[發(fā)明專利]一種低溫用途的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度高韌性鋼及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310069652.6
• 申請(qǐng)日: 2013-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN103103452A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余偉;武會(huì)賓;蔡慶伍;陳雨來;劉濤;何春雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C38/50
• 分類號(hào): C22C38/50;C22C38/58;C21D8/02
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種低溫用途的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度高韌性鋼及其制備工藝。

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背景技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)，工業(yè)水平快速發(fā)展，建筑、橋梁、船舶、海洋平臺(tái)等領(lǐng)域?qū)︿撹F材料的需求越來越大，而且對(duì)材料的性能也提出了更高要求，除要求有高的強(qiáng)度，還需要有高的低溫韌性。為了降低成本，節(jié)約能源，同時(shí)提高生產(chǎn)效率，廣泛采用控軋控冷工藝制備鋼鐵材料，可以有效利用軋后余熱，將形變強(qiáng)化和熱處理技術(shù)結(jié)合，獲得高強(qiáng)度，高韌性、高可焊性、良好的成型性能等性能良好配合。然而僅通過控軋控冷工藝難以滿足較厚鋼板對(duì)高強(qiáng)度和高的低溫韌性的需要，而且采用控軋控冷工藝得到的產(chǎn)品組織在厚度方向通常不均勻，影響材料的使用，因此后續(xù)熱處理工藝仍然必不可少。

傳統(tǒng)的高強(qiáng)度鋼的熱處理工藝通常采用調(diào)制處理，即完全淬火加高溫回火，已經(jīng)在低、中碳鋼或低、中碳低合金鋼等結(jié)構(gòu)鋼中應(yīng)用廣泛。淬火后組織為馬氏體，高溫回火后為回火索氏體。這種顯微組織能夠提供強(qiáng)度和韌性的良好結(jié)合，但仍存在強(qiáng)度高，而低溫韌性偏低的問題，影響了材料的應(yīng)用。為了解決上述問題，本發(fā)明采用控軋控冷工藝獲得非平衡態(tài)貝氏體組織，結(jié)合后續(xù)熱處理，獲得高強(qiáng)度和低溫韌性的良好配合。

采用的熱處理工藝可以獲得軟相和硬相的混合組織，利用軟相的韌化作用和熱處理過程中的組織細(xì)化作用可以獲得比單相組織更好的綜合力學(xué)性能。熱處理后鋼的強(qiáng)韌化效應(yīng)取決于兩相的相對(duì)含量和形態(tài)，其中強(qiáng)度主要取決于硬相馬氏體或貝氏體的相對(duì)量、形態(tài)，而韌性和塑性主要取決于軟相鐵素體或殘余奧氏體的形態(tài)和分布。具有馬氏體、貝氏體等非平衡原始組織的鋼經(jīng)過熱處理后能抑制鋼的回火脆性，明顯提高鋼板的低溫沖擊韌性，穩(wěn)定性大幅增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種低溫用途的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度高韌性鋼的成分設(shè)計(jì)及制備方法，在滿足高強(qiáng)度的同時(shí)，大幅提高其低溫沖擊韌性，降低鋼的屈強(qiáng)比。鋼的抗拉強(qiáng)度在670~830MPa，屈強(qiáng)比低于0.90，-80℃低溫沖擊韌性大于140J。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

低溫用途的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度高韌性鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：C?0.05~0.10，Si?0.15~0.35，Mn?1.0~1.8，P<0.014，S<0.001，Nb?0.03~0.05，Ti?0.012~0.02，Ni?0.5~1.0，Cr?0.1~0.4，Cu?0.5~1.0，Mo?0.1~0.5，Alt?0.001~0.03，其中，Ni?+?Cr?+?Mo+?Cu≤2.2，余量為Fe和微量雜質(zhì)。

本發(fā)明所涉及的一種低溫用途的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度高韌性鋼的制備工藝，包括冶煉、連鑄、加熱、控制軋制、控制冷卻、熱處理工藝，其特征在于：

1.?所述鑄坯的加熱溫度為1180～1220℃，根據(jù)坯料厚度，其加熱時(shí)間為2.5～4.5小時(shí)。

2.?所述控制軋制工藝采用兩階段軋制，包括再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，終軋溫度控制在800～850℃

3.?所述控制冷卻采用加速冷卻，將鋼板冷卻到500～550℃，再空冷至室溫，獲得貝氏體或針狀鐵素體組織的熱軋鋼板。

4.?所述熱處理工藝包括：加熱溫度為790～850℃，奧氏體化比例控制在70～90%之間，保溫時(shí)間為（1.4-1.7）×鋼板厚度＋5～20min，保溫后快速冷卻到室溫；回火加熱溫度為550~600℃，保溫時(shí)間為2.2～2.4×鋼板厚度＋10～30min，出爐后空冷到室溫。鋼板厚度以毫米計(jì)。

本發(fā)明的應(yīng)用效果：

1．本發(fā)明技術(shù)可獲得細(xì)小的混合組織。原始組織為非平衡態(tài)貝氏體組織。貝氏體晶界和晶內(nèi)具有高位錯(cuò)密度區(qū)和M/A島，這些位置都為奧氏體形核提供了便利條件，奧氏體的形核位置多，晶粒被細(xì)化；由于組織中存在軟相未溶鐵素體，并且這些細(xì)小、均勻分布的鐵素體分割?yuàn)W氏體，可以阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，在淬火回火后能得到晶粒更細(xì)小的組織。

2．本發(fā)明技術(shù)的熱處理工藝獲得鐵素體和貝氏體的混合組織。在兩相區(qū)保溫過程中奧氏體化不完全，未進(jìn)行奧氏體化部分僅進(jìn)行了元素的擴(kuò)散，形成了鐵素體；而奧氏體化部分最終形成貝氏體。這種韌性鐵素體與硬相貝氏體交織分布的組織形態(tài)能夠有效提高鋼板的低溫韌性。

3．本發(fā)明經(jīng)過反復(fù)研究，發(fā)現(xiàn)790～850淬火+550～600℃回火，能大幅提高鋼板的低溫沖擊韌性。

附圖說明

圖1為820℃淬火+600℃回火處理鋼板的透射組織照片；