專利名稱：一種低碳微合金鋼的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金鋼生產(chǎn)工藝領(lǐng)域范圍，該工藝適用低碳微合金鋼的晶粒細(xì)化和提高強(qiáng)度。
控制軋制控制冷卻由于具有節(jié)省能源、提高生產(chǎn)效率、減少環(huán)境污染一直為國(guó)內(nèi)外很多企業(yè)所廣泛應(yīng)用。亦有很多關(guān)于控制軋制和控制冷卻技術(shù)的專利和文獻(xiàn)。
現(xiàn)有的使晶粒細(xì)化的控軋控冷工藝主要有(1)日本的Hiroshi Yada等人提出關(guān)于制造超細(xì)晶粒的鐵素體鋼的專利方法。試驗(yàn)材料的主要化學(xué)成分為0.02％-0.3％C，0.1％-2.0％Mn，及其它雜質(zhì)元素，不含Nb、Ti、Mo和W。利用奧氏體的動(dòng)態(tài)相變即應(yīng)變誘導(dǎo)相變和鐵素體的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制，在Ar1+50℃到Ar3+100℃溫度區(qū)間以大變形量進(jìn)行快速軋制，總壓下量不能小于50％，軋制后快速冷卻。通過(guò)該工藝軋制的鋼最終獲得鐵素體晶粒尺寸小于4μm的超細(xì)組織，抗拉強(qiáng)度σb為520MPa-715MPa，屈服強(qiáng)度σ0.2基本上不大于600MPa。[Hiroshi Yada；YoshikaznMatsumura；Koe Nakajima，U.S.patent4，466，842.Ferrite Steel HavingVltra-Fine Grains and A Method for Producing The Same](2)P.D.Hodgson通過(guò)一種新型熱軋工藝生產(chǎn)等軸的鐵素體晶粒尺寸為1μm的超細(xì)組織鋼。該方法為將鋼坯加熱到奧氏體區(qū)保溫后，冷至Ar3溫度附近(約700-780℃)，然后進(jìn)行一道次軋制，壓下量25％-45％，軋后空冷。經(jīng)過(guò)上述軋制工藝后，對(duì)于普碳鋼(0.09％C-1.00％Mn)，抗拉強(qiáng)度σb為530MPa，屈服強(qiáng)度σs為470MPa；對(duì)于低碳(0.09％C)Nb-Ti微合金鋼抗拉強(qiáng)度σb為575MPa，屈服強(qiáng)度σs為575MPa。[P.D.Hodgson，M.R.Hickson，R.K.Gibbs，TheProduction Mechanical Properties of Ultrafine Ferrite，MaterialsScience Forum，Vol284-286(1998).PP63-72]以上方法各有其局限性。Yada等人只是就普碳鋼和碳錳鋼進(jìn)行軋制，而未考慮微合金元素Nb、Ti等對(duì)組織細(xì)化的作用，而且為滿足細(xì)化效果需進(jìn)行多道次快速軋制。Hodgson的工藝方法雖然比較簡(jiǎn)單，但對(duì)微合金元素的析出強(qiáng)化作用考慮較少。而且鋼坯從奧低體區(qū)冷卻到軋制溫度時(shí)未經(jīng)過(guò)保溫即進(jìn)行一道次軋制，故其強(qiáng)度增量并不大，且屈強(qiáng)比(σs/σb)太高(σs/σb＝1)。
本發(fā)明的目的在于提供一種低碳微合金鋼制造方法，該方法利用相間沉淀和鐵素體的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制，能使低碳微合金鋼晶粒細(xì)化至1.0μm，而且使其強(qiáng)度大幅度提高。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案采用的低碳微合金鋼化學(xué)成分如下(wt％)0.04-0.11C，0.1-0.3Si，1.0-1.5Mn；0.03-0.06Nb，0.01-0.04Ti，0.001-0.05Als，0.001-0.015P，0.001-0.01S，余量Fe。該鋼的臨界相變點(diǎn)Ar1為675℃，Ar3為805℃。
對(duì)上述化學(xué)成分的微合金鋼進(jìn)行控制軋制的主要工藝流程如下加熱—冷卻—保溫—軋制—加速冷卻(水冷)。
首先，將鋼坯加熱到1150℃-1230℃并保溫25-35分鐘，使Nb、Ti微合金元素充分固溶，鋼坯出爐后加速冷卻，冷卻速度為5℃/S-10℃/S，待鋼坯冷卻至650℃-750℃溫度區(qū)間內(nèi)，即冷至鋼的Ar3以下，此時(shí)，鋼的組織處于鐵素體區(qū)或奧氏體+鐵素體兩相區(qū)，再保溫10-40分鐘，然后再進(jìn)行一道次變形，壓下量≥65％，隨后水冷至室溫。
鋼由奧氏體區(qū)迅速冷卻至Ar1附近并保溫，得到穩(wěn)定的鐵素體組織，同時(shí)抑制微合金元素在高溫時(shí)析出，而使之在較低溫度時(shí)發(fā)生相間沉淀，這種碳化物細(xì)小彌散，使鋼的強(qiáng)度提高。在大變形量作用下，鐵素體發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。相間沉淀不僅起到強(qiáng)化作用，而且能增加鐵素體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)形核位置，同時(shí)亦能抑制動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的鐵素體晶粒的長(zhǎng)大。
鋼在冷卻保溫后鐵素體原始晶粒尺寸為30-50μm。經(jīng)該工藝方法軋制得到超細(xì)組織。其邊部組織為鐵素體，晶粒尺寸可達(dá)1μm，心部組織為鐵素體+低溫相變產(chǎn)物馬氏體。
本發(fā)明試驗(yàn)證明，低碳微合金鋼快冷至Ar1-20℃至Ar1+80℃溫度進(jìn)行一道次大變形量軋制，軋后水冷，利用微合金元素的相間沉淀和鐵素體的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制，可使本發(fā)明所采用的低碳微合金鋼晶粒尺寸細(xì)化到1.04μm到1.24μm，同時(shí)鋼的抗拉強(qiáng)度σb可達(dá)920MPa，屈服強(qiáng)度σs達(dá)650MPa，延伸率δ5為15％。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下(1)晶粒細(xì)化效果明顯。
日本Yada對(duì)0.02-0.3％C-0.1-2.0％Mn鋼進(jìn)行控軋，在鋼的Ar1+50℃到Ar3+100℃范圍內(nèi)進(jìn)行大應(yīng)變量變形時(shí)，利用動(dòng)態(tài)相變和鐵素體的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，得到的鐵素體晶粒尺寸為4μm以下，而本發(fā)明方法可將低碳Nb-Ti微合金鋼的晶粒尺寸細(xì)化到1μm。
(2)大幅度提高材料的強(qiáng)度Hodgson對(duì)低碳Nb-Ni復(fù)合碳合金鋼從奧氏體區(qū)冷卻到軋制溫度時(shí)未經(jīng)過(guò)保溫即進(jìn)行一道次軋制，該鋼的強(qiáng)度增量并不大，σs與σb均為575MPa，且屈強(qiáng)比太高，屈強(qiáng)比(σs/σb)為1。Yada利用其專利方法生產(chǎn)的鋼板σb為520-715MPa，σs基本上小于600MPa。而利用本發(fā)明方法軋制的鋼板抗拉強(qiáng)度σb可達(dá)920MPa，屈服強(qiáng)度σs為650MPa，延伸率δ5為15％，屈強(qiáng)比(σs/σb)為0.7。
(3)工藝簡(jiǎn)單，實(shí)施方便。
實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明所述制造方法，制作了3批低碳微合金鋼板。其中3批鋼板的化學(xué)成分列于表1。3批鋼板的軋制工藝制度列于表2。3批鋼板的晶粒尺寸和力學(xué)性能列于表3。3批鋼板的金相顯微組織分別見(jiàn)說(shuō)明書附圖1、2、3。相間沉淀物形貌見(jiàn)圖4。


圖1、圖2、圖3分別為實(shí)施例第1批、第2批、第3批鋼板的金相顯微組織圖。
圖4為實(shí)施例第1批鋼板的相間沉淀物形貌圖。表1實(shí)施例微合金鋼化學(xué)成分(wt％)

表2實(shí)施例微合金鋼的控制軋制工藝制度

表3實(shí)施例微合鋼的晶粒尺寸和力學(xué)性能

權(quán)利要求
1.一種低碳微合金鋼的制造方法，包括加熱、冷卻、保溫、軋制、加速冷卻，其特征在于首先，將鋼坯加熱到1150℃-1230℃并保溫25-35分鐘，鋼坯出爐后加速冷卻，冷卻速度為5℃/s-10℃/s，待鋼坯冷卻至650℃-750℃溫度范圍時(shí)，保溫10-40分鐘，然后進(jìn)行一道次變形，壓下變形量≥65％，隨后水冷至室溫。
全文摘要
一種低碳微合金鋼的制造方法,適用于低碳Nb－Ti微合金鋼的制造,包括加熱、冷卻、保溫、軋制、加速冷卻。首先,將鋼坯加熱到1150℃—1230℃并保持25—35分鐘,鋼坯出爐后加速冷卻,冷卻速度為5℃/s—10℃/s,待鋼坯冷卻至Ar
文檔編號(hào)C21D8/02GK1243165SQ9911153
公開(kāi)日2000年2月2日 申請(qǐng)日期1999年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月20日
發(fā)明者侯豁然, 劉清友, 董瀚, 陳紅桔, 李靜波, 范建文 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院