专利名称：一种低屈强比高塑性超细晶粒高强钢及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种高强钢，具体地说是一种低屈强比高塑性超细晶粒高强钢及其制造方法。
背景技术：
21世纪钢铁仍是占主导的结构材料，没有一种材料能够全面代替钢铁。随着社会和经济的发展，钢铁工业面临着节省资源、节约能源、保护环境的三大压力。因此，改善钢材质量，降低成本，开发与人类友好的钢铁材料，大幅度提高其综合力学性能，已成为钢铁材料研究的主要方向。其中，采用热机械控制轧制技术(TMCP)和形变诱导铁素体相变技术 (DIFT)低成本地生产细晶粒高强度钢是当前冶金行业的发展方向。通常，钢材的屈服强度和抗拉强度与晶粒直径d的-1/2次方成正比，晶粒细化将使钢材的屈服强度和抗拉强度显著提高，但晶粒细化对屈服强度的贡献比对抗拉强度的贡献更大，晶粒越细屈强比越高。屈强比的升高将导致钢材的冷成型性能显著下降。另外，晶粒越细，强度提高，室温延伸率越小。因而，高屈强比、低塑性是现有超细晶生产技术尚需解决的难题。近年来的研究表明，在钢材中的超细晶组织中引入适量的相对粗大的晶粒，即造成双峰尺寸分布的晶粒结构，可以在强度损失很小的情况下极大提高延伸率。中国专利 CN101225459A通过热处理+冷变形的方法在14MnNb钢中获得了具有双峰尺寸分布的超细晶组织，使钢材塑性大幅度提高。中国专利CN 1632138A中通过热处理+温变形+冷变形的工艺方法，在亚共析钢中获得了双峰晶粒尺寸分布超细晶组织。但是，通过上述工艺方法并未解决屈强比的问题。如，在中国专利CN 101225459A中所获得的材料的屈强比接近于 0. 9。
发明内容
为了在很小强度损失的条件下大大提高超细晶钢的常温塑性，降低屈强比，提高钢材的冷成型性能，拓宽超细晶钢结构应用范围，本发明的目的是提供一种低屈强比高塑性超细晶粒高强钢及其制造方法。通过该工艺处理的微合金低碳钢，具有低屈强比、高塑性、高强度的特性。该工艺方法结合TMCP+离线热处理工艺方法，可经济地应用于具有优异综合力学性能的超细晶钢板材的生产。一种低屈强比高塑性超细晶粒高强钢，其特征在于该钢中化学成分按重量百分比计为:C :0. 06 0. 09%, Si 0. 15 0. 25%, Mn :1. 20 1. 50%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 005%, Nb 0. 020 0. 040%, V :0. 010 0. 030%, Ti :0. 008 0. 015%, Cr :0. 10 0. 30%, Ni 0. 10 0. 30%, Cu 0. 10 0. 30%, Al :0. 010 0. 050%，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明中，Cr、Ni、Cu等合金元素主要起到强化作用。一种低屈强比高塑性超细晶粒高强钢的制造方法，其特征在于该制造方法具体要求如下轧制工艺采用控轧控冷工艺，轧前连铸坯加热温度为1180°C 1200°C ；采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两阶段控制轧制，粗轧每道次压下率10 15%，粗轧终轧温度1000 1050°C，粗轧成1. 6 2. 0倍成品厚度的中间坯；精轧开轧温度为850 870°C，每道次压下率为10 15%，精轧终轧温度800 830°C ；轧后采用层流冷却，终冷温度550 630°C，冷却速率7 10°C /s，随后空冷；
热处理工艺将空冷之后的钢板再进行加热，加热温度介于ACl Ac3之间，随后进行两相区淬火处理，淬火温度在780 830°C，保温时间为(广3) min / mmX板厚。最佳保温时间为2 min / mmX板厚。本发明通过采用控轧控冷工艺(TMCP)，获得了贝氏体组织。通过热处理工艺，获得了具有双峰分布的超细晶结构，钢板屈服强度450 530MPa，抗拉强度为670 760MPa，延伸率彡27%，屈强比RtO. 2/Rm ^ 0. 70。本发明通过微合金化和控轧控冷提高钢板的屈服强度和抗拉强度，通过两相区淬火或回火增加析出物析出几率，获得均勻的具有双峰分布的超细晶粒铁素体结构，使材料具有低屈强比、超塑性、高强度等特性。生产工艺稳定，可操作性强，成本低、获得的材料综合性能优异。本发明具有如下优点
1、在钢中获得具有双峰分布的粗细不同的晶粒的组织，来弥补单纯超细晶粒钢塑性较低的现象。2、通过简单的热处理方法，充分发挥钢中弥散析出相的强化作用，使钢材的抗拉强度大幅上升，屈强比下降，屈强比低于0. 70。3、本发明的制造方法，利用常用的TMCP工艺，不需要在轧制过程中进行较难控制的如弛豫析出过程或者如DIFT技术中低温大压下快冷的方法，该技术操作简便，不影响现场生产节奏。本发明利用TMCP+离线热处理工艺方法，获得了具有低屈强比，高塑性、高强度性能的钢材，且组织为双峰尺寸分布的超细晶粒结构。
图1是实施例1通过TMCP+亚温淬火获得的具有双峰分布的超细晶粒钢的显微组织图。图2是实施例2通过TMCP+亚温回火获得的具有双峰分布的超细晶粒钢的显微组织图。
具体实施例方式一种低屈强比高塑性超细晶粒高强钢，根据本发明的生产工艺，冶炼轧制本发明的钢种实际化学成分如表1所示。一种低屈强比高塑性超细晶粒高强钢的制造方法，该制造方法具体要求如下
轧制工艺采用控轧控冷工艺，轧前连铸坯加热温度为1180°C 1200°C ；采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两阶段控制轧制，粗轧每道次压下率10 15%，粗轧终轧温度1000 1050°C，粗轧成1. 6 2. 0倍成品厚度的中间坯；精轧开轧温度为850 870°C，每道次压下率为10 15%，精轧终轧温度800 830°C ；轧后采用层流冷却，终冷温度550 6300C，冷却速率7 10°C /s，随后空冷；在热轧车间进行TMCP轧制成21mm厚，获得贝氏体组织。 热处理工艺将空冷之后的钢板在热处理炉中重新加热到780°C，然后在这个温度下保温42min。通过Nb、V、N等析出物，降低热处理过程中钢材屈服强度的损失，大幅度提高抗拉强度，保温结束后分别采取用水淬火和空冷的方式。处理后板材的力学性能见表 2，显微组织分别见图1和图2，铁素体呈双峰晶粒尺寸分布的组织结构，其中直径在1 μ m以下的晶粒的体积分数约占50%，5-10 μ m晶粒体积分数约占35%，其余尺寸范围晶粒的体积分数约占15%。 表1本发明实施例的化学成分(wt%)
权利要求
1.一种低屈强比高塑性超细晶粒高强钢，其特征在于该钢中化学成分按重量百分比计为:C :0. 06 0. 09%, Si 0. 15 0. 25%, Mn :1. 20 1. 50%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 005%, Nb 0. 020 0. 040%, V :0. 010 0. 030%, Ti :0. 008 0. 015%, Cr :0. 10 0. 30%, Ni 0. 10 0. 30%, Cu 0. 10 0. 30%, Al :0. 010 0. 050%，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.—种权利要求1所述的低屈强比高塑性超细晶粒高强钢的制造方法，其特征在于该制造方法具体要求如下轧制工艺采用控轧控冷工艺，轧前连铸坯加热温度为1180°C 1200°C ；采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两阶段控制轧制，粗轧每道次压下率10 15%，粗轧终轧温度1000 1050°C，粗轧成1. 6 2. 0倍成品厚度的中间坯；精轧开轧温度为850 870°C，每道次压下率为10 15%，精轧终轧温度800 830°C ；轧后采用层流冷却，终冷温度550 630°C，冷却速率7 10°C /s，随后空冷；热处理工艺将空冷之后的钢板再进行加热，加热温度介于Ac1 Ac3之间，随后进行两相区淬火处理，淬火温度在780 830°C，保温时间为(广3) X板厚min，得到低屈强比高塑性超细晶粒高强钢。
3.根据权利要求2所述的低屈强比高塑性超细晶粒高强钢的制造方法，其特征是得到的低屈强比高塑性超细晶粒高强钢金相组织为具有双峰分布的铁素体超细晶粒结构。
4.根据权利要求2所述的低屈强比高塑性超细晶粒高强钢的制造方法，得到的低屈强比高塑性超细晶粒高强钢的屈服强度为450 530MPa，抗拉强度为670 760MPa，延伸率彡 27%，屈强比 RtO. 2/Rm < 0. 70。
全文摘要
本发明公开了一种低屈强比高塑性超细晶粒高强钢及制造方法。钢的化学成分重量百分比为C0.06～0.09%，Si0.15～0.25%，Mn1.20～1.50%，P≤0.015%，S≤0.005%，Nb0.020～0.040%，V0.010～0.030%，Ti0.008～0.015%，Cr0.10～0.30%，Ni0.10～0.30%，Cu0.10～0.30%，Al0.010～0.050%，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明通过采用控轧控冷工艺，获得了贝氏体组织。通过热处理工艺，获得了具有双峰分布的超细晶结构，使材料具有低屈强比、超塑性、高强度等特性。生产工艺稳定，可操作性强，成本低、获得的材料综合性能优异。
文档编号C21D1/18GK102277539SQ201110218100
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者刘朝霞, 尹雨群, 赵晋斌 申请人:南京钢铁股份有限公司