专利名称：一种高延伸率高强度低碳贝氏体钢板及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种高延伸率高强度低碳贝氏体钢板及其生产方法，具体的说是一种 具有高延伸率高强度的工程机械用钢板。特别涉及IlOOMPa级高延伸率高强度钢板的生产 方法，以马氏体/贝氏体复相组织为基础，并发挥残余奥氏体有对改善钢韧性的作用，设计 一种主要有贝氏体和马氏体两相组成的高延伸率高强度钢板，这种钢板同时具有优良的焊 接性能及较好的低温韧性，并给出了适宜的生产工艺。
背景技术：
随着工业水平的发展，机械、能源、交通、建筑以及原材料等工业领域所涉及的各 种工程机械、桥梁、交通工具的制造、生产对屈服强度大于SOOMPa级以上钢种的需求越来 越大；同时为了达到节约资源、降低生产成本的目的，对现代的结构材料提出了更高的性能 要求，不仅仅要求钢铁材料有高强度和优良的焊接性能，并具有好的塑性及低温韧性。传统 的钢铁材料是通过提高含碳量与合金总量来达到提高强度的目的，但是这样做的后果就是 牺牲了材料的焊接性能以及低温韧性。目前在屈服强度为IlOOMPa级别的超高强钢的碳含量基本在0. 2% 0. 4%左右， 主要是以回火马氏体组织为主，延伸率较低，塑性较差，给成形带来一定的影响。中国期刊 《金属学报》第43卷第3期中刊登的一篇《低合金超高强度贝氏体钢的晶粒细化与韧性提 高》中公开了一种高强度钢板的生产工艺，当其屈服强度达到IlOOMPa以上时，延伸率就会 下降到15%左右，同时此钢种的含碳量为0. 25%左右，同时含有较高的MruSi含量，因此对 焊接性能有很大的影响。为了解决上述钢的缺点，本发明者结合各种强化机理，通过添加一定量的Mn、Si 及微合金元素，设计出一种高延伸率的低碳贝氏体钢，低碳贝氏体钢含碳量较低，合金元素 总含量较少，充分利用了微合金元素的细化晶粒作用及微合金的碳氮化物的析出强化和弥 散强化作用，从而降低了碳当量以及焊接裂纹敏感系数，因而低碳贝氏体钢有着高强度及 焊接性能的良好配合。根据研究发现贝氏体/马氏体这种复相组织的强韧性配合较好。微 合金元素的添加同时提高了淬透性，更容易获得下贝氏体与马氏体的复相组织，同时组织 中还含有一定量的残余奥氏体来改善钢的韧性。在生产过程中准确控制轧制及冷却过程， 获得比例合适的混合组织，从而获得高强度、高延伸率、高韧性等优良性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种高延伸率彡20%、屈服强度彡llOOMPa、优良的低温冲 击韧性-40°C，Akv ^ 30J，具有高强度、高延伸率、优良的低温韧性、优良的焊接性能和加工 性能的贝氏体钢及其生产方法。本发明通过下述技术方案来实现高延伸率高强度钢的合金元素组成质量百分比为；C :0.06% 0. 18%, Si 0. 55% 1. 7%，Mn :1. 1 % 1. 7%，P 彡 0. 007%，S 彡 0. 006%，N 彡 0. 0040%, Nb % 0. 4 %，Ti :0· 01 % 0. 02 %，Cr :0· 3 % 0. 5 %，Ni
0.3% 0. 8%，Cu :0. 3% 0. 8%，V :0. 025-0. 05%, B 0. 0005-0. 0015%，其他为铁和不 可避免杂质。其中B 0. 005 0. 0015,Ti 0. 01% 0. 02%,Mo 0. 25% 0. 4%为关键特征。所述高延伸率高强度低碳贝氏体钢还含有Als 0. 015% 0. 02%。所述的高延伸率高强度低碳贝氏体钢，其特征在于，所述低碳贝氏体钢板的微观 组织是一种复相组织，有贝氏体组织、马氏体组织、以及少量的残余奥氏体组织，同时含有 弥散分布的Nb、V、Ti元素的碳化物。下面对本发明的高延伸率高强度钢板的化学成份作详细叙述。C:碳有很强的固溶强化作用，但是本发明为了获得优良的焊接性能及低温韧性而 降低了含碳量，同时为能获得低碳贝氏体板条，而将含碳量定在0. 06 0. 18%。Si =Si起到固溶强化作用，添加Si能提高强度，如果提高Si的含量至1. 5%以上 可以增加残余奥氏体的稳定性，改善高强度钢的韧性。Si还有抑制渗碳体的析出，提高钢的 回火温度的作用。Mn :Mn在钢中起到固溶强化和提高淬透性的作用，控制Mn/C比可以改善钢的韧 性，但是Mn在钢中容易偏析，形成MnS夹杂，因此将Mn控制在1. 1.7%。B =B能明显抑制铁素体在奥氏体晶界的形核，可以在较大的冷速范围内都能获得 贝氏体组织，同时B有着强烈的晶界偏析，因此要控制B在0. 0005-0. 0015%，否则会破坏钢 的低温韧性。Mo =Mo能抑制了铁素体转变，降低贝氏体转变温度，细化有效组织，为获得贝氏体 与马氏体的复相组织而加入0. 25% 0. 4%的Mo。Cr 添加Cr能大幅度的提高钢的强度，但是添加过多会影响刚的低温韧性。因此 将添加量定在0. 3 % 0. 5 %。V、Ti、Nb等微合金元素添加这些微合金元素能起到细化晶粒及析出强化、固溶 强化等作用。本发明的高延伸率高强度钢板的制造方法包括备料、转炉或电炉冶炼、炉外精炼、 连铸、板坯再加热、控制轧制、控制冷却，热处理。所述加热炉加热的工艺方法加热温度在1200°C 1250°C之间，加热时间在
1.5 2. 5小时之间。所述控制轧制的工艺方法轧制工艺为两阶段轧制，第一阶段开轧温度为1150 1200°C，粗轧终止温度大于1040°C，累计压下率大于60%，最后3道次压下率不低于15%。 第二阶段开轧温度为900 950°C，终轧温度为840 780°C，道次压下率不低于10%，累计 压下率大于60%。所述控制冷却的工艺方法冷却速度为20 60°C /S，终冷温度为260 300°C ；所述热处理工艺淬火加热温度为α -Fe转变为γ -Fe的临界温度Ae3+30 50°C， 加热时间为1. 6 3. 2min/mmX板厚h+Ο 20min ；回火加热温度为550 680°C，保温时 间为2. 5min/mmX板厚h+30 50min，出炉后水冷至室温。再进行一次低温回火，回火温度 为200 230°C，保温时间为为2. 5min/mmX板厚h+30 50min，出炉后空冷至室温。与现有技术相比，本发明有以下优点
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1.通过优化合金成份设计方案，控制了碳含量，减少了合金元素的添加总量，降低 了碳当量及焊接裂纹敏感系数。2.通过成份设计和控扎控冷工艺的配合，获得了贝氏体、马氏体的复相组织，其中 含有一部分的残余奥氏体组织，以及呈弥散分布的Nb、V、Ti碳化物，使钢板获得了良好的 强度、塑性及低温韧性。3.开发出高延伸率、高强度、高韧性的钢板，可以大大减少机械用钢的使用量，提 高工程机械的寿命，节约了资源。本发明适用于生产高延伸率高强度钢板。
图1为本发明实施例2的IlOOMPa高延伸率高强度钢板轧态组织的透射电镜图。图2为本发明实施例2的IlOOMPa高延伸率高强度钢板回火处理后的扫描电镜 图。
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。实施例1按化学成份质量百分比C 0. 075 %, Si 0. 55%, Mn 1. 7%, P 0. 0069 S 0. 005 %, Cr 0. 4 Mo 0. 37 Cu 0. 8 Nb 0. 06 Ti 0. 02 B 0. 0015 Ni 0. 79%, V 0. 036%，在真空电磁感应炉中冶炼钢水，并浇铸成钢锭，钢锭厚度为70mm，将钢 坯加热到1230°C，保温2小时，在二辊轧机上进行轧制，开轧温度为1160°C，到1050°C终 轧，累计压下率为62%，然后待温至950°C开始第二阶段轧制，终轧温度为800°C，轧后板厚 为10mm，待温至780°C后淬火至300°C，空冷至室温；再加热至930°C保温45分钟，淬火至室 温。在650°C回火1小时后水冷至室温，然后在220°C低温回火Ih后空冷至室温，获得了屈 服强度为1130MPa，延伸率为20. 5%，_40°C的低温韧性，Akv = 35J的钢板。实施例2按化学成分质量百分比C 0. 18 Si 1. 55 %, Mn 1. 13 P 0. 0059 S 0. 005%，Cr 0. 40%, Mo 0. 35%, Cu 0. 30%, Nb 0. 059Ti 0. 15%, B 0. 001%, Ni 0. 76%, V 0. 05%，在真空电磁感应炉中冶炼钢水，并浇铸成钢锭，钢锭厚度为70mm，将钢 坯加热到1200°C保温2小时，在二辊轧机上进行二阶段轧制，开轧温度为1130°C，第一阶 段终轧温度为1050°C，累计压下率为62%，待温至950°C开始第二阶段轧制，终轧温度为 810°C，累计压下率大于60%，轧后板厚为10mm。待温至760°C再淬火至280°C，然后空冷至 室温；升温至在960°C保温45分钟，淬火至室温。加热至630°C回火1小时后水冷至室温，在 220°C进行低温回火1小时后空冷，获得强度为1150MPa，延伸率为20%，_40°C的低温韧性， Akv = 30J的钢板。图1为本发明实施例2的IlOOMPa高延伸率高强度钢板轧态组织的透射 电镜图；图2为本发明实施例2的IlOOMPa高延伸率高强度钢板回火处理后的扫描电镜图； 由附图1就可以看出轧态组织中含有非常细的板条贝氏体，板条亚结构宽度约为150nm。实施例3按化学成分质量百分比C 0. 15%,Si 1. 0%,Μη 1. 3%,P 0. 004%, S 0. 003%,4/4页
Cr 0. 36%, Mo 0. 4%, Cu 0. 30 %, Nb 0. 04%, Ti 0. 20%, B 0. 0015%, Ni 0. 7%, V 0. 05%，在真空电磁感应炉中冶炼钢水，并浇铸成钢锭，钢锭厚度为70mm，将钢坯加热到 1200°C保温2小时，在二辊轧机上进行二阶段轧制，开轧温度为1160°C，第一阶段终轧温度 为1040°C，累计压下率为62%，待温至950°C开始第二阶段轧制，终轧温度为820°C，累计压 下率大于60%，轧后板厚为10mm。待温至780°C再淬火至280°C，空冷至室温；升温至940°C 保温45分钟，淬火至室温。升温至630°C回火1小时后水冷至室温，在200°C进行低温回火 1小时后空冷，获得强度为llOOMPa，延伸率为21%，-40°C的低温韧性，Akv = 37J的钢板。
用上述方法生产的具有高延伸率的高强度钢板，与相同强度级别的高强度钢相比 有着优良的低温韧性、优良的焊接性能。能够满足工程机械、结构用钢等行业的生产需要。
权利要求
一种高延伸率高强度低碳贝氏体钢板，其特征在于，所述高延伸率高强度低碳贝氏体钢板的成分和重量百分比含量为C0.06％～0.18％，Si0.55％～1.7％，Mn1.1％～1.7％，P≤0.007％，S≤0.006％，N≤0.0040％，Nb0.02％～0.06％，Mo0.25％～0.4％，Ti0.01％～0.02％，Cr0.3％～0.5％，Ni0.3％～0.8％，Cu0.3％～0.8％，V0.025 0.05％，B0.0005％ 0.0015％，其他为铁和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高延伸率高强度低碳贝氏体钢板，其特征在于，所述高 延伸率高强度低碳贝氏体钢还含有Als 0. 015% 0. 02%。
3.根据权利要求1或2所述的一种高延伸率高强度低碳贝氏体钢板，其特征在于，所述 低碳贝氏体钢板的微观组织是一种复相组织，有贝氏体组织、马氏体组织、以及少量的残余 奥氏体组织，同时含有弥散分布的Nb、V、Ti元素的碳化物。
4.一种高延伸率高强度低碳贝氏体钢板的生产方法，包括备料、转炉或电炉冶炼、炉外 精炼、连铸、板坯再加热、控制轧制、控制冷却，热处理，其特征在于所述板坯再加热的板坯再加热温度是1200°C 1250°C，加热时间是1. 5 2. 5小时；所述控制轧制的轧制工艺为两阶段轧制，包括再结晶区轧制和未再结晶区轧制两个阶 段，所述的再结晶区轧制阶段，开轧温度彡1150°C，终止温度> 1040°C，且最后连续3道次 压下率> 15%，再结晶区轧制阶段累计压下率> 60% ；所述控制轧制的未再结晶区轧制开 轧温度是900 950°C，终轧温度840 780°C，且道次压下率彡10%,未再结晶区累计压下 率> 60% ；所述控制冷却的开冷温度控制在800 760°C，以20°C /s 80°C /s的冷却速度冷却 到260 300°C，再空冷至室温；所述热处理包括，淬火加热温度为α-Fe转变为￥呼6的临界温度^3+30 501，保温 时间为1. 6 3. 2min/mmX板厚h+10 20min，出炉后水冷至室温；回火加热温度为550 680°C，保温时间为2. 5min/mmX板厚h+30 50min，出炉后水冷至室温；再进行一次低温 回火，回火温度为200 230°C，保温时间为2. 5min/mmX板厚h+30 50min，出炉后空冷 至室温。
全文摘要
本发明公开了一种高延伸率高强度低碳贝氏体钢板及其生产方法，生产出具有高延伸率(≥20％)高强度(屈服强度≥1100MPa)，并且拥有良好的低温韧性及焊接性能的钢板，其化学成分的质量百分比为C0.06％～0.18％，Si0.55％～1.7％，Mn1.1％～1.7％，P≤0.007％，S≤0.006％，N≤0.0040％，Nb0.02％～0.06％，Mo0.25％～0.4％，Ti0.01％～0.02％，Cr0.3％～0.5％，Ni0.3％～0.8％，Cu0.3％～0.8％，V0.025-0.05％，B0.0005％～0.0015％，可选成份Als0.015％～0.02％，其他为铁和不可避免杂质。钢板的微观组织是一种复相组织，有贝氏体组织、马氏体组织、以及少量的残余奥氏体组织，同时含有弥散分布的Nb、V、Ti等元素的碳化物。该高延伸率高强度低碳贝氏体钢板的生产方法，包括备料、转炉或电炉冶炼、炉外精炼、连铸、板坯再加热、控制轧制、控制冷却，热处理。
文档编号C22C38/54GK101942616SQ20101028388
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月15日 优先权日2010年9月15日
发明者何春雨, 余伟, 刘涛, 徐立善, 蔡庆伍, 陈银莉 申请人:北京科技大学