一種低碳熱軋超高強高韌鋼及其制備方法
【專利摘要】一種低碳熱軋超高強高韌鋼及其制備方法，屬于冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，高強高韌鋼的成分按重量百分比含C0.10~0.11%，Si1.35~1.5%，Mn1.85~2.0%，Cr0.7~0.8%，Mo0.28~0.3%，P≤0.004%，S≤0.003%，余量為Fe；屈服強度為900~980MPa，-20℃低溫沖擊吸收功為86.8~117.8J；制備方法按以下步驟進行：（1）按設(shè)定成分冶煉、精煉和澆注制成鑄坯，將鑄坯重新加熱至奧氏體化溫度，保溫2.5小時以上，在950~1050℃鍛造成鋼坯；（2）加熱至1200±10℃保溫至少2小時，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)分別進行第一階段軋制和第二階段軋制，獲得熱軋鋼板；（3）以60~90℃/s的冷速冷卻至180±20℃，然后空冷至室溫。本發(fā)明具有成分設(shè)計合理，工藝控制簡便易行的特點，并且采用在線直接淬火，無回火工序，因此生產(chǎn)效率高、能耗低，獲得的鋼材具有超高的強度和良好的低溫韌性。
【專利說明】一種低碳熱軋超高強高韌鋼及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種低碳熱軋超高強高韌鋼及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著高強度結(jié)構(gòu)件及工程機械的迅速增加，服役環(huán)境的日益惡化，結(jié)構(gòu)鋼向著更高強度和良好的低溫韌性方向發(fā)展。為了降低生產(chǎn)成本，提高綜合性能，尤其是解決強度提高和焊接性能下降的矛盾，在保證優(yōu)良的低溫韌性和焊接性能前提下，通過適當合理調(diào)整合金元素含量和進一步改進控制軋制與控制冷卻工藝，可使延伸率及斷裂韌性均有很大提升。
[0003]申請?zhí)枮?00510024756的中國專利申請公開了“一種屈服強度IlOOMPa以上超高強度鋼板及制造方法”，此發(fā)明優(yōu)化了傳統(tǒng)再加熱淬火+回火的調(diào)制工藝，而是采用在線淬火，縮短工藝流程提高生產(chǎn)效率，但是該方法必須進行回火工藝，其在回火工藝后五個實施例的屈服強度均大于llOOMPa，延伸率大于等于13%，-20°C的沖擊功36?47J ;申請?zhí)枮?01110096170.0的中國專利申請和申請?zhí)枮?01410089398.0的中國專利申請均提出了淬火+低溫回火的制備工藝，獲得屈服強度IlOOMPa以上超高強鋼，延伸率均在If 15%之間，-20 °(:沖擊功為45J左右；由以上對比專利可知，此類專利雖然獲得了很高的強度，但是不可避免的均采用了回火工藝，并沒有顯著地提高生產(chǎn)效率。
[0004]申請?zhí)枮?00610051936的中國專利申請公開了 “l(fā)lOOMPa級非調(diào)質(zhì)高強鋼及其生產(chǎn)方法”，此發(fā)明需要在熱軋基礎(chǔ)上進行70-80%大壓下量的冷軋工序，才能獲得延伸率為10.5^12.5%的IlOOMPa級非調(diào)質(zhì)高強鋼，其工藝仍較復(fù)雜，成本仍較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有IlOOMPa級以上超高強高韌鋼在制備方法和性能上存在的上述問題，本發(fā)明提供一種低碳熱軋超高強高韌鋼及其制備方法，通過合理的成分設(shè)計，避免淬火脆性，采用在線直接淬火并且不需要任何回火工序，制成強度和低溫韌性良好的超高強高韌鋼。
[0006]本發(fā)明的低碳熱軋超高強高韌鋼的成分按重量百分比含C 0.1(Γ0.11%，Si
1.35?1.5%, Mn 1.85?2.0%, Cr 0.7?0.8%, Mo 0.28?0.3%, P 彡 0.004%, S 彡 0.003%，余量為Fe ;屈服強度為900?980MPa，_20°C低溫沖擊吸收功為86.8?117.8J。
[0007]上述的低碳熱軋超高強高韌鋼的抗拉強度為114(Tl300MPa，延伸率為
13.8?18.8%。
[0008]上述的低碳熱軋超高強高韌鋼的組織為貝氏體、馬氏體及殘余奧氏體的復(fù)相組織。
[0009]本發(fā)明的低碳熱軋超高強高韌鋼的制備方法按以下步驟進行:
1、按設(shè)定成分冶煉、精煉和澆注制成鑄坯，將鑄坯重新加熱至奧氏體化溫度，加熱溫度控制在105(Tll00°C，保溫2.5小時以上，然后在95(Tl050°C溫度范圍內(nèi)鍛造成鋼坯；
2、將鋼坯加熱至1200±10°C保溫至少2小時，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)分別進行第一階段軋制和第二階段軋制，第一階段的開軋溫度范圍為113(T1150°C，終軋溫度控制在1100°C以上；第二階段的開軋溫度范圍為93(T950°C，終軋溫度控制在90(T930°C之間；第一段軋制的總壓下率為35?40%，第二階段的總壓下率為75?80%，獲得熱軋鋼板；
3、將熱軋鋼板以6(T90°C /s的冷速冷卻至180±20°C，然后空冷至室溫，獲得低碳熱軋超聞強聞朝鋼。
[0010]本發(fā)明的成分設(shè)計思路為:
1、為了提高超高強高韌鋼材的焊接性能，減小鋼材焊接的冷裂紋敏感性，降低碳當量，而碳是決定碳當量最主要的元素，因此采用低碳的成分設(shè)計，C含量控制在0.1(Γ0.11%之間；
2、為了獲得超高強度，主要采用價格相對低廉的Cr、Μη元素提高鋼材淬透性，Cr含量控制在0.7?0.8%之間，Μη含量控制在1.85?2.0%之間；同時添加適量Mo元素為了進一步提高鋼材強度，Mo含量控制在0.28、.3%之間。
[0011]3、為了在淬火后非調(diào)質(zhì)狀態(tài)下，獲得超高強度的同時能夠保證良好的低溫沖擊韌性，必須減少損害鋼材韌性的相，因此采用較高的Si含量，提高碳的活度，不利于滲碳體的形成，減少沖擊過程中的裂紋源，顯著提高低溫沖擊韌性。
[0012]4、磷和硫元素嚴重損害鋼材的塑性和韌性，因此需要對鋼進行精煉提純，嚴格控制磷和硫的含量，保證鋼材的塑性和韌性。
[0013]本發(fā)明具有成分設(shè)計合理，工藝控制簡便易行的特點，并且采用在線直接淬火，無回火工序，因此生產(chǎn)效率高、能耗低，獲得的鋼材具有超高的強度和良好的低溫韌性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實施例1的熱軋鋼板的金相組織顯微圖；
圖2為本發(fā)明實施例2的熱軋鋼板的金相組織顯微圖。

【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明實施例中采用的直接淬火冷卻設(shè)備為東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化自主開發(fā)超快速冷卻實驗淬火機。
[0016]本發(fā)明實施例中觀測金相組織的設(shè)備為徠卡DMIRM 2500M金相顯微鏡。
[0017]本發(fā)明實施例中在95(T105(TC溫度范圍內(nèi)鍛造成鋼坯是指按鍛造比1.5^1.7進行鍛造。
[0018]實施例1
按設(shè)定成分冶煉、精煉和澆注制成鑄坯，鑄坯成分按重量百分比含C 0.10%, Si 1.43%，Μη 1.85%, Cr 0.7%, Mo 0.28%, P 0.003%, S 0.003%，余量為 Fe ；
將鑄坯重新加熱至奧氏體化溫度，加熱溫度控制在1050°C，保溫2.5小時，然后在95(T105(TC溫度范圍內(nèi)鍛造成鋼坯(按鍛造比1.7進行鍛造)；
將鋼坯加熱至1200±10°C保溫2小時，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)分別進行第一階段軋制和第二階段軋制，第一階段的開軋溫度為1130°C，終軋溫度控制在1100°C;第二階段的開軋溫度為930°C，終軋溫度控制在900°C ;第一段軋制的總壓下率為40%，第二階段的總壓下率為75%，獲得熱軋鋼板； 將熱軋鋼板以8(T90°C /s的冷速冷卻至180±20°C，然后空冷至室溫，獲得低碳熱軋超高強高韌鋼，屈服強度為980MPa，_20°C低溫沖擊吸收功為86.8J ;抗拉強度為1300MPa，延伸率為13.8% ;組織為貝氏體、馬氏體及殘余奧氏體的復(fù)相組織。
[0019]實施例2
按設(shè)定成分冶煉、精煉和澆注制成鑄坯，鑄坯成分按重量百分比含C 0.11%, Si 1.35%,Mn 1.89%, Cr 0.8%, Mo 0.29%, P 0.004%, S 0.002%，余量為 Fe ；
將鑄坯重新加熱至奧氏體化溫度，加熱溫度控制在1080°C，保溫3小時，然后在95(T105(TC溫度范圍內(nèi)鍛造成鋼坯(按鍛造比1.5進行鍛造)；
將鋼坯加熱至1200±10°C保溫3小時，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)分別進行第一階段軋制和第二階段軋制，第一階段的開軋溫度為1140°C，終軋溫度控制在1110°C;第二階段的開軋溫度為940°C，終軋溫度控制在920°C ;第一段軋制的總壓下率為35%，第二階段的總壓下率為78%，獲得熱軋鋼板；
將熱軋鋼板以7(T80°C /s的冷速冷卻至180±20°C，然后空冷至室溫，獲得低碳熱軋超高強高韌鋼，屈服強度為940MPa，-20°C低溫沖擊吸收功為102.6J ;抗拉強度為1220MPa，延伸率為15.9% ;組織為貝氏體、馬氏體及殘余奧氏體的復(fù)相組織。
[0020]實施例3
按設(shè)定成分冶煉、精煉和澆注制成鑄坯，鑄坯成分按重量百分比含C 0.10%, Si 1.4%，Mn 1.92%, Cr 0.7%, Mo 0.3%, P 0.001%, S 0.002%，余量為 Fe ；
將鑄坯重新加熱至奧氏體化溫度，加熱溫度控制在11001:，保溫2.5小時，然后在95(T105(TC溫度范圍內(nèi)鍛造成鋼坯(按鍛造比1.7進行鍛造)；
將鋼坯加熱至12 O O ± I (TC保溫2.5小時，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)分別進行第一階段軋制和第二階段軋制，第一階段的開軋溫度為1150°C，終軋溫度控制在1120°C ;第二階段的開軋溫度為950 °C，終軋溫度控制在930°C ;第一段軋制的總壓下率為40%，第二階段的總壓下率為80%，獲得熱軋鋼板；
將熱軋鋼板以6(T70°C /s的冷速冷卻至180±20°C，然后空冷至室溫，獲得低碳熱軋超高強高韌鋼，屈服強度為900MPa，-20°C低溫沖擊吸收功為117.8J ;抗拉強度為1140MPa，延伸率為18.8% ;組織為貝氏體、馬氏體及殘余奧氏體的復(fù)相組織。
[0021]實施例4
按設(shè)定成分冶煉、精煉和澆注制成鑄坯，鑄坯成分按重量百分比含C 0.11%, Si 1.45%,Mn 1.96%, Cr 0.8%, Mo 0.28%, P 0.003%, S 0.001%，余量為 Fe ；
將鑄坯重新加熱至奧氏體化溫度，加熱溫度控制在1050°C，保溫3小時，然后在95(T105(TC溫度范圍內(nèi)鍛造成鋼坯(按鍛造比1.6進行鍛造)；
將鋼坯加熱至1200±10°C保溫2小時，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)分別進行第一階段軋制和第二階段軋制，第一階段的開軋溫度為1130°C，終軋溫度控制在1100°C;第二階段的開軋溫度為930°C，終軋溫度控制在900°C ;第一段軋制的總壓下率為38%，第二階段的總壓下率為75%，獲得熱軋鋼板；
將熱軋鋼板以8(T90°C /s的冷速冷卻至180±20°C，然后空冷至室溫，獲得低碳熱軋超高強高韌鋼，屈服強度為970MPa，_20°C低溫沖擊吸收功為95.3J ;抗拉強度為1250MPa，延伸率為14.9% ;組織為貝氏體、馬氏體及殘余奧氏體的復(fù)相組織。
[0022] 實施例5
按設(shè)定成分冶煉、精煉和澆注制成鑄坯，鑄坯成分按重量百分比含c 0.10%, Si 1.5%，Μη 2.0%, Cr 0.7%, Mo 0.3%, P 0.004%, S 0.003%,余量為 Fe ；
將鑄坯重新加熱至奧氏體化溫度，加熱溫度控制在11001:，保溫2.5小時，然后在95(T105(TC溫度范圍內(nèi)鍛造成鋼坯(按鍛造比1.5進行鍛造)；
將鋼坯加熱至1200±10°C保溫3小時，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)分別進行第一階段軋制和第二階段軋制，第一階段的開軋溫度為1150°C，終軋溫度控制在1120°C;第二階段的開軋溫度為940°C，終軋溫度控制在920°C ;第一段軋制的總壓下率為35%，第二階段的總壓下率為80%，獲得熱軋鋼板；
將熱軋鋼板以7(T80°C /s的冷速冷卻至180±20°C，然后空冷至室溫，獲得低碳熱軋超高強高韌鋼，屈服強度為935MPa，-20°C低溫沖擊吸收功為108J ;抗拉強度為1190MPa，延伸率為16.6% ;組織為貝氏體、馬氏體及殘余奧氏體的復(fù)相組織。
【權(quán)利要求】
1.一種低碳熱軋超高強高韌鋼，其特征在于成分按重量百分比含c 0.1(Γ0.11%，Si1.35?1.5%, Mn 1.85?2.0%, Cr 0.7?0.8%, Mo 0.28?0.3%, P 彡 0.004%, S 彡 0.003%，余量為Fe ;屈服強度為90(T980MPa，-20 ° C低溫沖擊吸收功為86.8?117.8J。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低碳熱軋超高強高韌鋼，其特征在于抗拉強度為1140?1300MPa，延伸率為 13.8?18.8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低碳熱軋超高強高韌鋼，其特征在于組織為貝氏體、馬氏體及殘余奧氏體的復(fù)相組織。
4.一種權(quán)利要求1所述的低碳熱軋超高強高韌鋼的制備方法，其特征在于按以下步驟進行: (1)按設(shè)定成分冶煉、精煉和澆注制成鑄坯，鑄坯成分按重量百分比含C0.1(Γ0.11%，Si 1.35?1.5%, Mn 1.85?2.0%, Cr 0.7?0.8%, Mo 0.28?0.3%, P 彡 0.004%, S 彡 0.003%,余量為Fe ;將鑄坯重新加熱至奧氏體化溫度，加熱溫度控制在105(Tll00°C，保溫2.5小時以上，然后在95(Tl050°C溫度范圍內(nèi)鍛造成鋼坯； (2)將鋼坯加熱至1200±10°C保溫至少2小時，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)分別進行第一階段軋制和第二階段軋制，第一階段的開軋溫度范圍為113(T115(TC，終軋溫度控制在1100°C以上；第二階段的開軋溫度范圍為93(T950 °C，終軋溫度控制在90(T93(TC之間；第一段軋制的總壓下率為35?40%，第二階段的總壓下率為75?80%，獲得熱軋鋼板； (3)將熱軋鋼板以6(T90°C/s的冷速冷卻至180±20°C，然后空冷至室溫，獲得低碳熱乳超聞強聞朝鋼。
【文檔編號】C22C38/38GK104451407SQ201410684407
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】謝輝, 胡軍, 孫國勝, 高秀華, 吳紅艷, 杜林秀 申請人:東北大學(xué)