专利名称：一种使中碳钢获得细晶粒铁素体的热加工方法
技术领域：
本发明属于金属热加工领域，特别涉及一种使中碳钢获得细晶粒铁素体的热加工方法，主要针对高级别、大断面型材或扁平材的轧制。
背景技术：
众所周知，钢铁属资源消耗型产品，因此，其生产加工更应该着眼于环保、可循环使用。目前，在钢铁材料强韧化技术中，较为普遍采用的手段是材料的合金化和微合金化，如将Mn含量提高至1.0％以上并添加Nb、V、Ti等微合金元素。此外，在上述合金化的基础上，通常采用控轧控冷技术，其本质在于通过对形变温度和形变后冷却过程的控制，实现固溶强化、第二相强化、析出强化和组织细化达到提高材料强韧性的目的。传统的控轧主要是针对稳定奥氏体而言，通常分为奥氏体的再结晶区控轧、未再结晶区控轧和奥氏体/铁素体两相区控轧。控冷主要是轧后采取快冷的冷却方式，如用于长型材的穿水冷却和用于扁平材的层流冷却，其目的是控制相变过程、抑制晶粒长大和获得所需数量的低温相变产物，从而达到强化的效果。上述方法中由于合金及微合金元素的使用不仅大大地提高了材料的成本，而且工艺复杂，更重要的是含有微合金元素的废钢难以回收再利用；此外，轧后快冷还导致产品厚向冷速差别，造成组织不均，不适用于大断面的型材或扁平材生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于生产高级别、大断面的型材和扁平材的中碳钢的热加工工艺，使其获得细小的铁素体组织并具有较高的强韧性。本发明的方法工艺简单，易控制，成本低廉且废钢易于回收利用。
根据上述目的，本发明的技术方案的工作原理为本发明的技术方案在于使用普通中碳钢，如45钢，通过控制变形温度，在临界奥氏体区进行大变形，利用形变对相变的促进与诱发效应获得细小的铁素体晶粒；同时，本发明的技术方案还在于变形后无需采用特殊的冷却工艺，而只要在空气中缓慢冷却即可获得细小且超过平衡数量的铁素体组织，从而为有效提高钢的强度和韧性提供了组织保证。而传统控轧控冷的方法主要针对合金钢或低合金钢而言，控冷是对控轧的必要补充。
本发明是利用中碳钢内临界奥氏体组织变形经过大变形而转变成细晶铁素体来生产高级别、大断面的型材和扁平材的工艺思路。其优点是仅利用提高C含量而无需合金化或微合金化，从而降低成本，易于回收利用。由于此工艺方法采用较低的变形温度，还可降低坯料的加热温度，从而可以收到减少加热能耗和氧化烧损的效果。
根据上述目的和工作原理，本发明的具体的技术方案为该方法所用材料为中碳钢0.45C％，0.22％Si，0.60％Mn，0.019％P，0.013％S，其特征在于该方法是将中碳钢钢件在Ae3±30℃和Ar3温度区间变形，即在临界奥氏体区进行热变形，其中Ae3为平衡转变温度、Ar3为过冷奥氏体转变温度，总变形量≥50％，变形后采用缓慢冷却的方式，分段冷却至室温Td～500℃之间的冷速为1.2℃/s，500～300℃之间的冷速为0.5℃/s，其中Td为变形温度，最终获得晶粒为＜10μm细小的铁素体组织，且数量超出平衡量。
本发明与现有技术相比提供一种适用于生产高级别、大断面的型材和扁平材的的中碳钢的热加工工艺，使其获得细的铁素体组织并具有较高的强韧性。本发明的方法具有工艺简单，易控制，成本低廉且废钢易于回收利用的优点。上述优点具体如下本发明是利用中碳钢临界奥氏体组织经过大变形而转变成一定数量的细晶铁素体来生产高级别、大断面的型材和扁平材的工艺思路。其优点是仅利用提高C含量而无需合金化或微合金化，从而降低成本，易于回收利用。由于此工艺方法采用较低的变形温度，还可降低坯料的加热温度，从而可以收到减少加热能耗和氧化烧损的效果。
图1为本发明热加工工艺曲线示意图。
图2为采用本发明热加工工艺获得晶粒细小的铁素体组织的金相组织图。
图3为采用常规轧制后缓慢冷却获得铁素体组织的金相组织图。
从图2和图3的金相组织对比可以看出采用本发明所述的工艺与常规轧制工艺获得的铁素体数量和晶粒尺寸均有显著差异。
具体实施例方式
实施例1所用45钢成分为0.45C％，0.22％Si，0.60％Mn，0.019％P，0.013％S。Ae3＝775℃，Ar3＝660℃(10℃/S冷速)。所用的加热温度为950℃，变形温度为800℃。在该温度区间的总变形量60％，变形后模拟φ25mm规格圆钢在冷床上的冷速，分段冷却至室温800℃～500℃之间的冷速为1.2℃/s，500～300℃之间的冷速为0.5℃/s。用该成份和变形工艺得到的铁素体平均晶粒尺寸为8μm，数量42.6％，(该温度下铁素体的平衡数量是0)。
实施例2所用45钢成分同实施例1的成份。Ae3＝775℃，Ar3＝660℃(10℃/S冷速)。所用的加热温度为950℃，变形温度为680℃。在该温度区间的总变形量60％，变形后模拟φ25mm规格钢筋在冷床上的冷速，分段冷却至室温680～500℃之间的冷速为1.2℃/s，500～300℃之间的冷速为0.5℃/s。用该成份和变形工艺得到的铁素体平均晶粒尺寸为4μm，其数量为50.9％(该温度下铁素体的平衡数量是39.5％)。
上述两个实施例中，分别在Ae3和Ar3附近大变形，变形后缓慢(空冷)冷却，均获得了＜10μm的铁素体晶粒，且数量均超过了平衡数量。
权利要求
1.一种使中碳钢获得细晶粒铁素体的热加工方法，该方法所用材料为中碳钢0.45C％，0.22％Si，0.60％Mn，0.019％P，0.013％S，其特征在于该方法是将中碳钢钢件在Ae3±30℃和Ar3温度区间变形，即在临界奥氏体区进行热变形，总变形量≥50％，变形后采用缓慢冷却的方式，分段冷却至室温Td～500℃之间的冷速为1.2℃/s，500～300℃之间的冷速为0.5℃/s，最终获得晶粒为＜10μm细小的铁素体组织，且数量超出平衡量。
全文摘要
本发明属于金属热加工领域，特别涉及一种使中碳钢获得细晶粒铁素体的热加工方法，主要针对高级别、大断面型材或扁平材的轧制。该方法是将中碳钢45号钢钢件在A
文档编号C22C38/04GK1944690SQ20061011439
公开日2007年4月11日 申请日期2006年11月9日 优先权日2006年11月9日
发明者陈其安, 曹会改, 陈颖, 杨忠民, 白埃民, 车彦民, 王慧敏 申请人:钢铁研究总院