专利名称：1800MPa级低合金结构用热轧线材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及高强度钢及其制造方法，具体地说，本发明涉及1800MPa级低合金结构用热轧线材及其制造方法。
背景技术：
近年来，在桥梁、汽车和机械制造等工业飞速增长的同时，为实现节约资源和保护环境的可持续发展，对高强度线材和条钢的需求日益增加。当前提高线材和条钢强度的主要技术是合金化和提高碳含量。
合金化技术是目前提高钢材强度所普遍采用的方法。该方法通过添加Ni、Cr、Mo、Si和Mn等合金元素以及Nb、V、Ti等微合金元素，利用合金化强化来提高钢的强度和韧性，代表钢种主要有弹簧钢、螺栓钢等，例如60Si2CrVA、50CrV4、55SiCr6以及54SiCrV6等。这类钢的强度一般可达到1500MPa，通过调质处理可达到1800MPa，并且具有较好的韧性。然而，合金化强化技术的缺点是添加大量合金化元素会提高材料成本，同时使冶金工艺变得复杂。
提高碳含量也可以提高钢帘线的强度，代表钢种主要有82MnQL、87MnQL以及82钢帘线等。这类钢中的碳含量都≥0.80％，其强度可达到1200MPa左右，最高可达到1700MPa。但是，随着强度提高，钢的韧性降低，钢丝的氢脆敏感性增加，扭转性能下降，冷拔后组织为片层珠光体。因此这类钢在使用过程中往往表现出韧性不足，这会缩短钢的使用寿命，另外其强度的提高也受到限制，制约此类钢的推广应用。
要提高高强度钢的韧性，有冶炼和控轧控冷两种方法。
从冶炼入手，提高钢的洁净度和组织均匀度，降低碳含量，对难以除去的夹杂物进行改性或无害化处理是实现高强度钢高韧化的前提和基础。
通过控制轧制、控制冷却(即TMCP)技术，使材料显微组织超细化，从而实现高韧化、高强度的目的。显微组织超细化是目前唯一既提高强度又提高韧性的钢材强化方式。对于珠光体和铁素体钢进行组织细化，可以获得较高的韧性，但是其强度提高不大；马氏体钢具有较高的强度，但马氏体板条的组织细化比较困难，工艺也比较复杂。因此，细化马氏体组织是提高马氏体钢韧性的一个难点。
经检索，发现日本专利文献(JP2003105485)，其公开的弹簧钢的化学成分为C0.4～0.9％，Si0.5～3％，Mn0.1～2％，P≤0.020％，S≤0.010％，其余为铁和不可避免的杂质；拉伸强度为1800～2400MPa。但该弹簧钢的显微组织为片层状马氏体和铁素体混合组织，并且其碳含量较高，属于中高碳弹簧钢；该钢轧后采用20～200℃/s淬火快速冷却，随后进行200℃以下低温回火处理；该发明添加合金元素较多，成本较高；该钢采用快速冷却和低温回火处理，塑性较差；另外，淬、回火处理使生产工艺复杂。
为解决上述问题，本发明的发明人结合合金化强化和显微组织超细化机理，在中低碳钢中添加Mn、Si和低含量Mo等元素，通过对轧制工艺的控制并简化，得到一种以细针状马氏体组织为特征的1800MPa级低合金结构用热轧线材。
本发明的一个目的在于提供一种1800MPa级低合金结构用热轧线材。
本发明的另一个目的在于提供所述热轧线材的制造方法。
发明内容
本发明的第一个方面提供一种1800MPa级低合金结构用热轧线材，以重量百分比计其化学成分包含C0.30～0.40％、Si2.0～3.0％、Mn2.5～4.0％、Mo0.30～0.40％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在一个优选实施方式中在所述不可避免的杂质中，S≤0.010％，P≤0.020％，O、N、H总量＜50mg/kg。
在另一个优选实施方式中所述线材的显微组织为细针状马氏体，马氏体板条宽度尺寸约为0.1～0.5μm。
本发明钢的合金元素含量少，既节省资源，又降低了生产成本。同时冶金工艺简单，通过控轧控冷即可实现，不需要额外的调质热加工处理。
下面，对本发明的热轧线材的化学成分作用作详细叙述。
C由于钢的强韧性主要取决于它的含碳量及其组织结构，为了保证钢具有相当高的强度和良好的韧性，对钢中的含碳量有一定的限制，因此含碳量一般控制在0.30～0.40％之间。
SiSi在钢中的作用主要是固溶强化。较高含量的Si能够提高钢的淬透性，一般钢中加Si有利于提高钢的强度和韧性。另外，Si可以增加降低氢扩散速度的奥氏体数量，并使钢可以在更高温度下回火。因此，本发明将Si含量限制为2.0～3.0％。
MnMn在钢中的作用是固溶强化和提高钢丝的淬透性，但是Mn的偏析倾向较高，因此Mn含量不易过高，故控制在2.5～4.0％之间。
Mo改善钢的耐蚀性，另外可以起到析出强化的作用，由于Mo比较昂贵，故本发明只需加入少量Mo，加入量为0.30～0.40％。
本发明的第二个方面提供所述线材的制造方法，该方法包括冶炼、浇铸、加热、粗轧、精轧和控制冷却，其中在所述控制冷却过程中，采用斯太尔摩控制冷却方法对线材进行快速冷却，冷却速率为5±1℃/s。
其中，在所述加热过程中，加热温度优选1220～1270℃，保温时间优选120～140分钟；在所述粗轧过程中，粗轧开始温度范围优选1140～1180℃，轧后温度范围优选1130～1160℃，轧成φ22±0.5mm的棒材；在所述精轧过程中，加热温度优选≥1050℃，轧制温度范围优选1000～1050℃，在连轧机上轧成φ9±0.3mm的线材；在所述控制冷却过程中，经过斯太尔摩线对精轧线材进行快速冷却，目的是为了获得性能优异的细针状马氏体组织。所得线材的屈服强度≥1600MPa、抗拉强度≥1800MPa、屈强比≥0.80，延伸率≥9.0％，断面收缩率≥40％。
本发明的有益效果为 1、本发明钢种采用Mn-Si-Mo系成分，合金种类常见且用量少，生产成本较低。
2、通过成分设计和轧制工艺的配合，获得细针状马氏体组织，保证线材板具有较高的强韧性。
3、由于成分和工艺设计合理，从实施效果来看，工艺制度比较宽松，工艺流程简化，可以在普通生产线上稳定生产。
图1为本发明实施例2的显微组织金相照片(1000×)； 图2为本发明实施例2的显微组织马氏体TEM形貌。
具体实施例方式 以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
对比例 按表1所示的化学成分在真空电磁感应炉中冶炼钢水，并浇铸成连铸坯或钢锭，将连铸坯或钢锭加热至1220～1270℃，保温120分钟组织均匀化处理；然后进行粗轧，粗轧开始温度范围1140～1180℃，轧后温度范围为1130～1160℃，轧成φ22±0.5mm的棒材。随后精轧，精轧温度范围为1000～1050℃，在连轧机上轧成φ9±0.3mm的线材。轧后经斯太尔摩线快速冷却。
实施例1 按表1所示的化学成分在真空电磁感应炉中冶炼钢水，并浇铸成连铸坯或钢锭，将连铸坯或钢锭加热至1220～1270℃，保温125分钟；然后进行粗轧，粗轧开始温度范围1140～1180℃，轧后温度范围为1130～1160℃，轧成φ22±0.5mm的棒材。随后精轧，精轧温度范围为1000～1050℃，在连轧机上轧成φ9±0.3mm的线材。轧后经斯太尔摩线控制冷却，冷却速率为5℃/s。
实施例2 实施方式同实施例1，其中加热温度为1220～1270℃，保温130分钟；粗轧开始温度范围1140～1180℃，轧成φ22±0.5mm的棒材。精轧加热温度≥1050℃，轧制温度范围为1000～1050℃，在连轧机上轧成φ9±0.3mm的线材。轧后经斯太尔摩线控制冷却，冷却速率为4℃/s。
实施例3 实施方式同实施例1，其中加热温度为1220℃～1270℃，保温140分钟；粗轧开始温度范围1140～1180℃，轧成φ22±0.5mm的棒材。精轧加热温度≥1050℃，轧制温度范围为1000～1050℃，在连轧机上轧成φ9±0.3mm的线材。轧后经斯太尔摩线控制冷却，冷却速率为6℃/s。
表1本发明对比例和实施例1-3的热轧线材的化学成分(wt％) 根据GB/T228-2002对本发明对对比例和实施例1-3的热轧线材进行力学性能测试，测试结果见表2。
表2本发明对比例和实施例1-3的热轧线材的力学性能 结合图1、2和表2可以看出，本发明1800MPa级低合金结构用热轧线材的微观组织为细针状马氏体，且其屈服强度达到1600MPa以上，屈强比较高，同时具有良好的韧性，可作为高强度线材和条钢用钢。
权利要求
1、一种线材，其特征在于，以重量百分比计，其化学成分包含C0.30～0.40％、Si2.0～3.0％、Mn2.5～4.0％、Mo0.30～0.40％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2、如权利要求1所述的线材，其特征在于，在所述杂质中，S≤0.010％，P≤0.020％，O、N、H总量＜50mg/kg。
3、如权利要求1或2所述的线材，其特征在于，所述线材的显微组织为细针状马氏体，马氏体板条宽度尺寸为0.1～0.5μm。
4、权利要求1所述线材的制造方法，包括冶炼、浇铸、加热、粗轧、精轧和控制冷却，其特征在于，在所述控制冷却过程中，线材经过斯太尔摩冷却线冷却，冷却速率为5±1℃/s。
5、如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述加热过程中，加热温度为1220～1270℃，保温时间为120～140分钟。
6、如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述粗轧过程中，粗轧开始温度范围为1140～1180℃，轧后温度范围为1130～1160℃，轧成φ22±0.5mm的棒材。
7、如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述精轧过程中，加热温度范围1050～1100℃，轧制温度范围为1000～1050℃，轧成φ9±0.3mm的线材。
全文摘要
本发明提供一种1800MPa级低合金结构用热轧线材及其制造方法。本发明的1800MPa级低合金结构用热轧线材由以下化学成分组成(重量百分比)C0.30～0.40％、Si2.0～3.0％、Mn2.5～4.0％、Mo0.30～0.40％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明采用Mn-Si-Mo系成分，通过纯净化冶炼，粗轧，精轧和控制冷却技术，生产出了以细针状马氏体组织为特征的中碳热轧线材。该钢屈服强度≥1600MPa、抗拉强度≥1800MPa、屈强比≥0.80，延伸率≥9.0％，断面收缩率≥40％。
文档编号C22C38/12GK101586209SQ20081003791
公开日2009年11月25日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年5月23日
发明者刘俊亮, 王军艺 申请人:宝山钢铁股份有限公司