[發明專利]2200MPa級超高強度熱軋線材及其制造方法

有效

• 申請號: 200810037915.4
• 申請日: 2008-05-23
• 公開（公告）號: CN101586208A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: 劉俊亮;王軍藝
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/12
• 分類號: C22C38/12;B21B45/02;B21B37/74
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所
• 代理人: 劉立平

技術領域

本發明涉及高強度鋼及其制造方法，具體地說，本發明涉及2200MPa級超高強度熱軋線材及其制造方法。

背景技術

近年來，在橋梁、汽車和機械制造等工業飛速增長的同時，為實現節約資源和保護環境的可持續發展，對高強度線材和條鋼的需求日益增加。而超高強度鋼是在合金結構鋼的基礎上發展起來的一種高強度、高韌性合金鋼，熱加工工藝簡單，成本相對低廉，目前已被航空、航天部門廣泛采用，是制造國防尖端武器的關鍵材料。相對于普通強度鋼，超高強度鋼對氫更為敏感，使用中可能會發生氫致斷裂。研究表明，不同的顯微組織對氫脆的敏感性不同，大致按如下次序增加：鐵素體、珠光體、貝氏體、低碳馬氏體、馬氏體和貝氏體的混合物組織。

當前提高線材和條鋼強度的主要技術是合金化和提高碳含量。

合金化技術是目前提高鋼材強度所普遍采用的方法。該方法通過添加Ni、Cr、Mo、Si和Mn等合金元素以及Nb、V、Ti等微合金元素，利用合金化強化來提高鋼的強度和韌性，代表鋼種主要有彈簧鋼、螺栓鋼等，例如60Si2CrVA、50CrV4、55SiCr6以及54SiCrV6等。這類鋼的強度一般可達到1500MPa，通過調質處理可達到1800MPa，并且具有較好的韌性。然而，合金化強化技術的缺點是：添加大量合金化元素會提高材料成本，同時使冶金工藝變得復雜。

提高碳含量也可以提高鋼簾線的強度，代表鋼種主要有82MnQL、87MnQL以及82鋼簾線等。這類鋼中的碳含量都≥0.80％，其強度可達到1200MPa左右，最高可達到1700MPa。但是，隨著強度提高，鋼的韌性降低，鋼絲的氫脆敏感性增加，扭轉性能下降，冷拔后組織為片層珠光體。因此這類鋼在使用過程中往往表現出韌性不足，這會縮短鋼的使用壽命，制約此類鋼的推廣應用。

要提高高強度鋼的韌性，有冶煉和控軋控冷兩種方法。

從冶煉入手，提高鋼的潔凈度和組織均勻度，降低碳含量，對難以除去的夾雜物進行改性或無害化處理是實現高強度鋼高韌化的前提和基礎。

通過控制軋制、控制冷卻(即TMCP)技術，使材料顯微組織超細化，從而實現高韌化、高強度的目的。顯微組織超細化是目前唯一既提高強度又提高韌性的鋼材強化方式。對于珠光體和鐵素體鋼進行組織細化，可以獲得較高的韌性，但是其強度提高不大；馬氏體鋼具有較高的強度，但馬氏體板條的組織細化比較困難，工藝也比較復雜。因此，細化馬氏體組織是提高馬氏體鋼韌性的一個難點。

經檢索，發現日本專利文獻(JP2003105485)，其公開的彈簧鋼的化學成分為C：0.4～0.9％，Si：0.5～3％，Mn：0.1～2％，P：≤0.02％，S：≤0.02％，其余為鐵和不可避免的雜質；拉伸強度為1800～2400MPa。但該彈簧鋼的顯微組織為片層狀馬氏體和鐵素體混合組織，并且其碳含量較高，屬于中高碳彈簧鋼，該鋼軋后采用20～200℃/s淬火快速冷卻，隨后進行200℃以下低溫回火處理。該發明添加合金元素較多，成本較高；該鋼需快速冷卻和低溫回火處理，塑性較差；另外，淬、回火處理使生產工藝復雜。

為解決上述問題，本發明的發明人結合合金化強化和顯微組織超細化機理，在中低碳鋼中添加Mn、Si和低含量Mo等元素，通過對軋制工藝的控制并簡化，獲到了一種以納米尺度針狀馬氏體組織為特征的2200MPa級超高強度熱軋線材。

本發明的一個目的在于提供一種2200MPa級超高強度熱軋線材。

本發明的另一個目的在于提供所述熱軋線材的制造方法。

發明內容

本發明的第一個方面提供一種2200MPa級超高強度熱軋線材，以重量百分比計其化學成分包含：C：0.40～0.60％、Si：2.5～4.0％、Mn：3.0～5.0％、Mo：0.40～0.60％，余量為Fe和不可避免的雜質。

在一個優選實施方式中：在所述不可避免的雜質中，S≤0.010％，P≤0.015％，O、N、H總量＜50mg/kg。

在另一個優選實施方式中：所述線材的顯微組織為納米尺度針狀馬氏體，馬氏體板條寬度尺寸為5～15nm。

本發明鋼的合金元素含量少，既節省資源，又降低了生產成本。同時冶金工藝簡單，通過控軋控冷即可實現，不需要額外的調質熱加工處理。

下面，對本發明的熱軋線材的化學成分作用作詳細敘述。

C：由于鋼的強韌性主要取決于它的含碳量及其組織結構，為了保證鋼具有相當高的強度和良好的韌性，對鋼中的含碳量有一定的限制，因此含碳量一般控制在0.40～0.60％之間。