CN101158005A - 一种改善低合金高强钢组织和性能的方法 - Google Patents
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Abstract
一种改善低合金高强钢组织和性能的方法，属于钢铁材料领域。本发明利用真空感应电炉重新熔炼原工业化低合金高强钢，增加其中硫和钒的含量，经奥氏体化后在较低温度保温一段时间使MnS和V(C，N)析出，并及时在奥氏体区施加一定量的压缩变形，再冷却到铁素体相变温度保温一段时间，最后空冷至室温，改善了低合金高强钢组织，提高了力学性能。本发明中析出物的数量易控制，奥氏体变形工艺简单易行，成本低廉，可以直接应用于对低合金高强钢组织和性能的改善，特别是增加晶内铁素体数量并且细化整个钢的组织，强度和冲击韧性同时得到了提高，在很大程度上扩大低合金高强钢的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于钢铁材料领域，涉及一种改善低合金高强钢组织和提高其力学性能方法，主要应用于低合金高强钢的强度和韧性提高。
背景技术
广泛应用的低合金高强结构钢板的研制一直受到世界各国的高度重视。在不明显改变化学成分条件下，组织细化是同时提高钢材强度和韧性的唯一途径。目前国内外已经通过各种工艺手段成功地获得了微米级晶粒的超细晶粒钢，其中控扎控冷工艺作为细化晶粒最常用的有效方法。然而随着进一步细化晶粒，由于变形抗力增加而使工件寿命缩短，此方法在实际生产中难以深入发挥更大作用。而在实际应用中，超细晶粒钢在焊接过程存在晶粒长大问题，解决这一难题除了改善焊接条件之外，从材料本身出发，利用钢中的析出物促进铁素体在晶内形成，达到有效分割晶粒、细化组织的目的，是更为行之有效的途径。早在80年代就有研究发现在焊接钢中分布了一定量夹杂物如MnS和V(C，N)可以促进在晶粒内部形核的铁素体组织的形成，由此细化后的组织在很大程度上改善了焊接钢热影响区的韧性。
发明内容
本发明的目的是提出一种改善低合金高强钢组织和提高其力学性能方法，即通过调整低碳低合金高强钢中的硫和钒的含量以获得一定数量的MnS和V(C，N)，并对试验钢在奥氏体区施加不同程度的变形，以实现低合金高强钢组织和力学性能的改善，从而扩大其应用范围。
本发明的技术方案如下：
一种改善低合金高强钢组织和性能的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：
1)将低合金高强钢热轧钢板放入真空感应炉中，加入硫和钒铁，进行重新冶炼，使其中硫和钒的质量分数调整为0.03％～0.05％和0.08～0.2％；
2)对经过硫和钒含量调整的低合金高强钢铸锭进行热轧，得到的试样以8～12℃/s的速度加热至1200～1300℃，并保温3～10min，然后开炉冷却至890～910℃并保温5s～10min；
3)对在890～910℃保温5s～10min后的试样在热力模拟试验机上进行平面应变压缩变形，变形速率为8～12s-1，，施加变形量为10％～30％；
4)将压缩变形后的试样空冷至640～660℃，并保温1～10min，再空冷至室温。
本发明具有以下优点及突出性效果：本发明通过调整低碳低合金高强钢中的S和V的含量获得了一定数量的MnS和V(C，N)作为铁素体形核的核心，并对试验钢在奥氏体区施加了不同程度的变形，增大了铁素体相变的驱动力，促进了低合金高强钢中铁素体相变，实现了低合金高强钢组织和力学性能的改善。本发明中析出的MnS和V(C，N)数量易控制，奥氏体变形的施加工艺简单易行，成本低廉。本发明可以直接应用于对低合金高强钢组织和性能的改善，特别是增加晶内铁素体数量并且细化整个钢的组织，在增加强度的同时提高了冲击韧性，大大地扩大了其应用范围。
附图说明
图1(a为在显微镜下的原金相组织照片。
图1(b)为在显微镜下实施例1的金相组织照片。
具体实施方式
本发明通过增加低合金高强钢中硫和钒的含量，经奥氏体化后在较低温度保温一段时间促使MnS和V(C，N)析出，并及时在奥氏体区施加一定量的变形，再冷却到铁素体相变温度保温一段时间，最后空冷至室温，改善了低合金高强钢组织和提高力学性能。其具体工艺步骤如下：
1)将低合金高强钢热轧钢板放入真空感应炉中，加入硫和钒铁，进行重新冶炼，使其中硫和钒的质量分数调整为0.03％～0.05％和0.08～0.2％；
2)对经过硫和钒含量调整的低合金高强钢铸锭进行热轧，得到的试样以8～12℃/s的速度加热至1200～1300℃，并保温3～10min，然后开炉冷却至890～910℃并保温5s～10min；
3)对在890～910℃保温5s～10min后的试样在热力模拟试验机上进行平面应变压缩变形，变形速率为8～12s-1，，施加变形量为10％～30％；
4)将压缩变形后的试样空冷至640～660℃，并保温1～10min，再空冷至室温。
下面通过几个具体的实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
将含碳量为0.08％、含硫量为0.0008％、含钒量为0.005％的低合金高强钢钢板放入真空感应炉中，添加一定量的硫和钒铁，重新熔炼得到的硫和钒的含量分别为0.04％和0.10％，经热轧后以10℃/s的速度加热至1250℃并保温3min后空冷至900℃，等温10min后在Gleeble-1500热力模拟试验机上以10s-1的变形速率施加30％压缩变形，再空冷至650℃等温5min，最后空冷至室温。利用金相显微镜检查变形空冷后试样中的晶内和晶界铁素体体积分数从原来的1.3％和13.5％增加到18.7％和26.2％(如附图(a)(b)所示)，硬度从21.7HRC增加到32.8HRC，冲击吸收功从31J增加到57J。
实施例2：
将含碳量为0.09％、含硫量为0.0009％、含钒量为0.01％的低合金高强钢钢板放入真空感应炉中，添加一定量的硫和钒铁，重新熔炼得到的硫和钒的含量分别为0.045％和0.12％，经热轧后以8℃/s的速度加热至1200℃并保温5min后空冷至900℃，等温1min后在Gleeble-1500热力模拟试验机上以8s-1的变形速率施加20％压缩变形，再空冷至650℃等温1min，最后空冷至室温。利用金相显微镜检查变形空冷后试样中的晶内和晶界铁素体体积分数从原来的1.5％和9.4％增加到12％和21.8％，硬度从22.5HRC增加到30.4HRC，冲击吸收功从30.5J增加到52J。
实施例3：
将含碳量为0.09％、含硫量为0.0007％、含钒量为0.003％的低合金高强钢钢板放入真空感应炉中，添加一定量的硫和钒铁，重新熔炼得到的硫和钒的含量分别为0.03％和0.1％，经热轧后以8℃/s的速度加热至1300℃并保温3min后空冷至910℃，等温3min后在Gleeble-1500热力模拟试验机上以12s-1的变形速率施加30％压缩变形，再空冷至640℃等温10min，最后空冷至室温。利用金相显微镜检查变形空冷后试样中的晶内和晶界铁素体体积分数从原来的0.8％和14％增加到15.2％和28％，硬度从23.6HRC增加到31.2HRC，冲击吸收功从28J增加到58.7J。
实施例4：
将含碳量为0.10％、含硫量为0.001％、含钒量为0.015％的低合金高强钢钢板放入真空感应炉中，添加一定量的硫和钒铁，重新熔炼得到的硫和钒的含量分别为0.05％和0.2％，经热轧后以12℃/s的速度加热至1250℃并保温5min后空冷至890℃，等温1min后在Gleeble-1500热力模拟试验机上以10s-1的变形速率施加20％压缩变形，再空冷至660℃等温5min，最后空冷至室温。利用金相显微镜检查变形空冷后试样中的晶内和晶界铁素体体积分数从原来的2％和10％增加到10.5％和20.6％，硬度从23.2HRC增加到30.8HRC，冲击吸收功从29.6J增加到55J。
实施例5：
将含碳量为0.08％、含硫量为0.001％、含钒量为0.02％的低合金高强钢钢板放入真空感应炉中，添加一定量的硫和钒铁，重新熔炼得到的硫和钒的含量分别为0.03％和0.18％，经热轧后以10℃/s的速度加热至1250℃并保温10min后空冷至900℃，等温3min后在Gleeble-1500热力模拟试验机上以10s-1的变形速率施加30％压缩变形，再空冷至640℃等温5min，最后空冷至室温。利用金相显微镜检查变形空冷后试样中的晶内和晶界铁素体体积分数从原来的2.4％和15％增加到17.8％和28.5％，硬度从20.7HRC增加到35.8HRC，冲击吸收功从35J增加到52.6J。
实施例6：
将含碳量为0.09％、含硫量为0.0009％、含钒量为0.015％的低合金高强钢钢板放入真空感应炉中，添加一定量的硫和钒铁，重新熔炼得到的硫和钒的含量分别为0.045％和0.12％，经热轧后以8℃/s的速度加热至1200℃并保温5min后空冷至900℃，等温1min后在Gleeble-1500热力模拟试验机上以8s-1的变形速率施加20％压缩变形，再空冷至650℃等温10min，最后空冷至室温。利用金相显微镜检查变形空冷后试样中的晶内和晶界铁素体体积分数从原来的1.8％和11.6％增加到9.5％和27.4％，硬度从22.4HRC增加到29.8HRC，冲击吸收功从33.5J增加到50J。
实施例7：
将含碳量为0.09％、含硫量为0.0008％、含钒量为0.008％的低合金高强钢钢板放入真空感应炉中，添加一定量的硫和钒铁，重新熔炼得到的硫和钒的含量分别为0.04％和0.16％，经热轧后以8℃/s的速度加热至1200℃并保温5min后空冷至900℃，等温1min后在Gleeble-1500热力模拟试验机上以10s-1的变形速率施加10％压缩变形，再空冷至640℃等温1min，最后空冷至室温。利用金相显微镜检查变形空冷后试样中的晶内和晶界铁素体体积分数从原来的0.5％和9.8％增加到8.7％和18.2％，硬度从21.5HRC增加到28.6HRC，冲击吸收功从31.8J增加到48J。
实施例8：
将含碳量为0.10％、含硫量为0.0009％、含钒量为0.02％的低合金高强钢钢板放入真空感应炉中，添加一定量的硫和钒铁，重新熔炼得到的硫和钒的含量分别为0.035％和0.15％，经热轧后以10℃/s的速度加热至1200℃并保温5min后空冷至900℃，等温1min后在Gleeble-1500热力模拟试验机上以8d-1的变形速率施加10％压缩变形，再空冷至660℃等温5min，最后空冷至室温。利用金相显微镜检查变形空冷后试样中的晶内和晶界铁素体体积分数从原来的3.5％和10.2％增加到15.6％和26.4％，硬度从24.7HRC增加到29.8HRC，冲击吸收功从33.6J增加到50.4J。
Claims (1)
1.一种改善低合金高强钢组织和性能的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：
1)将低合金高强钢热轧钢板放入真空感应炉中，加入硫和钒铁，进行重新冶炼，使其中硫和钒的质量分数调整为0.03％～0.05％和0.08～0.2％；
2)对经过硫和钒含量调整的低合金高强钢铸锭进行热轧，得到的试样以8～12℃/s的速度加热至1200～1300℃，并保温3～10min，然后开炉冷却至890～910℃并保温5s～10min；
3)对在890～910℃保温5s～10min后的试样在热力模拟试验机上进行平面应变压缩变形，变形速率为8～12s-1，，施加变形量为10％～30％；
4)将压缩变形后的试样空冷至640～660℃，并保温1～10min，再空冷至室温。
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