CN101671771A - 高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢制备方法 - Google Patents

高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢制备方法。所述方法是将商用14MnNb低碳钢铸锭在奥氏体单相区热轧后直接喷水淬火，再重新加热至奥氏体+铁素体两相区进行喷水淬火，然后再加热至Ac1以下温度进行轧制，空冷到室温，获得高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢板材。所述板材的屈服强度为640～695MPa，拉伸强度为765～851MPa，总延伸率为12.4％～16.5％，均匀延伸率为6.2％～9.5％，屈强比为0.77～0.91；组织由平均直径0.5～0.8μm的铁素体晶粒和平均直径55～90nm的纳米碳化物颗粒组成。本发明所述方法有利于改善拉伸强度和塑性综合性能，无需变形后退火处理，使生产工艺简化，生产周期缩短，生产成本降低，容易在现有轧制生产线上应用。

Description

高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢制备方法
技术领域
本发明涉及一种超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢的制造方法，特别是涉及一种高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢的制备方法。
背景技术
超细晶钢具有极高的抗拉强度，近年来受到了广泛关注。已有报道，利用完全马氏体组织冷轧后再结晶退火可以成功地制备超细晶低碳钢(Scr.Mater.，2002，Vol.47，p.893；Mater.Sci.Eng.A，2006，Vol.432，p.216)。但随着晶粒尺寸减小到亚微米尺度，塑性特别是均匀塑性急剧降低，屈强比显著增大(Mater.Sci.Eng.A，2000，Vol.293，p.165；Scr.Mater.，2002，Vol.47，p.893；Acta Mater.，2005，Vol.52，p.4881；Scr.Mater.，2005，Vol.52，p.1039；Mater.Sci.Eng.A，2006，Vol.432，p.216)。这严重限制了它们的实际应用。Zhao等用控制温轧及后退火处理获得了亚微米晶低碳钢，晶粒尺寸为0.7～0.8微米时的屈服强度接近900MPa，均匀延伸率不到6％(Scr.Mater.，2007，Vol.57，p.857)。荆天辅等人用马氏体或贝氏体组织温轧及随后退火方法，制备出了纳米粒状碳化物和亚微米晶粒铁素体的高碳、中碳和低碳钢，但未公开拉伸力学性能结果(专利ZL 200510012940.3)。Okistu等用奥氏体区热轧空冷至两相区水淬后91％压下量重度冷轧及退火，获得了亚微米晶低碳钢，晶粒尺寸约为0.85微米，屈服强度达到658MPa，均匀延伸率仅有4.1％，且屈强比高达0.98(Scr.Mater.，2009，Vol.60，p.76)。此外，Azizi-Alizamini等(Scr.Mater.，2007，Vol.57，p.1065)报道了用“完全奥氏体化淬火+亚临界淬火+50％冷轧+再结晶退火”的方法在低碳钢中获得了双峰晶粒尺寸分布铁素体组织，获得的均匀延伸率12％，但屈服强度仅500MPa，抗拉强度550MPa，屈强比高达0.91。本专利申请的发明人利用低碳钢完全奥氏体化后空冷到“奥氏体+铁素体”两相区淬火得到的“马氏体+铁素体”双相组织冷轧变形和再结晶退火处理的方法，获得了以亚微米和少量几微米的铁素体晶粒为基体，且其上分布着纳米碳化物颗粒的组织，但拉伸强度只有615MPa，且屈强比高达0.9(申请号：200810009135.9)。此外，本专利申请的发明人用奥氏体温区控制轧制板坯空冷到“奥氏体+铁素体”两相区淬火，得到“马氏体+铁素体”双相组织，再进行冷轧和退火处理的方法，得到了高强度高塑性的等轴亚微米晶铁素体和纳米碳化物组织，其屈服强度和拉伸强度分别为600～660MPa和720～780MPa(申请号：200910074082.3)。上述方法涉及马氏体与马氏体+铁素体的冷轧变形与再结晶退火，以及单相马氏体在回火温度范围内的温轧变形与退火。马氏体或马氏体+铁素体组织的冷轧变形抗力大，生产上对轧机有较高要求，一般现有轧机难于达到其轧制力要求；另外，轧制变形后需退火，增加了生产工艺环节，工艺复杂，且增加了生产成本。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢板材及制备方法，所述方法是将商用14MnNb低碳钢铸锭在奥氏体单相区热轧后直接喷水淬火，再重新加热至奥氏体+铁素体两相区进行喷水淬火，然后再加热至Ac1以下温度进行轧制，空冷到室温，获得高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢板材。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢的制备工艺步骤如下：(1)熔炼商用14MnNb低碳钢，浇铸成铸锭；(2)将铸锭加热到1180～1220℃保温8～10h后进行热轧，终轧温度为980～1020℃，得到3～5mm厚的板坯，迅速喷水冷却到室温；(3)板坯加热至760～780℃，保温20min，喷水冷却到室温；(4)板坯重新加热到640～700℃，保温5～10min，然后进行总压下量为50～60％的单道次轧制，最后获得1.2～2.5mm厚高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢。
所述高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢的力学性能为：屈服强度为640～695MPa，拉伸强度为765～851MPa，总延伸率为12.4％～16.5％，均匀延伸率为6.2％～9.5％，屈强比为0.77～0.91；组织由平均直径0.5～0.8μm的铁素体晶粒和平均直径55～90nm的纳米碳化物颗粒组成。
本发明与上述已知技术相比具有如下有益效果：采用马氏体+铁素体双相组织温轧，使轧制抗力大大降低；双相组织中马氏体是呈岛状分布的硬相，铁素体是软相，这种软硬相混合组织轧制变形时会使软相产生大量的剪切带及显著的晶体取向变化，从而导致最终动态再结晶晶粒晶体取向在空间随机分布，增加大角度晶界形成几率，有利于改善拉伸强度和塑性综合性能；无需变形后退火处理，使生产工艺简化，生产周期缩短，降低生产成本。因此，本发明容易在现有轧制生产线上应用，具有较高的生产效率和较低的成本。
附图说明
图1是实施例1高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢的拉伸应力-应变曲线；
图2是实施例1高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢微观组织的透射电子显微镜照片；
图3是实施例2高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢的拉伸应力-应变曲线；
图4是实施例2高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢微观组织的透射电子显微镜照片；
图5是实施例3高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢的拉伸应力-应变曲线；
图6是实施例3高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢微观组织的透射电子显微镜照片。
具体实施方式
实施例1
用25kg感应炉熔炼商用14MnNb低碳钢，浇铸直径100mm的圆柱形铸锭；将铸锭加热到1180℃保温10h后热轧，终轧温度980℃，得到4mm厚的板坯，喷水冷却到室温；将板坯加热到780℃，保温20min，喷水冷却到室温；板坯再加热到640℃保温10min，进行压下量为55％的单道次轧制，空冷到室温，最后获得1.8mm厚的高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢，用电子拉伸机测得拉伸曲线见图1，其屈服强度为695MPa，抗拉强度为767MPa，总延伸率12.4％，均匀延伸率6.2％，屈强比0.91，用透射电子显微镜测得组织中铁素体晶粒平均尺寸为0.5μm，碳化物颗粒平均尺寸为55nm，微观组织照片见图2。
实施例2
用25kg感应炉熔炼商用14MnNb低碳钢，浇铸直径100mm的圆柱形铸锭；将铸锭加热到1200℃保温9h后热轧，终轧温度1000℃，得到3mm厚的板坯，喷水冷却到室温；将板坯加热到780℃，保温20min，喷水冷却到室温；板坯再加热到670℃保温保温8min，进行压下量为60％的单道次轧制，空冷到室温，最后获得1.2mm厚的高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢，用电子拉伸机测得拉伸曲线见图3，其屈服强度为653MPa，抗拉强度为851MPa，总延伸率16.5％，均匀延伸率9.5％，屈强比0.77，用透射电子显微镜测得组织中铁素体晶粒平均尺寸为0.7μm，碳化物颗粒平均尺寸为86nm，微观组织照片见图4。
实施例3
用25kg感应炉熔炼商用14MnNb低碳钢，浇铸直径100mm的圆柱形铸锭；将铸锭加热到1220℃保温8h后热轧，终轧温度1020℃，得到5mm厚的板坯，喷水冷却到室温；将板坯加热到760℃，保温20min，喷水冷却到室温；板坯再加热到700℃保温保温5min，进行压下量为50％的单道次轧制，空冷到室温，最后获得2.5mm厚的高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢，用电子拉伸机测得拉伸曲线见图5，其屈服强度为640MPa，抗拉强度为765MPa，总延伸率15.8％，均匀延伸率8.4％，屈强比0.84，用透射电子显微镜测得组织中铁素体晶粒平均尺寸为0.8μm，碳化物颗粒平均尺寸为90nm，微观组织照片见图6。

Claims (2)

1.一种高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢制备方法，其特征是：所述方法的步骤如下：
(1)熔炼商用14MnNb低碳钢，浇铸成铸锭；
(2)将铸锭加热到1180～1220℃保温8～10h后进行热轧，终轧温度为980～1020℃，得到3～5mm厚的板坯，迅速喷水冷却到室温；
(3)板坯加热至760～780℃，保温20min，喷水冷却到室温；
(4)板坯重新加热到640～700℃，保温5～10min，然后进行总压下量为50～60％的单道次轧制，空冷到室温，最后获得1.2～2.5mm厚高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢板材。
2.根据权利要求1所述的高强度高塑性超细晶铁素体和纳米碳化物低碳钢板材，其特征是：所述方法制备的低碳钢板材，其屈服强度为640～695MPa，拉伸强度为765～851MPa，总延伸率为12.4％～16.5％，均匀延伸率为6.2％～9.5％，屈强比为0.77～0.91；所述板材的金相组织由平均直径0.5～0.8μm的铁素体晶粒和平均直径55～90nm的纳米碳化物颗粒组成。
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