一種1000MPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱軋鋼板及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于先進(jìn)高強(qiáng)鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種1000MPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱軋鋼板及其制造方法。本發(fā)明的熱軋鋼板化學(xué)成分為：C 0.15~0.3%，Mn 5~6%，N 0.05~0.12%，Si <0.2%，S <0.01%，P <0.01%，Al 0.002~0.04%，余量為Fe。本發(fā)明是按照上述成分經(jīng)過(guò)冶煉及鑄造、熱軋、逆相變退火等步驟進(jìn)行制備的。本發(fā)明采用氮微合金化的方法，利用氮元素固溶強(qiáng)化和穩(wěn)定奧氏體的作用，有效提高了熱軋板逆相變退火后獲得殘余奧氏體含量，并改善了熱軋中錳鋼板的強(qiáng)度和塑性，此外，本發(fā)明鋼板中幾乎不添加貴重合金元素，顯著降低生產(chǎn)成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種10OOMPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱$L鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于先進(jìn)高強(qiáng)鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種1000 MPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱 社鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 先進(jìn)高強(qiáng)鋼是近年來(lái)出現(xiàn)的新型鋼材，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、橋梁工程、輸電塔、海洋 平臺(tái)、油氣輸送管道和船舶制造等行業(yè)。與傳統(tǒng)的普通高強(qiáng)度鋼相比，其最大的優(yōu)勢(shì)在于在 保證力學(xué)性能的同時(shí)減輕板材構(gòu)件的厚度和重量，此外，其還具有良好的成形性、防撞凹 性、抗疲勞性能、較高的加工硬化率等優(yōu)點(diǎn)，在各行業(yè)中均顯示出良好的應(yīng)用前景。第一代 先進(jìn)高強(qiáng)鋼主要包括無(wú)間隙原子鋼、雙相鋼、相變誘導(dǎo)塑性鋼、復(fù)相鋼和馬氏體鋼等，其微 觀結(jié)構(gòu)是W鐵素體(軟相)為主的多相組織，其中不含或只含少量的殘余奧氏體(5~15%)。 第二代先進(jìn)高強(qiáng)鋼由于加入了大量的合金元素，起到穩(wěn)定奧氏體的作用，室溫下能夠得到 大量的殘余奧氏體(40~100%)，因此其微觀結(jié)構(gòu)是W奧氏體為主，能夠獲得十分優(yōu)異的機(jī) 械性能，但其加工性能差、冶煉難度大、工業(yè)生產(chǎn)成本高。第=代先進(jìn)高強(qiáng)鋼主要合金元素 為碳和儘，二者均具有擴(kuò)大奧氏體相區(qū)和穩(wěn)定殘余奧氏體的作用。儘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制 在3~12%之間，而碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比普通的TRIP鋼要高，最多可達(dá)0.6%，在熱處理后可 在室溫下得到20~40%的殘余奧氏體。
[0003] 作為第=代先進(jìn)高強(qiáng)鋼的中儘鋼，能夠在少量添加貴重合金元素的低成本優(yōu)勢(shì)前 提下獲得相對(duì)較好的綜合力學(xué)性能。中儘鋼的強(qiáng)初機(jī)制與熱處理制度有關(guān)，逆相變退火后 基體中存在大量穩(wěn)定的殘余奧氏體和超細(xì)晶鐵素體，在形變初期主要通過(guò)殘余奧氏體的應(yīng) 變/應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體相變來(lái)抑制局部應(yīng)力集中，進(jìn)而獲得均勻變形;形變后期，殘余奧氏體 基本轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，TRIP效應(yīng)逐漸消失，此時(shí)超細(xì)晶鐵素體和馬氏體之間的協(xié)調(diào)變形及其 對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用為進(jìn)一步加工硬化提供了可能，人們期待熱社中儘鋼板能夠具有更加優(yōu) 異的綜合力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種1000 M化級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱社鋼板及 其制造方法，目的是通過(guò)采用氮微合金化，充分發(fā)揮氮元素固溶強(qiáng)化、穩(wěn)定奧氏體和氮化物 細(xì)化晶粒的作用，改善熱社中儘鋼板的綜合力學(xué)性能。
[0005] 本發(fā)明的1000 MI^級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱社鋼板，其化學(xué)成分按照質(zhì)量百分比為： C0.15~0.3%，Mn5~6%，N0.05~0.12%，Si<0.2%，S<0.01%，P<0.01%，A1 0.002~ 0.04%，余量為化；
[0006] 所述熱社鋼板組織是板條狀?yuàn)W氏體和回火馬氏體相間的層片狀組織，厚度為2~ 4mm，抗拉強(qiáng)度為1000~llOOMPa，延伸率為25~45%。
[0007] 其制造方法按照W下步驟進(jìn)行：
[000引 （1)冶煉及鑄造:按照化學(xué)成分C 0.15~0.3% ,Mn 5~6%，N 0.05~0.12%，Si< 0.2 %，S<0.01 %，P<0.01 %，Al 0.002~0.04 %，余量為Fe進(jìn)行配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉 鋼水，抽真空并使鋼水溫度達(dá)到1550~1650°C ;
[0009]當(dāng)爐內(nèi)氣壓低于5Pa時(shí)充入純度為99.9993 %的氮?dú)猓範(fàn)t內(nèi)氮?dú)鈮毫_(dá)到1~3個(gè) 大氣壓水平，在誘鑄前將爐內(nèi)氮?dú)鈮毫μ嵘?~6個(gè)大氣壓水平，誘鑄完成后需繼續(xù)保壓 10~50分鐘，得到鑄錠；
[0010] (2)熱社:將鑄錠隨爐加熱至1100~1200°C并保溫1~化，隨后進(jìn)行7~9道次熱社， 熱社的開(kāi)社溫度和終社溫度分別為1050~1160°C和800~900°C，熱社結(jié)束后在空氣中冷卻 至室溫，得到2~4mm厚的熱社板；
[0011] (3)逆相變退火：將熱社板隨爐加熱至610~660°C并保溫1~lOh，隨后空冷至室 溫，得到1000 MPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱社鋼板，其抗拉強(qiáng)度為1000~llOOMPa，延伸率為25~ 45%。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是：
[0013] 本發(fā)明的熱社鋼板原料中添加氮元素，氮能夠W間隙原子的形式來(lái)穩(wěn)定和強(qiáng)化奧 氏體，氮化物與鐵基的界面能更小，更有利于形成細(xì)小而彌散的強(qiáng)化相，有效地強(qiáng)化鋼的金 屬鍵。本發(fā)明中將氮元素的含量控制在0.05~0.12%是為了保證氮能夠發(fā)揮預(yù)期作用，且 不會(huì)顯著增大冶煉難度。在此范圍內(nèi)氮元素起到固溶強(qiáng)化、穩(wěn)定奧氏體和氮化物細(xì)化晶粒 的作用，有效提高了熱社板逆相變退火后獲得殘余奧氏體含量，并改善了熱社中儘鋼板的 強(qiáng)度和塑性。
[0014] 此外，本發(fā)明中幾乎不添加貴重合金元素(Ni、Cr、Mo等），顯著降低生產(chǎn)成本。本發(fā) 明制造的1000 MPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱社鋼板抗拉強(qiáng)度為1000~llOOMPa，延伸率為25~ 45%。
[0015] 本發(fā)明制造方法中的氣壓變化是為了保證氮元素溶入鋼液而不溢出，本發(fā)明在熱 社過(guò)程中的保溫時(shí)間和開(kāi)、終社溫度的控制是為了保證鑄錠組織完全奧氏體化并均勻化， 同時(shí)社后獲得尺寸細(xì)小的微觀組織，本發(fā)明方法中最后逆相變退火是為了使馬氏體逆轉(zhuǎn)變 為奧氏體，最終在室溫獲得大量亞穩(wěn)殘余奧氏體，從而提高冷社鋼板的強(qiáng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本發(fā)明制造方法的工藝流程示意圖；
[0017] 圖中:Aci是加熱狀態(tài)下奧氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度;Ac3是加熱狀態(tài)下奧氏體轉(zhuǎn)變的終 了溫度；
[0018] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1得到的1000 MPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱社鋼板微觀組織的掃描電 子顯微鏡觀察結(jié)果；
[0019] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例2得到的1000 MPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱社鋼板微觀組織的掃描電 子顯微鏡觀察結(jié)果；
[0020] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例3得到的1000 MPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱社鋼板微觀組織的掃描電 子顯微鏡觀察結(jié)果；
[0021] 圖5是本發(fā)明鋼板在室溫條件下單軸拉伸得到的典型工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 本發(fā)明的工藝過(guò)程如圖I所示。
[0023] 按照化學(xué)成分C0.15~0.3%，Mn5~6%，N0.05~0.12%，Si<0.2%，S<0.01%， P<0.0 l % ,Al 0.002~0.04%，余量為Fe配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水 溫度達(dá)到1550~1650°C;
[0024] 當(dāng)爐內(nèi)氣壓低于5Pa時(shí)充入純度為99.9993 %的氮?dú)?，使?fàn)t內(nèi)氮?dú)鈮毫_(dá)到1~3個(gè) 大氣壓水平，誘鑄前將爐內(nèi)氮?dú)鈮毫μ嵘?~6個(gè)大氣壓水平，誘鑄完成后需繼續(xù)保壓10 ~50分鐘，得到鑄錠；
[0025] 將鑄錠隨爐加熱至1100~1200°C并保溫1~化，隨后經(jīng)過(guò)7~9道次熱社成2~4mm 厚的熱社板，開(kāi)社溫度和終社溫度分別為1050~1160°C和800~900°C，熱社結(jié)束后在空氣 中冷卻至室溫，得到熱社板;將熱社板隨爐加熱至610~660°C并保溫1~lOh，隨后空冷至室 溫，得到1000 MPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱社鋼板，其在室溫條件下單軸拉伸得到的典型工程應(yīng) 力-應(yīng)變曲線如圖5所示，從圖中可W看出鋼板在具有高強(qiáng)度的同時(shí)具有高塑性。
[00%] 實(shí)施例1
[0027]實(shí)施例中高強(qiáng)度高塑性鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1。
[002引表1化學(xué)成分(wt.%)
[0029]
[0030] 其制造方法按照W下步驟進(jìn)行：
[0031] (1)按照表1的成分配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達(dá)到 1600。。
[0032] 當(dāng)爐內(nèi)氣壓低于5化時(shí)充入純度為99.9993 %的氮?dú)?，使?fàn)t內(nèi)氮?dú)鈮毫_(dá)到2個(gè)大 氣壓水平。在誘鑄前將爐內(nèi)氮?dú)鈮毫μ嵘?個(gè)大氣壓水平，誘鑄完成后需繼續(xù)保壓30分 鐘，得到鑄錠；
[0033] (2)將鑄錠隨爐加熱至1200°C并保溫化，隨后經(jīng)過(guò)8道次熱社，開(kāi)社溫度和終社溫 度分別為1160°(：和860°(：，熱社結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到2.5皿厚的熱社板；
[0034] (3)將熱社板隨爐加熱至635°C并保溫化，隨后空冷至室溫，得到1000 MPa級(jí)高強(qiáng)度 高塑性熱社鋼板，其顯微組織如圖2所示，為板條狀?yuàn)W氏體和回火馬氏體相間的層片狀組 織，其抗拉強(qiáng)度為10201?日，延伸率為43%。
[0035] 實(shí)施例2
[0036] 本實(shí)施例中先進(jìn)高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表2。
[0037] 表2化學(xué)成分(wt.%)
[00381
[0039] 其制造方法按照W下步驟進(jìn)行：
[0040] (1)按照表2的成分配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達(dá)到 1580。。
[0041 ]當(dāng)爐內(nèi)氣壓低于5Pa時(shí)充入純度為99.9993 %的氮?dú)猓範(fàn)t內(nèi)氮?dú)鈮毫_(dá)到3個(gè)大 氣壓水平。誘鑄前需將爐內(nèi)氮?dú)鈮毫μ嵘?個(gè)大氣壓水平，誘鑄完成后需繼續(xù)保壓35分 鐘，得到鑄錠；
[0042] (2)將鑄錠隨爐加熱至1200°C并保溫化，隨后經(jīng)過(guò)7道次熱社，開(kāi)社溫度和終社溫 度分別為1160°C和840°C，熱社結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到3mm厚的熱社板；
[0043] (3)將熱社板隨爐加熱至640°C并保溫化，隨后空冷至室溫，得到1000 MI^級(jí)高強(qiáng)度 高塑性熱社鋼板，其顯微組織如圖3所示，為板條狀?yuàn)W氏體和回火馬氏體相間的層片狀組 織，抗拉強(qiáng)度為1040MPa，延伸率為40%。
[0044] 實(shí)施例3
[0045] 實(shí)施例中高強(qiáng)度高塑性鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表3。
[0046] 表3化學(xué)成分(Wt. % )
[0047]
[0048J 其制造方法按照W下步驟進(jìn)行：
[0049] (1)按照表3的成分配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達(dá)到 1550。。
[0050] 當(dāng)爐內(nèi)氣壓低于5Pa時(shí)充入純度為99.9993 %的氮?dú)?，使?fàn)t內(nèi)氮?dú)鈮毫_(dá)到2個(gè)大 氣壓水平，在誘鑄前需將爐內(nèi)氮?dú)鈮毫μ嵘?個(gè)大氣壓水平，誘鑄完成后需繼續(xù)保壓40分 鐘，得到鑄錠；
[0051] (2)將鑄錠隨爐加熱至115(TC并保溫化，隨后經(jīng)過(guò)9道次熱社開(kāi)社溫度和終社溫度 分別為1100°C和810°C，熱社結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到4mm厚的熱社板；
[0化2] (3)將熱社板隨爐加熱至650°C并保溫化，隨后空冷至室溫，得到1000 MI^級(jí)高強(qiáng)度 高塑性熱社鋼板，其顯微組織如圖4所示，為板條狀?yuàn)W氏體和回火馬氏體相間的層片狀組 織，抗拉強(qiáng)度為1 OSOMPa，延伸率為35 %。
[0化3] 對(duì)比例1
[0054] 對(duì)比例中鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表4。
[0055] 表4化學(xué)成分(wt.%)
[0化61
[0057]其制造方法按照W下步驟進(jìn)行：
[005引按照表4的成分配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達(dá)到1550 。。
[0化9]當(dāng)爐內(nèi)氣壓低于5Pa時(shí)充入純度為99.9993 %的氮?dú)?，使?fàn)t內(nèi)氮?dú)鈮毫_(dá)到3個(gè)大 氣壓水平，誘鑄前需將爐內(nèi)氮?dú)鈮毫μ嵘?個(gè)大氣壓水平，誘鑄完成后需繼續(xù)保壓20分 鐘，得到鑄錠；
[0060] (2)將鑄錠隨爐加熱至115(TC并保溫化，隨后經(jīng)過(guò)8道次熱社成3.5mm厚的熱社板， 開(kāi)社溫度和終社溫度分別為1100°c和800°C，熱社結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到熱社 板。
[0061 ] (3)將熱社板隨爐加熱至625°C并保溫lOh，隨后空冷至室溫，得到1000 MPa級(jí)高強(qiáng) 度高塑性熱社鋼板，其抗拉強(qiáng)度僅為980MPa，延伸率為22%。
[0062] 對(duì)比例2
[0063] 對(duì)比例中先進(jìn)高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表5。
[0064] 表5化學(xué)成分(Wt. % )
[00 化]
[0066] 其制造方法按照W下步驟進(jìn)行：
[0067] (1)按照表5的成分在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達(dá)到1600°C; [006引當(dāng)爐內(nèi)氣壓低于5化時(shí)充入純度為99.9993 %的氮?dú)?，使?fàn)t內(nèi)氮?dú)鈮毫_(dá)到2個(gè)大 氣壓水平，誘鑄前需將爐內(nèi)氮?dú)鈮毫μ嵘?個(gè)大氣壓水平，誘鑄完成后需繼續(xù)保壓25分 鐘，得到鑄錠；
[0069] (2)將鑄錠隨爐加熱至118(TC并保溫化，隨后經(jīng)過(guò)9道次熱社成2.5mm厚的熱社板， 開(kāi)社溫度和終社溫度分別為112(TC和830°C，熱社結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到熱社 板。
[0070] (3)將熱社板隨爐加熱至560°C并保溫化，隨后空冷至室溫，得到1000 MPa級(jí)高強(qiáng)度 高塑性熱社鋼板，其抗拉強(qiáng)度僅為970MPa，延伸率為20%。
[0071] 對(duì)比例3
[0072] 對(duì)比例中先進(jìn)高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表6。
[0073] 表6化學(xué)成分(wt.%)
[0074]
[0075」其制造萬(wàn)巧孩脫h步徽進(jìn)行：
[0076] (1)按照表6的成分在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達(dá)到1580°C;
[0077] 當(dāng)爐內(nèi)氣壓低于5化時(shí)充入純度為99.9993 %的氮?dú)?，使?fàn)t內(nèi)氮?dú)鈮毫_(dá)到3個(gè)大 氣壓水平，誘鑄前需將爐內(nèi)氮?dú)鈮毫μ嵘?個(gè)大氣壓水平，誘鑄完成后需繼續(xù)保壓45分 鐘，得到鑄錠；
[007引（2)將鑄錠隨爐加熱至116(TC并保溫化，隨后經(jīng)過(guò)7道次熱社成4mm厚的熱社板，開(kāi) 社溫度和終社溫度分別為ll00°C和850°C，熱社結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到熱社板。
[0079] (3)將熱社板隨爐加熱至650°C并保溫20h，隨后空冷至室溫，得到1000 MPa級(jí)高強(qiáng) 度高塑性熱社鋼板，其抗拉強(qiáng)度為lOeOMPa，延伸率僅為7 %。
[0080] 從W上對(duì)比可W看出，對(duì)比例中熱社鋼板的抗拉強(qiáng)度或延伸率顯著低于本發(fā)明的 實(shí)施效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種1000 MPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱乳鋼板，其特征在于化學(xué)成分按照質(zhì)量百分比為:C 0.15~0.3%，]?115~6%4 0.05~0.12%，51〈0.2%，5〈0.01%，？〈0.01%，厶1 0.002~0.04%，余量 為Fe; 所述熱乳鋼板組織是板條狀?yuàn)W氏體和回火馬氏體相間的層片狀組織，厚度為2~4_，抗 拉強(qiáng)度為1000~I IOOMPa，延伸率為25~45%。2. 如權(quán)利要求1所述的一種1000 MPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱乳鋼板的制造方法，其特征在于 按照以下步驟進(jìn)行： (1) 冶煉及鑄造：按照化學(xué)成分(：0.15~0.3%，]\1115~6%4 0.05~0.12%，5丨〈0.2%，3〈 0.01%，P〈0.01%，Al 0.002~0.04%，余量為Fe進(jìn)行配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空 并使鋼水溫度達(dá)到1550~1650°C ; 當(dāng)爐內(nèi)氣壓低于5Pa時(shí)充入純度為99.9993%的氮?dú)?，使?fàn)t內(nèi)氮?dú)鈮毫_(dá)到1~3個(gè)大氣壓 水平，在澆鑄前將爐內(nèi)氮?dú)鈮毫μ嵘?~6個(gè)大氣壓水平，澆鑄完成后需繼續(xù)保壓10~50分 鐘，得到鑄錠； (2) 熱乳：將鑄錠隨爐加熱至1100~1200°C并保溫1~2h，隨后進(jìn)行7~9道次熱乳，熱乳的 開(kāi)乳溫度和終乳溫度分別為1050~1160°C和800~900°C，熱乳結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫， 得到2~4mm厚的熱乳板； (3) 逆相變退火:將熱乳板隨爐加熱至610~660°C并保溫1~10h，隨后空冷至室溫，得到 1000 MPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱乳鋼板，其抗拉強(qiáng)度為1000~I IOOMPa，延伸率為25~45%。
【文檔編號(hào)】C22C38/06GK105925896SQ201610490062
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】劉海濤, 張寶光, 李花兵, 杜盼盼, 宋子豪, 黃曉明, 劉國(guó)懷, 王國(guó)棟
【申請(qǐng)人】東北大學(xué)