专利名称：900MPa级高强度高塑性中碳热轧钢及其制造方法
技术领域：
本发明属于高强钢生产技术领域，具体地指一种900MI^级高强度高塑性中碳热 轧钢及其制造方法。
背景技术：
关于具有高强度高塑性的钢板研究，在国外主要有德国蒂森克虏伯钢铁股份公 司、阿赛洛法国公司以及韩国HYUNDAI汽车制造公司等。如阿赛洛法国公司在中国申请 号为200580042631. 9的“生产具备非常高强度和伸长性能以及良好均勻性的铁_碳-锰 奥氏体钢板的方法”发明专利，公开了一种热轧铁-碳-锰奥氏体钢板，其标称化学组成 包括，含量以重量计0. 85%彡C彡1. 05%，16%彡Mn彡19%，Si彡2%，Al彡0. 05%， S^O. 03%, P^O. 50%, N^O. 1%，以及任选的一种或多种选自如下的元素Cr彡1%， Mo 彡 1. 50%, Ni ^ 1%, Cu ^ 5%, Ti ^ 0. 50%, Nb 彡 0. 50%, V 彡 0. 50%，该组成的余 量由铁盒熔炼产生的不可避免的杂质组成。该钢板的强度大于1200MPa，其乘积P (强度 (MPa) X断裂伸长率(％ ))大于65000MPa%，但是该钢通过添加大量合金元素来调节其显 微结构造成生产成本增大，而且其碳元素含量较高，钢板可塑性偏低，影响其应用范围。国 内一家研究机构公开了名称为“高强度高塑性的超低碳孪晶诱发塑性钢”的发明专利，其申 请号为 200810032388. 8，该钢的组成为 C :0. 005 0. 03%，Si :2 3%，Mn 20 — 32%, Al :2 4%，余量为狗，该钢通过添加高Si、高Al来平衡堆垛层错能，使之产生孪晶诱导塑 性，使材料最终达到高塑性的目的。但是，钢板中具有如此高的Si和Al含量，存在着工业 化生产的炼钢和轧钢难以实施的问题和缺点，给炼钢和轧钢带来非常大的困难，如炼钢会 堵塞结晶器水口，热轧会产生严重边裂。同时，上述钢板为了调节钢的综合性能大量添加了 微合金元素，因而使钢板成本大幅度上升。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种900MPa级高强度高塑性中碳热轧钢及其制造方 法。该钢具有高强度、高延伸率、高冲击功、低脆性转变温度以及良好的焊接性能和成形性 能，并且其制造方法工艺流程简单，生产成本低廉。为实现上述目的，本发明所设计900MI^级高强度高塑性中碳热轧钢，其化学成 分按重量百分数计为C :0. 45 0. 80%, Mn 20 30%，Si :0. 01 0. 20%, Al :0. 02 0. 10%, P彡0. 015%, S彡0. 015%，余量为!^e和不可避免的杂质。进一步地，其化学成分按重量百分数计优选为C :0. 50 0.70%，Mn :21. 0 25. 0%, Si 0. 02 0. 18%, Al :0. 02 0. 10%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 015%，余量为 Fe 和 不可避免的杂质。本发明900MPa级高强度高塑性中碳热轧钢的制造方法，按通常纯净钢工艺进行， 包括原料冶炼、浇铸钢坯、板坯加热、热轧、冷却处理的步骤，其特殊之处在于所述浇铸钢坯的钢水出钢结束温度控制在1700 1900°C ；
所述板坯加热温度控制在1150 1230°C ；所述热轧时粗轧温度控制在1010 1110°C，终轧温度控制在700 800°C，卷取 温度控制在500 600°C。进一步地，热轧工艺中对轧件进行5 7道次轧制。更进一步地，板坯加热时控制保温时间在160 250min之间。本发明为了保证高强热轧钢产品的优良性能，在钢的成分设计上采用中碳和高锰 元素以及少量硅含量和少量铝元素，未添加其它贵重合金化元素。其中各元素含量限定基 本原理如下C元素可以稳定奥氏体组织和利用固溶体硬化强化基体。C在奥氏体中的固溶度 比在铁素体中高的多，为此，本发明采用了中C含量的控制方案。如果C含量过低，钢的强 度难以保证；C含量过高，钢的塑性和冲击性能会降低，为此，本发明将C的重量百分含量控 制在0. 45 0. 80%，优选为0. 50 0. 70%。Mn是奥氏体稳定化元素，Mn含量高于20%时，钢铁材料能够保持单一的奥氏体组 织，高锰奥氏体钢在机械载荷的作用下会产生孪晶诱导塑性(TWIP)效应，产生极高的延伸 率，材料具有高塑性。奥氏体钢的力学性能主要取决于堆垛层错能，堆垛层错能决定着主要 的变形机制类型，如滑移、交滑移、不全位错的滑移、孪生变形或应变引起的马氏体转化。在 给定的变形条件下，堆垛层错能只取决于化学成分。随着Mn含量的增高，层错能增加，孪晶 对塑性的贡献增强，孪晶强化逐渐为主要的强化机制，但锰含量太高，会增加原料成本。当 钢中的Mn含量小于20%时，在通常的冷却条件下，层错能过低，机械加载时不稳定，在应力 的作用下发生马氏体转变，钢不能够保持单一的奥氏体组织，孪晶诱导塑性效应受到影响， 钢材的塑性无法达到全奥氏体孪晶诱导塑性钢的高塑性水平。为此，本发明Mn的重量百分 含量控制在20 30%，优选为21. 0 25. 0%。Si元素强烈降低奥氏体的层错能，Si能够固溶强化奥氏体基体，抑制位错的交滑 移。Si含量过高，材料表面质量差，同时促进材料发生马氏体相变，钢材热轧时也易产生边 裂现象，为此本发明控制Si的重量百分含量控制为0. 01 0. 20%，优选为0. 02 0. 18% 的较低范围。Al元素增加奥氏体的层错能，但能抑制马氏体相变。Al含量过高，工业化生产时， 会严重堵塞炼钢工序中结晶器水口，同时，Al含量过高，在热轧时由于和Si元素共同作用， 产生严重边裂现象。为了得到全奥氏体钢，本发明Al含量控制在0. 02 0. 10%的较低范围。P、S含量在钢中越低越好，避免对本发明的钢铁材料产生裂纹和焊接的不利影响。 另外，硫含量偏高会消耗过多的锰元素，影响材料的强韧化效果，或增加材料的成本。本发明900MPa级高强度高塑性中碳热轧钢的制造方法结合钢的中碳和锰元素以 及少量硅含量和少量Al元素的成分特点，采用纯净钢质冶炼方式并采用高温加热、低温终 轧和低温卷取的控轧控冷工艺获得热轧态组织，获得的室温组织为奥氏体，同时奥氏体内 存在大量孪晶，有利于发明材料具有高强度高塑性和良好的成形性和良好的焊接性能。制 造时在原料冶炼过程尽量降低硫和磷等有害元素得到纯净钢质，钢中硫元素常以硫化锰形 式存在，这种硫化物夹杂对钢的低温冲击韧性十分不利，并造成材料的各向异性加大。浇 铸钢坯时的钢水出钢结束温度控制在1700 1900°C范围，采用氩气保护浇铸措施，有利于钢水不被氧化。因为本发明的高强钢的Mn元素含量高，板坯加热时通常需要采用160 250min的较长的保温时间并需要将板坯加热温度保持在1150 1230°C范围，使Mn元素充 分固溶。因本发明的C、Mn元素含量都很高，而这两个元素都是扩大奥氏体区的元素，即在 较低的终轧温度下就可以保证奥氏体单相区轧制以获得均勻的晶粒尺寸，热轧时粗轧温度 控制在1010 1110°C范围，终轧温度控制在700 800°C范围以内。钢板卷取温度设计在 500 600°C范围内，能有效保证细的晶粒尺寸。本发明的热轧钢以中C和高Mn为主的化学成分设计，辅助添加少量Si和少量Al 元素，未添加其它贵重合金化元素，使得本发明的超高强热轧钢的组织为全奥氏体和组织 中有大量孪晶亚结构，有力保证了钢产品的高强度、高塑性，同时也保障了钢产品良好的焊 接性能；本发明的热轧钢通过依靠孪晶诱导塑性原理，在保障钢的高强度时，极大地提高了 延伸性能和成形性能，使钢产品具有低的屈强比和高的冲击韧性，保证了材料具有极好的 能量吸收能力。本发明热轧钢制成的民用和军工产品即使受到破坏，也能保证产品具有良 好的安全性能，另外，本发明热轧钢的脆/韧性转变温度很低，在寒冷的恶劣天气环境下使 用，不至于脆断，这一点其它热轧高强钢难以保证。而且，本发明热轧钢的制造方法工艺简 单，钢中未添加其它贵重合金化元素，降低了生产钢材的成本，同时降低了炼钢时成分控制 工艺难度。
图1为本发明900MPa级高强度高塑性中碳热轧钢的金相显微组织结构图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的900MPa级高强度高塑性中碳热轧钢及其 制造方法作进一步详细说明。表1列出了本发明实施例1 10热轧钢的化学成分重量百分含量(余量为狗及 不可避免的杂质)。表 权利要求
1.一种900MI^级高强度高塑性中碳热轧钢，其化学成分按重量百分数计为C: 0. 45 0. 80 %，Mn 20 30 %，Si :0. 01 0. 20 %，Al :0. 02 0. 10 %，P ≤ 0. 015 %， S^O. 015%，余量为！^和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的900MI^级高强度高塑性中碳热轧钢，其特征在于该钢的化 学成分按重量百分数计为C :0. 50 0. 70%, Mn :21. 0 25. 0%, Si :0. 02 0. 18%, Al 0. 02 0. 10%，P≤0. 015%, S≤0. 015%，余量为!^e和不可避免的杂质。
3.—种权利要求1所述900MPa级高强度高塑性中碳热轧钢的制造方法，包括原料冶 炼、浇铸钢坯、板坯加热、热轧、冷却处理的步骤，其特征在于所述浇铸钢坯的钢水出钢结束温度控制在1700 1900°C ；所述板坯加热温度控制在1150 1230°C ；所述热轧时粗轧温度控制在1010 1110°C，终轧温度控制在700 800°C，卷取温度 控制在500 600°C。
4.根据权利要求3所述900MPa级高强度高塑性中碳热轧钢的制造方法，其特征在于 所述板坯加热时，控制保温时间在160 250min之间。
5.根据权利要求3或4所述900MPa级高强度高塑性中碳热轧钢的制造方法，其特征在 于所述热轧时对轧件进行5 7道次轧制。
全文摘要
本发明公开了一种900MPa级高强度高塑性中碳热轧钢及其制造方法，其化学成分按重量百分数计为C0.45～0.80％，Mn20～30％，Si0.01～0.20％，Al0.02～0.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质，其制造方法，包括原料冶炼、浇铸钢坯、板坯加热、热轧、冷却处理的步骤，其中，浇铸钢坯的钢水出钢结束温度控制在1700～1900℃；板坯加热温度控制在1150～1230℃；热轧时粗轧温度控制在1010～1110℃，终轧温度控制在700～800℃，卷取温度控制在500～600℃。实践证明，该钢具有高强度、高延伸率、高冲击功、低脆性转变温度以及良好的焊接性能和成形性能，并且其制造方法工艺流程简单，生产成本低廉。
文档编号B21B37/74GK102127704SQ20111004928
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者王立辉, 陈宇 申请人:武汉钢铁(集团)公司