高性能超高碳钢钢板及制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种既具有节约资源环保型，又具有良好的工艺性能和力学性能的高性能超高碳钢（Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al）钢板及制备工艺，碳含量1.3%～1.6%，铬含量1.3%～1.5%，硅、锰含量各0.4%～0.6%，硫、磷含量均小于0.02%，铝含量1.6%～2.0%，其余铁。优点：一是利用Thermo-Calc热力学计算软件系统，对超高碳钢合金体系进行热力学相图计算，为成分优化及确定制备工艺提供了可供参考的理论基础，避免了盲目的试验性试验，有利于降低制备成本；二是本发明的超高碳钢成分合理，具有良好的工艺性能和力学性能，所锻造毛坯组织致密无大块状碳化物，经大变形量热轧易制成无表面缺陷组织超细化钢板。
【专利说明】高性能超高碳钢钢板及制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种既具有节约资源环保型，又具有良好的工艺性能和力学性能的高性能超高碳钢(Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al)钢板及制备工艺。
【背景技术】
[0002]CN102925800A、名称“一种超高强钢板的生产方法”，钢的质量百分组成为C=0.23 ?0.26，Si=0.65 ?0.75，Mn=L 40 ?1.50，P 彡 0.015，S 彡 0.010，Al=0.03 ?0.06,Nb=0.02 ?0.03,V=0.055 ?0.065,Ti=0.035 ?0.050,Mo=0.25 ?0.35,B=0.0017?
0.0022 ;工艺步骤为:a.炼钢:铁水预处理后铁水硫含量S彡0.010%，温度> 1250°C，铁水入转炉前将渣扒干净；转炉终点控制C-T协调出钢，P^0.012%，S彡0.015% ;严格挡渣出钢，渣厚彡50mm，出钢时间4?7min，出钢1/5加入合金，出钢2/5加完合金；出钢后打入Al线脱氧不少于250m ;b.精炼:LF炉精炼对钢液进行造白渣和脱氧操作；精炼后期补加V-Fe、Nb-Fe、T1-Fe合金进行成分微调；出站前喂入适量的S1-Ca线，吹Ar5min后加入
0.018?0.020B-Fe ；VD抽取真空开始后的前5min内，将钢包底部Ar搅拌气体流量降低至零；抽取真空开始3min后，快速提高真空度至0.5tor以下保真空循环脱气15min以上；c.连铸:液相线1505°C，中包过热度控制5?15°C ;连铸拉速采用中板铸坯生产典拉速执行；生产连铸坯厚度300mm;连铸全程实行严格的保护浇铸；d.加热:加热温度1220?1240°C，出炉板坯心部温度大于1150°C;加热速度9?llmin/cm，总在炉时间大于5h ；e.车L制:粗轧采用高温、大压下、慢速轧制技术，压下规程编制按轧机的能力选用最大道次压下量，最大道次压下率15%以上，开轧温度1030?1060°C，终轧温度970?990°C ;精轧累计压下率大于60%，最后三道次压下率大于12%，开轧温度860?880°C，终轧温度840?8600C ；f.轧后冷却:轧后ACC强冷，开冷温度820?840°C，冷却至600?630°C空冷，冷却速度7?18°C /s ；g.热处理:淬火温度910?930°C,在炉时间按1.5?1.7min/mmX板厚min计算,淬火机速度25?45m/min,钢板淬火后温度210?260°C,钢板淬火后快速送入回火炉进行碳分配；碳分配温度140?180°C,在炉时间按1.0min/mmX板厚min计算；出炉后空冷。其不足之处:由于碳含量较低，钢板的硬度不高，使其应用受到一定的限制。
[0003]目前，超高碳钢中主要添加的合金元素有:娃、招、铬、钥、钛等。其添加原则是:①抑制网状碳化物的形成；②提高共析转变温度，改善超塑性的应用温度范围；③抑制石墨化倾向，稳定碳化物；④保持低合金超高碳钢原料价格低廉的特点。已发表的不同成分的超高碳钢众多，其含碳量为1.3%?1.9% ;含硅量< 3.0%，含硅量高(> 3.0%)时，其边角、表面在加工过程中易产生裂纹，另外钢的室温塑性低，当轧制减小比达20%时，易出现裂纹；含铝量在1.6%?6.0%之间；铬、钥、钨、钛均是碳化物形成元素，铬、钥作为稳定碳化物元素要好于钨、钛，因为后者形成的碳化物粒子非常硬，不可变形，容易在粒子和基体间的界面处引起裂纹，铬又好于钥，铬的碳化物易变形且价格低，铬能够细化晶粒和碳化物，对提高室温强度有利，退火后塑性也会大大提高，含铝1.6%时，含铬量应大于0.5%、小于2%，否则材料加工、成形性变差。
【发明内容】
[0004]设计目的:避免【背景技术】中的不足之处，设计一种既具有节约资源环保型，又具有良好的工艺性能和力学性能的高性能超高碳钢(Fe-1.5C-1.5Cr-2.0A1)钢板及制备工艺。
[0005]设计方案:为了实现上述设计目的。1、本发明利用Thermo-Calc热力学计算软件系统，对选定超高碳钢合金体系进行热力学相图计算，为成分优化及确定制备工艺提供理论基础。2、本发明采用理论分析和实验相结合的方法，提出试验用超高碳钢钢坯合理的锻造工艺，锻成组织致密无大块状碳化物的锻坯。3、本发明通过研究铝元素对试验用超高碳钢先共析碳化物析出过程的影响；研究铝元素对珠光体组织及球化组织的影响；热力学计算铝元素针对试验用超高碳钢引起石墨化的临界值；分析含铝量对高温热变形性能的影响。综合考虑，提出试验用超高碳钢铝的合理添加量，即最终提出本发明用超高碳钢的合金成分。4、本发明系统研究热轧工艺参数对超高碳钢微观组织及力学性能的影响，最终提出高性能超高碳钢钢板的热轧工艺。
[0006]本发明选择碳含量1.3%?1.6%,铬含量1.3%?1.5%,娃、猛含量各0.4%?0.6%,硫、磷含量均小于0.02%，铝含量1.6%?2.0%，其余铁。
[0007](I)碳含量1.3%?1.6%的目的在于:碳是超高碳钢中的基本元素。碳以固溶形式存在可以起固溶强化的作用，碳以碳化物形式存在可以起第二相强化的作用，有利于提高钢的超塑性。碳含量过低将降低其超塑性，碳含量过高，共晶碳化物粗大加工工艺性变差，二次碳化物粗大并不以消除，导致强度、塑性、韧性均明显下降。根据理论计算和大量的试验结果，综合考虑，碳含量选择在1.3%?1.6%。
[0008](2)铬含量1.3%?1.5%的目的在于:添加铬主要为抑制铝的石墨化倾向并稳定碳化物，提高淬透性，但过量添加会导致材料加工、成形性变差。根据理论计算和大量的试验结果，综合考虑，铬含量选择在1.3%?1.5%。
[0009](3)硅、锰含量各0.4%?0.6%的目的在于:添加硅在于提高A1温度，抑制二次碳化物析出，提高钢的超塑性，改善钢的回火稳定性，但过量添加会诱发石墨化，加工过程中易产生裂纹，室温塑性低。硅是钢中的常存元素，综合考虑，硅含量选择在0.4%?0.6%，既能保证有利的影响，又方便冶炼实施。添加锰在于提高钢的淬透性，但过量添加会导致组织粗大。锰是钢中的常存元素，综合考虑，锰含量选择在0.4%?0.6%，既能保证有利的影响，又方便冶炼实施。
[0010](4)铝含量1.6%?2.0%的目的在于:添加铝在于提高A1温度，抑制二次碳化物析出，提高钢的超塑性，改善钢的回火稳定性，但过量添加会诱发石墨化，恶化高温热变形性能。根据理论计算和大量的试验结果，综合考虑，含铝量应取在1.6%?2.0%之间。
[0011]技术方案1:一种高性能超高碳钢钢板质量百分比:碳含量1.3%?1.6%，铬含量
1.3%?1.5%，硅、锰含量各0.4%?0.6%,硫、磷含量均小于0.02%,铝含量1.6%?2.0%,其余铁。
[0012]技术方案2:—种高性能超高碳钢钢板的制作工艺，(I)冶炼碳含量1.3%?1.6%，铬含量1.3%?1.5%，硅、锰含量各0.4%?0.6%，硫、磷含量均小于0.02%,铝含量1.6%?
2.0%，其余铁，真空冶炼成超高碳钢铸锭待锻造用；(2)始锻温度1100°C左右，终锻温度850°C左右，在1100?950°C完成大变形量锻造，950°C以下完成修整，锻后空冷，制成组织致密无大块状碳化物的超高碳钢锻坯；(3)对锻造毛坯进行热轧成高性能钢板。始轧温度1100°C，终轧温度650°C，1100?900°C其形变量大于40%，750?650°C其形变量大于50%，乳后空冷，制成闻性能超细晶超闻碳钢钢板。
[0013]本发明与【背景技术】相比，一是利用Thermo-Calc热力学计算软件系统，对超高碳钢合金体系进行热力学相图计算，为成分优化及确定制备工艺提供了可供参考的理论基础，避免了盲目的试验性试验，有利于降低制备成本；二是本发明的超高碳钢成分合理，具有良好的工艺性能和力学性能，所锻造毛坯组织致密无大块状碳化物，经大变形量热轧易制成无表面缺陷组织超细化钢板，热轧后空冷就具有屈服强度大于lOOOMPa、抗拉强度大于1300MPa及延伸率大于12%的高性能；三是本发明节约资源环保型高性能超高碳钢钢板其制备工艺具有高效率、低成本适于规模化生产。
【具体实施方式】
[0014]实施例1:本发明的超高碳钢合金成分为:碳含量1.3%?1.6% ;铬含量1.3%?
1.5% ;硅、锰含量0.4%?0.6% ;硫、磷含量均小于0.02% ;铝含量1.6%?2.0% ;其余铁。
[0015]实施例2:在实施例1的基础上，碳含量1.3%% ;铬含量1.3%% ;硅、锰含量0.4%% ；硫、磷含量均小于0.02% ;铝含量1.6% ;其余铁。
[0016]实施例3:在实施例1的基础上，碳含量1.6% ;铬含量1.5% ;硅、锰含量0.6% ;硫、磷含量均小于0.02% ;铝含量2.0% ;其余铁。
[0017]实施例4:在实施例1的基础上，碳含量1.45% ;铬含量1.4% ;硅、锰含量0.5% ;硫、磷含量均小于0.02% ;铝含量1.6%?2.0% ;其余铁。
[0018]实施例5:在实施例1的基础上，碳含量1.4%，铬含量1.35%，硅、锰含量各0.45%，硫、磷含量均小于0.02%，铝含量1.8%，其余铁。
[0019]实施例6:在实施例1的基础上，碳含量1.5%，铬含量1.45%，硅、锰含量各0.55%，硫、磷含量均小于0.02%，铝含量1.9%，其余铁。
[0020]实施例7:在上述实施例的基础上，一种高性能超高碳钢钢板的制作工艺，(I)冶炼碳含量1.3%?1.6%，铬含量1.3%?1.5%，硅、锰含量各0.4%?0.6%，硫、磷含量均小于0.02%,铝含量1.6%?2.0%，其余铁，真空冶炼成超高碳钢铸锭待锻造用；(2)始锻温度1100°C左右，终锻温度850°C左右，在1100?950°C完成大变形量锻造，950°C以下完成修整，锻后空冷，制成组织致密无大块状碳化物的超高碳钢锻坯；(3)对锻造毛坯进行热轧成高性能钢板。始轧温度1100°C，终轧温度650°C，1100?900°C其形变量大于40%，750?650°C其形变量大于50%，轧后空冷，制成高性能超细晶超高碳钢钢板。
[0021]需要理解到的是:上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种高性能超高碳钢钢板，其特征是质量百分比:碳含量1.3%?1.6%，铬含量.1.3%?1.5%，硅、锰含量各0.4%?0.6%,硫、磷含量均小于0.02%,铝含量1.6%?2.0%,其余铁。
2.根据权利要求1所述的高性能超高碳钢钢板，其特征是:碳含量1.4%?1.5%，铬含量1.35%?1.45%,硅、锰含量各0.45%?0.55%,硫、磷含量均小于0.02%,铝含量1.8%?.1.9%，其余铁。
3.一种高性能超高碳钢钢板的制作工艺，其特征是:(1)冶炼碳含量1.3%?1.6%，铬含量1.3%?1.5%，硅、锰含量各0.4%?0.6%，硫、磷含量均小于0.02%,铝含量1.6%?.2.0%，其余铁，真空冶炼成超高碳钢铸锭待锻造用；(2)始锻温度1100°C左右，终锻温度.850°C左右，在1100?950°C完成大变形量锻造，950°C以下完成修整，锻后空冷，制成组织致密无大块状碳化物的超高碳钢锻坯；(3)对锻造毛坯进行热轧成高性能钢板，始轧温度.1100°C，终轧温度650°C，1100?900°C其形变量大于40%，750?650°C其形变量大于50%，乳后空冷，制成闻性能超细晶超闻碳钢钢板。
【文档编号】C21D8/02GK104250706SQ201410125164
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】石淑琴, 李全福, 陈云祥 申请人:浙江机电职业技术学院