具有双峰尺度铁素体组织的高强钢及其低成本制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有双峰尺度铁素体组织的高强钢及其低成本制备方法，采用普通低碳钢为原料板，通过冷变形+两相区淬火处理，获得了细小的准多边形铁素体晶粒分布在粗大的多边形铁素体晶粒周围的双峰尺度组织，细小的准多边形铁素体晶粒起到了强化相的作用，而粗大的多边形铁素体晶粒则保证了钢的塑性。利用本发明的制备方法制得的高强钢具有优良的综合力学性能，屈服强度≥650MPa，抗拉强度≥800MPa，均匀伸长率≥10.0％，加工硬化指数≥0.20，屈强比低于0.90。同时工艺过程简单，生产成本较低。
【专利说明】
具有双峰尺度铁素体组织的高强钢及其低成本制备方法
技术领域
[0001] 本发明总体设及一种高强钢及其制备方法，尤其设及一种具有双峰尺度铁素体晶 粒分布的高强钢及其低成本制备方法。
【背景技术】
[0002] 先进钢铁材料的主要特征是超细晶、高洁净度和高均匀性，其核屯、理论和技术是 实现钢材的超细晶或超细组织。目前，通过控制社制和控制冷却技术的应用，已经能够使用 Q235普通低碳钢生产出具有超细组织的高强钢，其屈服强度可实现翻一番。但有研究表明， 超细晶粒或组织也会导致钢的加工硬化能力和均匀伸长率降低，裂纹敏感性增加，限制了 其应用范围的扩展。
[0003] 针对化合金的研究表明，通过在面屯、立方合金的细晶基体中引入尺寸相对较大的 晶粒，获得双峰晶粒尺寸分布，细小的晶粒保证材料具有高的强度，较大的晶粒则保证其塑 形，从而可W得到更好的强度和塑性平衡。对于钢铁材料而言，通过单相晶粒的双峰尺度分 布来实现性能的优化，也有利于提高其耐腐蚀性。
[0004] 目前，通过冷社或溫社及多次热处理的使用，能够获得双峰尺寸超细晶铁素体+弥 散碳化物的组织或"双峰铁素体晶粒+不均匀分布的纳米碳化物"的微细晶组织，但其塑性 均较差，均匀伸长率低于6%，且工艺路线较长，生产过程控制难度较大，限制了进一步的推 广应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种具有高强度、高塑性、高加工硬化指数及低的屈强比的 双峰晶粒尺度分布的700MPa级高强钢;本发明要解决的技术问题是上述具有双峰晶粒尺度 分布的高强钢的低成本制备方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:通过板料冷社和两相区热处 理，控制冷变形晶粒的再结晶过程及相变过程，获得不同尺度的铁素体晶粒。
[0007] 本发明制备方法所用原料板为普通低碳钢板;所述原料板的化学成分的质量百分 含量为：(：0.10%~0.20%、510.10%~0.20%、]\1110.60%~0.70%、？《0.015%、5《 0.01%，余量为化和不可避免的杂质，组织构成为铁素体及少量珠光体。
[000引本发明制备方法包括板料冷社和一次热处理工序:所述冷社工艺：总变形量不小 于50% ;所述热处理采用两相区热处理:保溫溫度位于两相区下限，对于普通低碳钢为720- 760 °C，保溫时间为5-60min，水冷。
[0009] 利用本发明的制备方法制得的高强钢具有双峰尺度的晶粒尺寸分布，分布峰值分 别在2-6皿和10-15皿。组织结构为粗大多边形铁素体晶粒和细小准多边形铁素体晶粒嵌合 共存，细小晶粒均匀分布于粗大晶粒周围，且较小晶粒(小于ΙΟμπι)在视场中所占的面积比 例为 45 %-70 %。
[0010] 利用本发明的制备方法制得的高强钢具有优良的综合力学性能，屈服强度> 650MPa，抗拉强度>800MPa，均匀伸长率> 10. ο %，加工硬化指数>0.20，屈强比低于ο. 90。
[0011] 发明人还进一步发现，当冷变形累积变形量控制在50-60%时，热处理溫度取730- 750°C，保溫时间为10-30min，水冷后得到的钢板具有最为优良的综合力学性能，其中平均 屈服强度>700MPa，抗拉强度>850MPa，同时也能保证更高的均匀伸长率。运可能是由于在 上述工艺区间内所得到的钢组织中细小铁素体晶粒与粗大铁素体晶粒达到了最优的组合。
[0012] 本发明仅采用一次冷变形和一次热处理工艺，就得到了具有双峰尺度分布的单一 铁素体组织的高强钢，所用原料板成本低廉、生产工艺简单。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明中采用冷社后两相区保溫30min后泽火得到的钢的组织照片。
[0014] 图2是本发明中采用冷社后两相区保溫30min后泽火得到的钢的晶粒尺度分布。 [001引图3是本发明中采用冷社后650°C保溫30min后泽火得到的钢的组织。
[0016] 图4是本发明中采用冷社后800°C保溫30min后泽火得到的钢的组织。
[0017] 图5是本发明中采用冷社后800°C保溫30min后泽火得到的钢的晶粒尺度分布。
[0018] 图6是本发明中采用冷社后850°C保溫5min后泽火得到的钢的组织。
【具体实施方式】
[0019] 下面通过具体实施例并结合附图来详细描述本发明的具有双峰尺度铁素体组织 的高强钢的低成本制备方法。本领域技术人员应该理解，下述实施例仅是对本发明的示例 性说明，并非用来对本发明进行任何限制。
[0020] 实施例1
[0021] 原料板钢种化学成分按照质量百分数计：C 0.10 %~0.20 %、Si 0.10 %~ 0.20%、Mn 0.60%~0.70%、？《0.015%、5《0.01%，余量为化和不可避免的杂质，板料厚 度5.5mm，组织构成为铁素体和少量珠光体。
[0022] 利用冷社机进行冷社变形，累积变形量55%，然后进行一次两相区泽火，具体工艺 为:750°C保溫5min后即刻水冷，即可得到本发明的高强钢板。
[0023] 图1为本实施例得到的高强钢板的组织照片；由图1可见，本高强钢板的组织为粗 大的多边形铁素体晶粒及细小的准多边形铁素体晶粒相互嵌和，其中小于10皿的小晶粒在 视场中所占的面积比例约为68%。
[0024] 图2是本实施例得到的高强钢板的晶粒尺度分布，双尺度晶粒分布峰值分别在3-6 皿和10-13皿。
[00巧]实施例2
[00%]采用的原料板同实施例1，冷社工艺的累积变形量50%，热处理工艺为:750°C保溫 15min后即刻水冷。
[0027]得到的高强钢板经观察和晶粒尺度分析，结构和晶粒分布与实施例1类似，其中小 于1 Own的小晶粒在视场中所占的面积比例约为59 %。双尺度晶粒分布峰值分别在3-5WI1和 11-15咖。
[002引实施例3
[0029]采用的原料板同实施例1，冷社工艺的累积变形量55%，热处理工艺为:730°C保溫 30min后即刻水冷。
[0030] 得到的高强钢板经观察和晶粒尺度分析，结构和晶粒分布与实施例1类似，其中小 于1 Ομηι的小晶粒在视场中所占的面积比例约为45.5 %。双尺度晶粒分布峰值分别在2-4μηι 和12-1触?。
[0031] 实施例4
[0032] 采用的原料板同实施例1，冷社工艺的累积变形量60%，热处理工艺为:740°C保溫 lOmin后即刻水冷。
[0033] 得到的高强钢板经观察和晶粒尺度分析，结构和晶粒分布与实施例1类似，其中小 于1 Ομπι的小晶粒在视场中所占的面积比例约为55.7 %。双尺度晶粒分布峰值分别在3-5μπι 和12-1如m。
[0034] 实施例5
[0035] 采用的原料板同实施例1，冷社工艺的累积变形量50%，热处理工艺为:730°C保溫 20min后即刻水冷。
[0036] 得到的高强钢板经观察和晶粒尺度分析，结构和晶粒分布与实施例1类似，其中小 于1 Ομπι的小晶粒在视场中所占的面积比例约为47.2 %。双尺度晶粒分布峰值分别在2-5μπι 和11-1如m。
[0037] 实施例6
[0038] 采用的原料板同实施例1，冷社工艺的累积变形量55%，热处理工艺为:750°C保溫 50min后即刻水冷。
[0039] 得到的高强钢板经观察和晶粒尺度分析，结构和晶粒分布与实施例1类似，其中小 于1 Own的小晶粒在视场中所占的面积比例约为45 %。双尺度晶粒分布峰值分别在3-6WI1和 1〇-15皿。
[0040] 实施例7
[0041 ]采用的原料板同实施例1，冷社工艺的累积变形量55%，热处理工艺为:760°C保溫 lOmin后即刻水冷。
[0042]得到的高强钢板经观察和晶粒尺度分析，结构和晶粒分布与实施例1类似，其中小 于1 Ομπι的小晶粒在视场中所占的面积比例约为57.6 %。双尺度晶粒分布峰值分别在3-6μπι 和11-1如m。
[00创对比例1
[0044] 采用的原料板同实施例1，冷社工艺的累积变形量55%，热处理工艺为:650°C保溫 15min后即刻水冷。
[0045] 图3为本对比例得到的高强钢板的组织照片，得到的钢板经观察和晶粒尺度分析， 组织构成为均匀的铁素体和球化的珠光体，没有出现单一的铁素体及其晶粒的双峰尺度分 布。
[0046] 对比例2
[0047] 采用的原料板同实施例1，冷社工艺的累积变形量55%，热处理工艺为:800°C保溫 30min后即刻水冷。
[0048] 图4为本对比例得到的高强钢板的组织照片，图5是本实施例得到的高强钢板的晶 粒尺度分布，得到的钢板经观察和晶粒尺度分析，组织构成为铁素体和马氏体，没有得到单 一铁素体组织，未出现晶粒尺度的双峰分布。
[0049] 对比例3
[0050] 采用的原料板同实施例1，冷社工艺的累积变形量55%，热处理工艺为:850°C保溫 5min后即刻水冷。
[0051] 图6为本对比例得到的高强钢板的组织照片，得到的钢板经观察和晶粒尺度分析， 组织构成为马氏体及极少量的铁素体，没有得到单一铁素体组织及晶粒的双峰尺度分布。
[0052] 上述各实施例及对比例得到的钢板样品按照相关国家标准进行检测，检测结果见 表1。
[0053] 表1:样品性能 [0化4]
【主权项】
1. 一种具有双峰尺度铁素体组织的高强钢的低成本制备方法，以普通低碳钢为原料 板，经冷变形和一次热处理工序制得所述高强钢;其中 采用的原料板的化学成分质量百分含量为:c 0.10%~0.20%、Si 0.10%~0.20%、 Μη 0.60%~0.70 %、P彡0.015%、S彡0.01 %，余量为Fe和不可避免的杂质，其组织构成为 铁素体+少量珠光体； 所述冷变形为冷乳变形，总变形量为50 %-70 % ; 所述一次热处理为两相区淬火处理，在普通低碳钢的两相区下限温度720~760°C保温 5~60min后水冷。2. -种具有双峰尺度铁素体组织的高强钢，由权利要求1所述的低成本制备方法制得， 所述高强钢的组织为粗大多边形铁素体晶粒和细小准多边形铁素体晶粒嵌合共存，细小晶 粒均匀分布于粗大晶粒周围，晶粒尺寸具有双峰尺度分布。3. 根据权利要求2所述的具有双峰尺度铁素体组织的高强钢，所述高强钢晶粒尺寸分 布峰值分别在2_6μπι和10-15μπι。4. 根据权利要求2所述的具有双峰尺度铁素体组织的高强钢，所述高强钢中小于ΙΟμπι 的小晶粒在视场中所占的面积比例为45%-70%。5. 根据权利要求2所述的具有双峰尺度铁素体组织的高强钢，所述高强钢的力学性能 指标为：屈服强度彡650MPa，抗拉强度彡800MPa，均匀伸长率彡10 %，加工硬化指数大于 0.2,屈强比低于0.9。
【文档编号】C22C38/04GK106011422SQ201610628277
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月3日
【发明人】杨跃辉, 苑少强
【申请人】唐山学院