高性能超高碳鋼鋼板及制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種既具有節(jié)約資源環(huán)保型，又具有良好的工藝性能和力學(xué)性能的高性能超高碳鋼（Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al）鋼板及制備工藝，碳含量1.3%～1.6%，鉻含量1.3%～1.5%，硅、錳含量各0.4%～0.6%，硫、磷含量均小于0.02%，鋁含量1.6%～2.0%，其余鐵。優(yōu)點(diǎn)：一是利用Thermo-Calc熱力學(xué)計算軟件系統(tǒng)，對超高碳鋼合金體系進(jìn)行熱力學(xué)相圖計算，為成分優(yōu)化及確定制備工藝提供了可供參考的理論基礎(chǔ)，避免了盲目的試驗(yàn)性試驗(yàn)，有利于降低制備成本；二是本發(fā)明的超高碳鋼成分合理，具有良好的工藝性能和力學(xué)性能，所鍛造毛坯組織致密無大塊狀碳化物，經(jīng)大變形量熱軋易制成無表面缺陷組織超細(xì)化鋼板。
【專利說明】高性能超高碳鋼鋼板及制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種既具有節(jié)約資源環(huán)保型，又具有良好的工藝性能和力學(xué)性能的高性能超高碳鋼(Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al)鋼板及制備工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]CN102925800A、名稱“一種超高強(qiáng)鋼板的生產(chǎn)方法”，鋼的質(zhì)量百分組成為C=0.23 ?0.26，Si=0.65 ?0.75，Mn=L 40 ?1.50，P 彡 0.015，S 彡 0.010，Al=0.03 ?0.06,Nb=0.02 ?0.03,V=0.055 ?0.065,Ti=0.035 ?0.050,Mo=0.25 ?0.35,B=0.0017?
0.0022 ;工藝步驟為:a.煉鋼:鐵水預(yù)處理后鐵水硫含量S彡0.010%，溫度> 1250°C，鐵水入轉(zhuǎn)爐前將渣扒干凈；轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制C-T協(xié)調(diào)出鋼，P^0.012%，S彡0.015% ;嚴(yán)格擋渣出鋼，渣厚彡50mm，出鋼時間4?7min，出鋼1/5加入合金，出鋼2/5加完合金；出鋼后打入Al線脫氧不少于250m ;b.精煉:LF爐精煉對鋼液進(jìn)行造白渣和脫氧操作；精煉后期補(bǔ)加V-Fe、Nb-Fe、T1-Fe合金進(jìn)行成分微調(diào)；出站前喂入適量的S1-Ca線，吹A(chǔ)r5min后加入
0.018?0.020B-Fe ；VD抽取真空開始后的前5min內(nèi)，將鋼包底部Ar攪拌氣體流量降低至零；抽取真空開始3min后，快速提高真空度至0.5tor以下保真空循環(huán)脫氣15min以上；c.連鑄:液相線1505°C，中包過熱度控制5?15°C ;連鑄拉速采用中板鑄坯生產(chǎn)典拉速執(zhí)行；生產(chǎn)連鑄坯厚度300mm;連鑄全程實(shí)行嚴(yán)格的保護(hù)澆鑄；d.加熱:加熱溫度1220?1240°C，出爐板坯心部溫度大于1150°C;加熱速度9?llmin/cm，總在爐時間大于5h ；e.車L制:粗軋采用高溫、大壓下、慢速軋制技術(shù)，壓下規(guī)程編制按軋機(jī)的能力選用最大道次壓下量，最大道次壓下率15%以上，開軋溫度1030?1060°C，終軋溫度970?990°C ;精軋累計壓下率大于60%，最后三道次壓下率大于12%，開軋溫度860?880°C，終軋溫度840?8600C ；f.軋后冷卻:軋后ACC強(qiáng)冷，開冷溫度820?840°C，冷卻至600?630°C空冷，冷卻速度7?18°C /s ；g.熱處理:淬火溫度910?930°C,在爐時間按1.5?1.7min/mmX板厚min計算,淬火機(jī)速度25?45m/min,鋼板淬火后溫度210?260°C,鋼板淬火后快速送入回火爐進(jìn)行碳分配；碳分配溫度140?180°C,在爐時間按1.0min/mmX板厚min計算；出爐后空冷。其不足之處:由于碳含量較低，鋼板的硬度不高，使其應(yīng)用受到一定的限制。
[0003]目前，超高碳鋼中主要添加的合金元素有:娃、招、鉻、鑰、鈦等。其添加原則是:①抑制網(wǎng)狀碳化物的形成；②提高共析轉(zhuǎn)變溫度，改善超塑性的應(yīng)用溫度范圍；③抑制石墨化傾向，穩(wěn)定碳化物；④保持低合金超高碳鋼原料價格低廉的特點(diǎn)。已發(fā)表的不同成分的超高碳鋼眾多，其含碳量為1.3%?1.9% ;含硅量< 3.0%，含硅量高(> 3.0%)時，其邊角、表面在加工過程中易產(chǎn)生裂紋，另外鋼的室溫塑性低，當(dāng)軋制減小比達(dá)20%時，易出現(xiàn)裂紋；含鋁量在1.6%?6.0%之間；鉻、鑰、鎢、鈦均是碳化物形成元素，鉻、鑰作為穩(wěn)定碳化物元素要好于鎢、鈦，因?yàn)楹笳咝纬傻奶蓟锪Ｗ臃浅Ｓ?，不可變形，容易在粒子和基體間的界面處引起裂紋，鉻又好于鑰，鉻的碳化物易變形且價格低，鉻能夠細(xì)化晶粒和碳化物，對提高室溫強(qiáng)度有利，退火后塑性也會大大提高，含鋁1.6%時，含鉻量應(yīng)大于0.5%、小于2%，否則材料加工、成形性變差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]設(shè)計目的:避免【背景技術(shù)】中的不足之處，設(shè)計一種既具有節(jié)約資源環(huán)保型，又具有良好的工藝性能和力學(xué)性能的高性能超高碳鋼(Fe-1.5C-1.5Cr-2.0A1)鋼板及制備工藝。
[0005]設(shè)計方案:為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計目的。1、本發(fā)明利用Thermo-Calc熱力學(xué)計算軟件系統(tǒng)，對選定超高碳鋼合金體系進(jìn)行熱力學(xué)相圖計算，為成分優(yōu)化及確定制備工藝提供理論基礎(chǔ)。2、本發(fā)明采用理論分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，提出試驗(yàn)用超高碳鋼鋼坯合理的鍛造工藝，鍛成組織致密無大塊狀碳化物的鍛坯。3、本發(fā)明通過研究鋁元素對試驗(yàn)用超高碳鋼先共析碳化物析出過程的影響；研究鋁元素對珠光體組織及球化組織的影響；熱力學(xué)計算鋁元素針對試驗(yàn)用超高碳鋼引起石墨化的臨界值；分析含鋁量對高溫?zé)嶙冃涡阅艿挠绊憽＞C合考慮，提出試驗(yàn)用超高碳鋼鋁的合理添加量，即最終提出本發(fā)明用超高碳鋼的合金成分。4、本發(fā)明系統(tǒng)研究熱軋工藝參數(shù)對超高碳鋼微觀組織及力學(xué)性能的影響，最終提出高性能超高碳鋼鋼板的熱軋工藝。
[0006]本發(fā)明選擇碳含量1.3%?1.6%,鉻含量1.3%?1.5%,娃、猛含量各0.4%?0.6%,硫、磷含量均小于0.02%，鋁含量1.6%?2.0%，其余鐵。
[0007](I)碳含量1.3%?1.6%的目的在于:碳是超高碳鋼中的基本元素。碳以固溶形式存在可以起固溶強(qiáng)化的作用，碳以碳化物形式存在可以起第二相強(qiáng)化的作用，有利于提高鋼的超塑性。碳含量過低將降低其超塑性，碳含量過高，共晶碳化物粗大加工工藝性變差，二次碳化物粗大并不以消除，導(dǎo)致強(qiáng)度、塑性、韌性均明顯下降。根據(jù)理論計算和大量的試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮，碳含量選擇在1.3%?1.6%。
[0008](2)鉻含量1.3%?1.5%的目的在于:添加鉻主要為抑制鋁的石墨化傾向并穩(wěn)定碳化物，提高淬透性，但過量添加會導(dǎo)致材料加工、成形性變差。根據(jù)理論計算和大量的試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮，鉻含量選擇在1.3%?1.5%。
[0009](3)硅、錳含量各0.4%?0.6%的目的在于:添加硅在于提高A1溫度，抑制二次碳化物析出，提高鋼的超塑性，改善鋼的回火穩(wěn)定性，但過量添加會誘發(fā)石墨化，加工過程中易產(chǎn)生裂紋，室溫塑性低。硅是鋼中的常存元素，綜合考慮，硅含量選擇在0.4%?0.6%，既能保證有利的影響，又方便冶煉實(shí)施。添加錳在于提高鋼的淬透性，但過量添加會導(dǎo)致組織粗大。錳是鋼中的常存元素，綜合考慮，錳含量選擇在0.4%?0.6%，既能保證有利的影響，又方便冶煉實(shí)施。
[0010](4)鋁含量1.6%?2.0%的目的在于:添加鋁在于提高A1溫度，抑制二次碳化物析出，提高鋼的超塑性，改善鋼的回火穩(wěn)定性，但過量添加會誘發(fā)石墨化，惡化高溫?zé)嶙冃涡阅?。根?jù)理論計算和大量的試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮，含鋁量應(yīng)取在1.6%?2.0%之間。
[0011]技術(shù)方案1:一種高性能超高碳鋼鋼板質(zhì)量百分比:碳含量1.3%?1.6%，鉻含量
1.3%?1.5%，硅、錳含量各0.4%?0.6%,硫、磷含量均小于0.02%,鋁含量1.6%?2.0%,其余鐵。
[0012]技術(shù)方案2:—種高性能超高碳鋼鋼板的制作工藝，(I)冶煉碳含量1.3%?1.6%，鉻含量1.3%?1.5%，硅、錳含量各0.4%?0.6%，硫、磷含量均小于0.02%,鋁含量1.6%?
2.0%，其余鐵，真空冶煉成超高碳鋼鑄錠待鍛造用；(2)始鍛溫度1100°C左右，終鍛溫度850°C左右，在1100?950°C完成大變形量鍛造，950°C以下完成修整，鍛后空冷，制成組織致密無大塊狀碳化物的超高碳鋼鍛坯；(3)對鍛造毛坯進(jìn)行熱軋成高性能鋼板。始軋溫度1100°C，終軋溫度650°C，1100?900°C其形變量大于40%，750?650°C其形變量大于50%，乳后空冷，制成聞性能超細(xì)晶超聞碳鋼鋼板。
[0013]本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，一是利用Thermo-Calc熱力學(xué)計算軟件系統(tǒng)，對超高碳鋼合金體系進(jìn)行熱力學(xué)相圖計算，為成分優(yōu)化及確定制備工藝提供了可供參考的理論基礎(chǔ)，避免了盲目的試驗(yàn)性試驗(yàn)，有利于降低制備成本；二是本發(fā)明的超高碳鋼成分合理，具有良好的工藝性能和力學(xué)性能，所鍛造毛坯組織致密無大塊狀碳化物，經(jīng)大變形量熱軋易制成無表面缺陷組織超細(xì)化鋼板，熱軋后空冷就具有屈服強(qiáng)度大于lOOOMPa、抗拉強(qiáng)度大于1300MPa及延伸率大于12%的高性能；三是本發(fā)明節(jié)約資源環(huán)保型高性能超高碳鋼鋼板其制備工藝具有高效率、低成本適于規(guī)?；a(chǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1:本發(fā)明的超高碳鋼合金成分為:碳含量1.3%?1.6% ;鉻含量1.3%?
1.5% ;硅、錳含量0.4%?0.6% ;硫、磷含量均小于0.02% ;鋁含量1.6%?2.0% ;其余鐵。
[0015]實(shí)施例2:在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，碳含量1.3%% ;鉻含量1.3%% ;硅、錳含量0.4%% ；硫、磷含量均小于0.02% ;鋁含量1.6% ;其余鐵。
[0016]實(shí)施例3:在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，碳含量1.6% ;鉻含量1.5% ;硅、錳含量0.6% ;硫、磷含量均小于0.02% ;鋁含量2.0% ;其余鐵。
[0017]實(shí)施例4:在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，碳含量1.45% ;鉻含量1.4% ;硅、錳含量0.5% ;硫、磷含量均小于0.02% ;鋁含量1.6%?2.0% ;其余鐵。
[0018]實(shí)施例5:在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，碳含量1.4%，鉻含量1.35%，硅、錳含量各0.45%，硫、磷含量均小于0.02%，鋁含量1.8%，其余鐵。
[0019]實(shí)施例6:在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，碳含量1.5%，鉻含量1.45%，硅、錳含量各0.55%，硫、磷含量均小于0.02%，鋁含量1.9%，其余鐵。
[0020]實(shí)施例7:在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，一種高性能超高碳鋼鋼板的制作工藝，(I)冶煉碳含量1.3%?1.6%，鉻含量1.3%?1.5%，硅、錳含量各0.4%?0.6%，硫、磷含量均小于0.02%,鋁含量1.6%?2.0%，其余鐵，真空冶煉成超高碳鋼鑄錠待鍛造用；(2)始鍛溫度1100°C左右，終鍛溫度850°C左右，在1100?950°C完成大變形量鍛造，950°C以下完成修整，鍛后空冷，制成組織致密無大塊狀碳化物的超高碳鋼鍛坯；(3)對鍛造毛坯進(jìn)行熱軋成高性能鋼板。始軋溫度1100°C，終軋溫度650°C，1100?900°C其形變量大于40%，750?650°C其形變量大于50%，軋后空冷，制成高性能超細(xì)晶超高碳鋼鋼板。
[0021]需要理解到的是:上述實(shí)施例雖然對本發(fā)明的設(shè)計思路作了比較詳細(xì)的文字描述，但是這些文字描述，只是對本發(fā)明設(shè)計思路的簡單文字描述，而不是對本發(fā)明設(shè)計思路的限制，任何不超出本發(fā)明設(shè)計思路的組合、增加或修改，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高性能超高碳鋼鋼板，其特征是質(zhì)量百分比:碳含量1.3%?1.6%，鉻含量.1.3%?1.5%，硅、錳含量各0.4%?0.6%,硫、磷含量均小于0.02%,鋁含量1.6%?2.0%,其余鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能超高碳鋼鋼板，其特征是:碳含量1.4%?1.5%，鉻含量1.35%?1.45%,硅、錳含量各0.45%?0.55%,硫、磷含量均小于0.02%,鋁含量1.8%?.1.9%，其余鐵。
3.一種高性能超高碳鋼鋼板的制作工藝，其特征是:(1)冶煉碳含量1.3%?1.6%，鉻含量1.3%?1.5%，硅、錳含量各0.4%?0.6%，硫、磷含量均小于0.02%,鋁含量1.6%?.2.0%，其余鐵，真空冶煉成超高碳鋼鑄錠待鍛造用；(2)始鍛溫度1100°C左右，終鍛溫度.850°C左右，在1100?950°C完成大變形量鍛造，950°C以下完成修整，鍛后空冷，制成組織致密無大塊狀碳化物的超高碳鋼鍛坯；(3)對鍛造毛坯進(jìn)行熱軋成高性能鋼板，始軋溫度.1100°C，終軋溫度650°C，1100?900°C其形變量大于40%，750?650°C其形變量大于50%，乳后空冷，制成聞性能超細(xì)晶超聞碳鋼鋼板。
【文檔編號】C21D8/02GK104250706SQ201410125164
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】石淑琴, 李全福, 陳云祥 申請人:浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院