[發明專利]高強度、高韌性鋼線材及其制造方法

有效

• 申請號: 201080018076.7
• 申請日: 2010-04-23
• 公開（公告）號: CN102439186A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 金東炫;李侑煥;李相潤;曹炯根
• 申請（專利權）人: POSCO公司
• 主分類號: C22C38/00
• 分類號: C22C38/00;C21D8/06;B21B1/16
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 王媛;鐘守期

技術領域

本發明涉及一種高強度、高韌性鋼線材及其制造方法，更具體地，涉及一種作為用于例如冷鍛應用的鋼線材的高強度、高韌性鋼線材，其與常規非回火的鋼線材相比可通過簡單的方法制備，并且與通過常規熱處理方法制造的回火鋼線材相比使用更少的合金元素并且具有高的尺寸精度。?

背景技術

要求高強度和高韌性的線材中所使用的鋼，特別是冷鍛用鋼線材，例如冷強度為700MPa或更高的S45C線材，需要具有加工所必需的延展性和韌性，以及根據最終部件的強度而需要具有高強度。也就是說，由于鋼線材需要加工成最終產品的形狀，所以需要具有足夠的延展性和韌性以使之在加工過程中不會破損。在加工成部件后，線材需要具有足夠的強度，從而有利于使采用該部件的設備(例如汽車)輕量化。?

然而，通常而言，材料的強度和韌性是難以彼此兼容的特征，通常發現，當韌性下降時強度會增加。因此，作為一個常規方法的例子，當制造冷鍛用線材時，首先進行球化退火以保證線材的韌性和延展性，然后進行獲取所需部件形狀的加工。在此之后，進行淬火與退火處理以使該部件獲得強度。用這種方法制造的鋼(線材)稱為“回火鋼”，作為一種制造回火鋼的方法，已提出一種對鋼線材進行軋制和淬火的過程，然后在溫度保持500℃-600℃的情況下加工由該過程轉化成的馬氏體，從而獲得一種伸長的鋼線材。?

然而，這種方法的局限在于制造成本可能增加，因為必須加入大量的合金元素以提高可淬性，而且需要進行額外的步驟(例如淬火和回火)以使鋼經由淬火和回火處理而具有足夠的強度。另外，由于淬火過程引起了部件中的熱應力，部件的尺寸精度變差。此外，制造設備的投資費用增加，而且當通過所述方法制造鋼線材時，難以克服關于冷卻速率和軋制負荷增加的局限。?

為了解決回火鋼產生的局限，已提供了一種不進行回火熱處理的非回火鋼。術語“非回火鋼”是指無需進行球化退回或淬火和回火熱處理中的一種或多種就可達到所需強度水平的鋼。然而，由于通常在滿足最終產品所需強度的狀態下進行加工，所以在鋼線材加工過程中會產生高變形阻力。因此，在許多情況下，非回火鋼用于加工性較小的部件，例如螺柱或U形螺栓。?

一種提供非回火鋼的方法可為通過控制合金元素的組成及其冷卻方式而在鋼中產生具有高強度和韌性的微結構。在這種方法中，從鋼的內部微結構中選擇一種具有高強度和韌性的微結構，并且采用適合所述微結構的合金組分和冷卻方式。例如采用一種其中對韌性不利的C含量減少且混合了元素例如Cr和Mo的合金組分作為合適的合金組分。將通過所述合金組分制得的鋼軋制，然后通過實施控制冷卻而將微結構轉化為鐵素體+珠光體。如該方法成功，則可保證微結構的強度和韌性高達一定水平。然而，當使用該方法時，降低制造成本的效果會由于熱處理的省去而抵消，因為加入了大量的合金元素，而且，由于鐵素體分率較低且微結構粗糙，所以不可能獲得足夠的強度。還有一個局限在于，由于產生了粗糙的珠光體，微結構的韌性不足以用于劇烈加工。?

另外，盡管迄今對非回火鋼在通過省卻熱處理而降低成本方面已進行了許多研究，但通過該方法制造的非回火鋼在進行鍛造以實現復雜的部件成型，從而除了實現近來的機車輕量化和加固化之外還減少部件數量方面是不理想的。因此，為了解決這些局限，需要一種即使在進行引入更大形變的加工時也不會破損，并可足以確保最終產品強度的材料。?

作為一種滿足該需求的方法，最近提出了一種可包括使材料晶粒細化的方法。也就是說，可同時滿足在某種程度上為相互矛盾的需求的強度和韌性，因為當材料的晶粒被細化時，其強度和韌性與一般水平相比可以得到改善。?

這種方法的一個例子可為一種降低C含量并加入痕量Ti來細化奧氏體晶粒的方法。也就是說，在該方法中，減少了增加材料變形阻力的C含量，并且由C含量降低引起的強度下降因晶粒的細化而得到了補償。這種方法采用一種通過促進所謂的“釘扎效應(pinning?effect)”而細化晶粒的方法，其中通過加入Ti而使用基于Ti的沉淀物(例如氮化物或?碳氮化物)來釘扎奧氏體晶粒。其原因在于，材料的強度和韌性可在其晶粒細化時得到改善，因而即使對其施加的相同的變形阻力和應變，也可容易地對材料進行加工，而不會造成破損。?

行為與Ti類似的元素可以為Nb、V等。這些元素也形成沉淀物，例如碳化物或碳氮化物，并且可在材料晶粒的細化中發揮作用。?