本發(fā)明屬于低碳高強度貝氏體鋼技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼及其制備方法。

背景技術(shù)：

低碳高強度貝氏體鋼主要應(yīng)用于工程機械、海洋設(shè)施、橋梁、汽車、造船和壓力容器等領(lǐng)域，隨著科技和經(jīng)濟的發(fā)展，對其強度和韌性要求日益提高?，F(xiàn)有的低碳貝氏體鋼大多添加大量合金元素，如Nb、Ti、Co、Al等，其中有些合金元素價格昂貴，增加了生產(chǎn)成本；此外，現(xiàn)有低碳貝氏體鋼的生產(chǎn)工藝大多采用弛豫析出相變技術(shù)，或者長時間的控軋控冷等溫處理工藝，這些技術(shù)雖然可以獲得高強度高韌性的低碳貝氏體鋼，但工藝比較復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，降低了生產(chǎn)節(jié)奏。

“高性能低碳貝氏體結(jié)構(gòu)鋼及其生產(chǎn)方法”（CN200610134087.7）專利技術(shù)，其化學(xué)成分（wt%）為：C=0.04～0.07%，Si=0.20～0.50%，Mn=1.50～1.80%，Nb=0.03～0.06%，Ti=0.005～0.030%，Cr=0.25～0.50%，Cu=0.30～0.60%，Ni=0.20～0.50%， Als=0.010～0.070%，余量為Fe。其抗拉強度達到590MPa級別，且低溫沖擊韌性良好。合金元素添加種類復(fù)雜，生產(chǎn)采用TMCP+RPC工藝，即熱機械控制工藝+弛豫析出控制相變技術(shù)，并在冷后回火，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，而且生產(chǎn)成本提高。

“一種高性能低碳貝氏體鋼及生產(chǎn)方法”（CN102071362）專利技術(shù)，其化學(xué)成分（wt%）為：C=0.03～0.10%，Si=0.05～0.5%，Mn=1.0～2.0%，Cr=0.1～0.5%，Mo=0.1～0.5%，Nb=0.01～0.10%，Ti=0.005～0.10%，Al=0.02～0.06%，余量為Fe。其碳含量較低，所以抗拉強度只能達到725MPa級別，添加了Nb、Ti、Al等合金元素，增加了成本；其冶煉過程需要采用Ca處理，軋制過程采用TMCP兩階段控軋工藝，而且連鑄坯堆冷時間超過48小時，生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

“一種含有先共析鐵素體的納米貝氏體鋼及其制備方法”（CN 104962824）專利技術(shù)，其成分（wt%）為：C=0.68～1.08%，Si=1.9～3.0%，Mn=1.8～3.5%，Cr=1.5～3.1%，Co=1.2～2.8%，P≤0.015%，和S≤0.015%，余量為Fe和伴隨的雜質(zhì)。雖然抗拉強度達到1789MPa，總延伸率為13.8%，但是碳質(zhì)量百分比高達0.68%，加工成型后機械加工困難，焊接性能很差；而且添加了大量貴重的合金元素Cr和Co，增加了其成本；此外其熱處理工藝要在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度下進行低溫變形15%，變形完成后還得進行等溫相變3h，工藝復(fù)雜且周期較長，不利于工業(yè)生產(chǎn)。

“一種低碳納米貝氏體鋼及其制備方法”（CN 104962806）專利技術(shù)，其成分（wt%）為：C=0.2～0.49%，Si=1.0～2.1%，Mn=1.5～3.5%，Mo=0.5～1.2%，Al=2.0～4.0%，P≤0.01%，和S≤0.01%，余量為Fe和伴隨的雜質(zhì)。雖然鋼的抗拉強度達到了1700MPa，延伸率為13%以上，但是添加了大量貴重的合金元素Mo，增加了成本，此外熱處理工藝中采用奧氏體熱軋和淬火等溫變形0.5-2.5h等兩步軋制工藝，工藝復(fù)雜，在工業(yè)生產(chǎn)中很難實現(xiàn)，不利于大量生產(chǎn)。

由上述分析可以看出：現(xiàn)有的低碳貝氏體鋼大多添加了多種合金元素，不僅增加了生產(chǎn)成本，而且生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜、生產(chǎn)周期長和不適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服上述技術(shù)缺陷，目的是提供一種工藝簡單、生產(chǎn)成本低和生產(chǎn)周期短的低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼的制備方法。用該方法制備的低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼機械性能優(yōu)良。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：將鋼坯軋制成板材，將所述板材以5～10℃/s的升溫速度加熱至980～1020℃，保溫10～20min，水冷至410～430℃，再空冷至340～360℃，保溫10～20min，然后水冷至室溫，制得低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼。

所述鋼坯的化學(xué)成分及其含量是：C為0.23～0.25wt%，Si為1.70～1.93wt%，Mn為1.98～2.02wt%，Mo為0.227～0.230wt%，Cr為0.98～1.02wt%，P<0.008wt%，S<0.002 wt%，N<0.004wt%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

本發(fā)明以價格低廉的C、Si、Mn元素為主，不需要添加Nb、Ti、Ni和B等貴重合金元素，故成本低廉；本發(fā)明向低碳鋼中添加適量Cr提高鋼的淬透性，避免高溫鐵素體的轉(zhuǎn)變，促進更多過冷奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變；控制貝氏體轉(zhuǎn)變在低溫下進行，短周期內(nèi)獲得幾乎全部的納米級板條貝氏體組織，提高制品的強度及韌性。

本發(fā)明制備的低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼顯微組織主要為納米級板條貝氏體+少量馬氏體+殘余奧氏體。納米級板條貝氏體組織既具有較高的強度，又有良好的塑性，對提升板材的性能有利。而且大量Si元素的加入抑制碳化物的形成，使延伸性能進一步提高，沖擊韌性大大增強。利用向低碳鋼中添加適量Cr可以在等溫處理過程中促進更多納米級板條貝氏體的形成，最終得到屈服強度為896～958MPa、抗拉強度為1250～1350MPa和延伸率為13.1～15.3%的低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼。

本發(fā)明具有成本低廉、周期短和工藝簡單的特點，所制備的低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼機械性能優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于工程機械、海洋設(shè)施、橋梁、汽車、造船、壓力容器等領(lǐng)域。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步描述，并非對本發(fā)明保護范圍的限制。

實施例1

一種低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼及其制備方法。將鋼坯軋制成板材，將所述板材以5～8℃/s的升溫速度加熱至980～1000℃，保溫10～15min，水冷至410～420℃，再空冷至340～350℃，保溫10～15min，然后水冷至室溫，制得低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼。

所述鋼坯的化學(xué)成分及其含量是：C為0.23～0.24wt%，Si為1.70～1.83wt%，Mn為1.98～2.00wt%，Mo為0.227～0.229wt%，Cr為0.98～1.00wt%，P<0.008wt%，S<0.002 wt%，N<0.004wt%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。

本實施例所制備的低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼經(jīng)檢測：屈服強度為920～958MPa；抗拉強度為1300～1350MPa；延伸率為13.1～14.4%。

實施例2

一種低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼及其制備方法。將鋼坯軋制成板材，將所述板材以7～10℃/s的升溫速度加熱至1000～1020℃，保溫15～20min，水冷至420～430℃，再空冷至350～360℃，保溫15～20min，然后水冷至室溫，制得低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼。

所述鋼坯的化學(xué)成分及其含量是：C為0.24～0.25wt%，Si為1.80～1.93wt%，Mn為1.99～2.02wt%，Mo為0.228～0.230wt%，Cr為0.99～1.02wt%，P<0.008wt%，S<0.002 wt%，N<0.004wt%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。

本實施例所制備的低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼經(jīng)檢測：屈服強度為896～924MPa；抗拉強度為1250～1300MPa；延伸率為14.2～15.3%。

本具體實施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

本具體實施方式以價格低廉的C、Si、Mn元素為主，不需要添加Nb、Ti、Ni、B等貴重合金元素，故成本低廉；本具體實施方式向低碳鋼中添加適量Cr提高鋼的淬透性，避免高溫鐵素體的轉(zhuǎn)變，促進更多過冷奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變；控制貝氏體轉(zhuǎn)變在低溫下進行，短周期內(nèi)獲得幾乎全部的納米級板條貝氏體組織，提高制品的強度及韌性。

本具體實施方式制備的低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼顯微組織主要為納米級板條貝氏體+少量馬氏體+殘余奧氏體。納米級板條貝氏體組織既具有較高的強度，又有良好的塑性，對提升板材的性能有利。而且大量Si元素的加入抑制碳化物的形成，使延伸性能進一步提高，沖擊韌性大大增強。利用向低碳鋼中添加適量Cr可以在等溫處理過程中促進更多納米級板條貝氏體的形成，最終得到屈服強度為896～958MPa、抗拉強度為1250～1350MPa和延伸率為13.1～15.3%的低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼。

本具體實施方式具有成本低廉、周期短和工藝簡單的特點，所制備的低碳高強度含Cr納米級貝氏體鋼機械性能優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于工程機械、海洋設(shè)施、橋梁、汽車、造船、壓力容器等領(lǐng)域。