％～0.06％，Mo0.25％～0.4％，Ti0.01％～0.02％，Cr0.3％～0.5％，Ni0.3％～0.8％，Cu0.3％～0.8％，V0.025-0.05％，B0.0005％～0.0015％，可選成份Als0.015％～0.02％，其他為鐵和不可避免雜質(zhì)。鋼板的微觀組織是一種復(fù)相組織，有貝氏體組織、馬氏體組織、以及少量的殘余奧氏體組織，同時(shí)含有彌散分布的Nb、V、Ti等元素的碳化物。該高延伸率高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼板的生產(chǎn)方法，包括備料、轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、連鑄、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻，熱處理。
文檔編號(hào)C22C38/54GK101942616SQ20101028388
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者何春雨, 余偉, 劉濤, 徐立善, 蔡慶伍, 陳銀莉 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)