一种低碳热轧超高强高韧钢及其制备方法
【专利摘要】一种低碳热轧超高强高韧钢及其制备方法，属于冶金【技术领域】，高强高韧钢的成分按重量百分比含C0.10~0.11%，Si1.35~1.5%，Mn1.85~2.0%，Cr0.7~0.8%，Mo0.28~0.3%，P≤0.004%，S≤0.003%，余量为Fe；屈服强度为900~980MPa，-20℃低温冲击吸收功为86.8~117.8J；制备方法按以下步骤进行：（1）按设定成分冶炼、精炼和浇注制成铸坯，将铸坯重新加热至奥氏体化温度，保温2.5小时以上，在950~1050℃锻造成钢坯；（2）加热至1200±10℃保温至少2小时，在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区分别进行第一阶段轧制和第二阶段轧制，获得热轧钢板；（3）以60~90℃/s的冷速冷却至180±20℃，然后空冷至室温。本发明具有成分设计合理，工艺控制简便易行的特点，并且采用在线直接淬火，无回火工序，因此生产效率高、能耗低，获得的钢材具有超高的强度和良好的低温韧性。
【专利说明】一种低碳热轧超高强高韧钢及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金【技术领域】，特别涉及一种低碳热轧超高强高韧钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着高强度结构件及工程机械的迅速增加，服役环境的日益恶化，结构钢向着更高强度和良好的低温韧性方向发展。为了降低生产成本，提高综合性能，尤其是解决强度提高和焊接性能下降的矛盾，在保证优良的低温韧性和焊接性能前提下，通过适当合理调整合金元素含量和进一步改进控制轧制与控制冷却工艺，可使延伸率及断裂韧性均有很大提升。
[0003]申请号为200510024756的中国专利申请公开了“一种屈服强度IlOOMPa以上超高强度钢板及制造方法”，此发明优化了传统再加热淬火+回火的调制工艺，而是采用在线淬火，缩短工艺流程提高生产效率，但是该方法必须进行回火工艺，其在回火工艺后五个实施例的屈服强度均大于llOOMPa，延伸率大于等于13%，-20°C的冲击功36?47J ;申请号为201110096170.0的中国专利申请和申请号为201410089398.0的中国专利申请均提出了淬火+低温回火的制备工艺，获得屈服强度IlOOMPa以上超高强钢，延伸率均在If 15%之间，-20 °(:冲击功为45J左右；由以上对比专利可知，此类专利虽然获得了很高的强度，但是不可避免的均采用了回火工艺，并没有显著地提高生产效率。
[0004]申请号为200610051936的中国专利申请公开了 “llOOMPa级非调质高强钢及其生产方法”，此发明需要在热轧基础上进行70-80%大压下量的冷轧工序，才能获得延伸率为10.5^12.5%的IlOOMPa级非调质高强钢，其工艺仍较复杂，成本仍较高。
【发明内容】
[0005]针对现有IlOOMPa级以上超高强高韧钢在制备方法和性能上存在的上述问题，本发明提供一种低碳热轧超高强高韧钢及其制备方法，通过合理的成分设计，避免淬火脆性，采用在线直接淬火并且不需要任何回火工序，制成强度和低温韧性良好的超高强高韧钢。
[0006]本发明的低碳热轧超高强高韧钢的成分按重量百分比含C 0.1(Γ0.11%，Si
1.35?1.5%, Mn 1.85?2.0%, Cr 0.7?0.8%, Mo 0.28?0.3%, P 彡 0.004%, S 彡 0.003%，余量为Fe ;屈服强度为900?980MPa，_20°C低温冲击吸收功为86.8?117.8J。
[0007]上述的低碳热轧超高强高韧钢的抗拉强度为114(Tl300MPa，延伸率为
13.8?18.8%。
[0008]上述的低碳热轧超高强高韧钢的组织为贝氏体、马氏体及残余奥氏体的复相组织。
[0009]本发明的低碳热轧超高强高韧钢的制备方法按以下步骤进行:
1、按设定成分冶炼、精炼和浇注制成铸坯，将铸坯重新加热至奥氏体化温度，加热温度控制在105(Tll00°C，保温2.5小时以上，然后在95(Tl050°C温度范围内锻造成钢坯；
2、将钢坯加热至1200±10°C保温至少2小时，在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区分别进行第一阶段轧制和第二阶段轧制，第一阶段的开轧温度范围为113(T1150°C，终轧温度控制在1100°C以上；第二阶段的开轧温度范围为93(T950°C，终轧温度控制在90(T930°C之间；第一段轧制的总压下率为35?40%，第二阶段的总压下率为75?80%，获得热轧钢板；
3、将热轧钢板以6(T90°C /s的冷速冷却至180±20°C，然后空冷至室温，获得低碳热轧超闻强闻朝钢。
[0010]本发明的成分设计思路为:
1、为了提高超高强高韧钢材的焊接性能，减小钢材焊接的冷裂纹敏感性，降低碳当量，而碳是决定碳当量最主要的元素，因此采用低碳的成分设计，C含量控制在0.1(Γ0.11%之间；
2、为了获得超高强度，主要采用价格相对低廉的Cr、Μη元素提高钢材淬透性，Cr含量控制在0.7?0.8%之间，Μη含量控制在1.85?2.0%之间；同时添加适量Mo元素为了进一步提高钢材强度，Mo含量控制在0.28、.3%之间。
[0011]3、为了在淬火后非调质状态下，获得超高强度的同时能够保证良好的低温冲击韧性，必须减少损害钢材韧性的相，因此采用较高的Si含量，提高碳的活度，不利于渗碳体的形成，减少冲击过程中的裂纹源，显著提高低温冲击韧性。
[0012]4、磷和硫元素严重损害钢材的塑性和韧性，因此需要对钢进行精炼提纯，严格控制磷和硫的含量，保证钢材的塑性和韧性。
[0013]本发明具有成分设计合理，工艺控制简便易行的特点，并且采用在线直接淬火，无回火工序，因此生产效率高、能耗低，获得的钢材具有超高的强度和良好的低温韧性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例1的热轧钢板的金相组织显微图；
图2为本发明实施例2的热轧钢板的金相组织显微图。
【具体实施方式】
[0015]本发明实施例中采用的直接淬火冷却设备为东北大学轧制技术及连轧自动化自主开发超快速冷却实验淬火机。
[0016]本发明实施例中观测金相组织的设备为徕卡DMIRM 2500M金相显微镜。
[0017]本发明实施例中在95(T105(TC温度范围内锻造成钢坯是指按锻造比1.5^1.7进行锻造。
[0018]实施例1
按设定成分冶炼、精炼和浇注制成铸坯，铸坯成分按重量百分比含C 0.10%, Si 1.43%，Μη 1.85%, Cr 0.7%, Mo 0.28%, P 0.003%, S 0.003%，余量为 Fe ；
将铸坯重新加热至奥氏体化温度，加热温度控制在1050°C，保温2.5小时，然后在95(T105(TC温度范围内锻造成钢坯(按锻造比1.7进行锻造)；
将钢坯加热至1200±10°C保温2小时，在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区分别进行第一阶段轧制和第二阶段轧制，第一阶段的开轧温度为1130°C，终轧温度控制在1100°C;第二阶段的开轧温度为930°C，终轧温度控制在900°C ;第一段轧制的总压下率为40%，第二阶段的总压下率为75%，获得热轧钢板； 将热轧钢板以8(T90°C /s的冷速冷却至180±20°C，然后空冷至室温，获得低碳热轧超高强高韧钢，屈服强度为980MPa，_20°C低温冲击吸收功为86.8J ;抗拉强度为1300MPa，延伸率为13.8% ;组织为贝氏体、马氏体及残余奥氏体的复相组织。
[0019]实施例2
按设定成分冶炼、精炼和浇注制成铸坯，铸坯成分按重量百分比含C 0.11%, Si 1.35%,Mn 1.89%, Cr 0.8%, Mo 0.29%, P 0.004%, S 0.002%，余量为 Fe ；
将铸坯重新加热至奥氏体化温度，加热温度控制在1080°C，保温3小时，然后在95(T105(TC温度范围内锻造成钢坯(按锻造比1.5进行锻造)；
将钢坯加热至1200±10°C保温3小时，在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区分别进行第一阶段轧制和第二阶段轧制，第一阶段的开轧温度为1140°C，终轧温度控制在1110°C;第二阶段的开轧温度为940°C，终轧温度控制在920°C ;第一段轧制的总压下率为35%，第二阶段的总压下率为78%，获得热轧钢板；
将热轧钢板以7(T80°C /s的冷速冷却至180±20°C，然后空冷至室温，获得低碳热轧超高强高韧钢，屈服强度为940MPa，-20°C低温冲击吸收功为102.6J ;抗拉强度为1220MPa，延伸率为15.9% ;组织为贝氏体、马氏体及残余奥氏体的复相组织。
[0020]实施例3
按设定成分冶炼、精炼和浇注制成铸坯，铸坯成分按重量百分比含C 0.10%, Si 1.4%，Mn 1.92%, Cr 0.7%, Mo 0.3%, P 0.001%, S 0.002%，余量为 Fe ；
将铸坯重新加热至奥氏体化温度，加热温度控制在11001:，保温2.5小时，然后在95(T105(TC温度范围内锻造成钢坯(按锻造比1.7进行锻造)；
将钢坯加热至12 O O ± I (TC保温2.5小时，在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区分别进行第一阶段轧制和第二阶段轧制，第一阶段的开轧温度为1150°C，终轧温度控制在1120°C ;第二阶段的开轧温度为950 °C，终轧温度控制在930°C ;第一段轧制的总压下率为40%，第二阶段的总压下率为80%，获得热轧钢板；
将热轧钢板以6(T70°C /s的冷速冷却至180±20°C，然后空冷至室温，获得低碳热轧超高强高韧钢，屈服强度为900MPa，-20°C低温冲击吸收功为117.8J ;抗拉强度为1140MPa，延伸率为18.8% ;组织为贝氏体、马氏体及残余奥氏体的复相组织。
[0021]实施例4
按设定成分冶炼、精炼和浇注制成铸坯，铸坯成分按重量百分比含C 0.11%, Si 1.45%,Mn 1.96%, Cr 0.8%, Mo 0.28%, P 0.003%, S 0.001%，余量为 Fe ；
将铸坯重新加热至奥氏体化温度，加热温度控制在1050°C，保温3小时，然后在95(T105(TC温度范围内锻造成钢坯(按锻造比1.6进行锻造)；
将钢坯加热至1200±10°C保温2小时，在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区分别进行第一阶段轧制和第二阶段轧制，第一阶段的开轧温度为1130°C，终轧温度控制在1100°C;第二阶段的开轧温度为930°C，终轧温度控制在900°C ;第一段轧制的总压下率为38%，第二阶段的总压下率为75%，获得热轧钢板；
将热轧钢板以8(T90°C /s的冷速冷却至180±20°C，然后空冷至室温，获得低碳热轧超高强高韧钢，屈服强度为970MPa，_20°C低温冲击吸收功为95.3J ;抗拉强度为1250MPa，延伸率为14.9% ;组织为贝氏体、马氏体及残余奥氏体的复相组织。
[0022] 实施例5
按设定成分冶炼、精炼和浇注制成铸坯，铸坯成分按重量百分比含c 0.10%, Si 1.5%，Μη 2.0%, Cr 0.7%, Mo 0.3%, P 0.004%, S 0.003%,余量为 Fe ；
将铸坯重新加热至奥氏体化温度，加热温度控制在11001:，保温2.5小时，然后在95(T105(TC温度范围内锻造成钢坯(按锻造比1.5进行锻造)；
将钢坯加热至1200±10°C保温3小时，在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区分别进行第一阶段轧制和第二阶段轧制，第一阶段的开轧温度为1150°C，终轧温度控制在1120°C;第二阶段的开轧温度为940°C，终轧温度控制在920°C ;第一段轧制的总压下率为35%，第二阶段的总压下率为80%，获得热轧钢板；
将热轧钢板以7(T80°C /s的冷速冷却至180±20°C，然后空冷至室温，获得低碳热轧超高强高韧钢，屈服强度为935MPa，-20°C低温冲击吸收功为108J ;抗拉强度为1190MPa，延伸率为16.6% ;组织为贝氏体、马氏体及残余奥氏体的复相组织。
【权利要求】
1.一种低碳热轧超高强高韧钢，其特征在于成分按重量百分比含c 0.1(Γ0.11%，Si1.35?1.5%, Mn 1.85?2.0%, Cr 0.7?0.8%, Mo 0.28?0.3%, P 彡 0.004%, S 彡 0.003%，余量为Fe ;屈服强度为90(T980MPa，-20 ° C低温冲击吸收功为86.8?117.8J。
2.根据权利要求1所述的一种低碳热轧超高强高韧钢，其特征在于抗拉强度为1140?1300MPa，延伸率为 13.8?18.8%。
3.根据权利要求1所述的一种低碳热轧超高强高韧钢，其特征在于组织为贝氏体、马氏体及残余奥氏体的复相组织。
4.一种权利要求1所述的低碳热轧超高强高韧钢的制备方法，其特征在于按以下步骤进行: (1)按设定成分冶炼、精炼和浇注制成铸坯，铸坯成分按重量百分比含C0.1(Γ0.11%，Si 1.35?1.5%, Mn 1.85?2.0%, Cr 0.7?0.8%, Mo 0.28?0.3%, P 彡 0.004%, S 彡 0.003%,余量为Fe ;将铸坯重新加热至奥氏体化温度，加热温度控制在105(Tll00°C，保温2.5小时以上，然后在95(Tl050°C温度范围内锻造成钢坯； (2)将钢坯加热至1200±10°C保温至少2小时，在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区分别进行第一阶段轧制和第二阶段轧制，第一阶段的开轧温度范围为113(T115(TC，终轧温度控制在1100°C以上；第二阶段的开轧温度范围为93(T950 °C，终轧温度控制在90(T93(TC之间；第一段轧制的总压下率为35?40%，第二阶段的总压下率为75?80%，获得热轧钢板； (3)将热轧钢板以6(T90°C/s的冷速冷却至180±20°C，然后空冷至室温，获得低碳热乳超闻强闻朝钢。
【文档编号】C22C38/38GK104451407SQ201410684407
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】谢辉, 胡军, 孙国胜, 高秀华, 吴红艳, 杜林秀 申请人:东北大学