CN101967607A - 一种锰系超低碳贝氏体钢及其钢板的制备方法 - Google Patents

一种锰系超低碳贝氏体钢及其钢板的制备方法 Download PDF

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白秉哲
高古辉
冯春
张寒
罗开双
郑燕康
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Abstract

本发明涉及一种锰系超低碳贝氏体高强钢及其制备方法，属于合金钢设计领域。采用C、Mn、Si作为主合金元素，其成分为：C：0.01～0.08wt％，Mn：1.8～3.2wt％，Si：0.2～1.5wt％，P≤0.02wt％，S≤0.005wt％，其余为Fe。该钢种还可加入一种或两种以上的下列元素：Cr：0～1.5wt％，Nb：0～0.06wt％，Ti：0～0.03wt％，V：0～0.1wt％；采用合理的轧制工艺、冷却制度、热处理工艺，从而获得不同厚度、不同强度级别的超低碳贝氏体钢板。该钢种合金成本低，工艺简单，强度系列化，低温韧性良好，冷弯性能良好，焊接性能良好，抗HIC、SCC能力良好，可应用到工程机械、管线、船舶、桥梁以及海洋平台。

Description

一种锰系超低碳贝氏体钢及其钢板的制备方法
技术领域
本发明一种锰系超低碳贝氏体钢及其钢板的制备方法，属于合金钢冶炼和加工技术领域。
背景技术
工程机械制造、架设桥梁、造船、车辆制造、石油管道、航空等领域广泛地使用着各种规格的钢板。由于服役条件及焊接工艺的限制，这类用途的钢板不仅要求材料具有足够的强度和塑性，而且还要求有一定的低温韧性和优良的焊接性能，以适应服役环境和制造工艺的要求。超低碳贝氏体钢是国际上近20年来发展起来的一大类高强度、高韧性、焊接性能优良的新钢种，被国际上称为21世纪的钢种。它是现代冶金生产技术与物理冶金研究成果相结合的产物。
目前开发的超低碳贝氏体钢中含有Ni、Mo、Cu元素，合金成本高。例如台湾中钢联的专利(TW258757；发明人：JANG J等)“具有好的可焊性和抗腐蚀性的低锰系超低碳贝氏体钢的生产工艺”，武汉钢铁集团公司申请的“铜硼系低碳及超低碳贝氏体高强钢”，鞍山钢铁集团公司申请的“一种超低碳贝氏体钢及其生产方法”，均在合金成分中添加了Ni、Mo、Cu元素，特别是对于屈服强度大于500MPa(N/mm2)的高强度级别钢的合金设计。同时社会对于厚度≤30mm的中厚板需求增大，研制大厚度、高强度的超低碳中厚板是目前国内外探索的课题。
发明内容
本发明的目的是提出一种锰系超低碳贝氏体钢及其钢板的制备方法，避免添加Ni、Mo、Cu等贵重元素，降低超低碳贝氏体钢的成本。采用C、Mn、Si作为主要合金元素，加入Cr、Nb、Ti、V元素之一或几种，从而实现不同厚度、不同强度级别的超低碳贝氏体钢。
本发明提出的锰系超低碳贝氏体钢，用常规炼钢冶炼后，钢中各成分的重量百分比为：
C：0.01～0.08wt％
Mn：1.8～3.2wt％
Si：0.2～1.5wt％
Cr：0～1.5wt％
Nb：0～0.08wt％
Ti：0～0.04wt％
V：0～0.1wt％
P：0～0.02wt％
S：0～0.01wt％
其余为Fe。
本发明提出的使用上述锰系超低碳贝氏体钢制备钢板的方法，包括以下步骤：
(1)用常规炼钢工艺冶炼后，连铸成板坯，使钢中各成分的重量百分比如上所述；
(2)将上述板坯加温至1200～1250℃，保温1～2小时；
(3)将上述板坯冷却至1050～1100℃时，对板坯进行轧制，至800～850℃时结束轧制，得到板材；
(4)将上述板材冷却至200～500℃时，对板材进行校直，然后空冷至室温。
上述方法中，对板材进行校直前的冷却速度可以为1～30℃/秒。
上述方法还可以包括：将板材在200～600℃回火1～2小时。
本发明提出的锰系超低碳贝氏体钢及其钢板的制备方法，采用合理的轧制工艺、冷却制度、热处理工艺，从而获得不同厚度、不同强度级别的超低碳贝氏体钢板。该钢种合金成本低，工艺简单，强度系列化，低温韧性良好，冷弯性能良好，焊接性能良好，抗HIC、SCC能力良好，可应用到工程机械、管线、船舶、桥梁以及海洋平台等领域。
具体实施方式
本发明提出的锰系超低碳贝氏体钢，用常规炼钢冶炼后，钢中各成分的重量百分比为：
C：0.01～0.08wt％
Mn：1.8～3.2wt％
Si：0.2～1.5wt％
Cr：0～1.5wt％
Nb：0～0.08wt％
Ti：0～0.04wt％
V：0～0.1wt％
P：0～0.02wt％
S：0～0.01wt％
其余为Fe。
本发明提出的使用上述锰系超低碳贝氏体钢制备钢板的方法，包括以下步骤：
(1)用常规炼钢工艺冶炼后，连铸成板坯，使钢中各成分的重量百分比如上所述；
(2)将上述板坯加温至1200～1250℃，保温1～2小时；
(3)将上述板坯冷却至1050～1100℃时，对板坯进行轧制，至800～850℃时结束轧制，得到板材；
(4)将上述板材冷却至200～500℃时，对板材进行校直，然后空冷至室温。
上述方法中，对板材进行校直前的冷却速度可以为1～30℃/秒。
上述方法还可以包括：将板材在200～600℃回火1～2小时。
本发明方法中选择的主要合金元素在超低碳贝氏体钢中的作用在于：
C：本发明C含量选择在0.01～0.08wt％，这样既可以避免C对钢焊接性能和低温韧性的危害，也有利于生产操作性和可行性，同时可以实现不同厚度、不同强度级别的钢的设计。
Mn：本发明Mn含量选择在2.0～3.0wt％，利用Mn在相界面的富集所产生的溶质拖曳及类拖曳效应，促进贝氏体转变，而且成本低廉。
Si：本发明Si含量选择在0.2～1.5wt％，Si是非碳化物形成元素，具有较高的固溶强化效果，Si可促进Mn在相界面的富集，有利于促进贝氏体转变。
本发明的制备方法中，首先控制板坯再加热温度，再加热温度不宜过高，避免奥氏体晶粒粗化；也不宜过低，否则微合金元素不能充分固溶。控制轧制阶段控制轧制温度在Ar3以上。控制终冷温度使过冷奥氏体进入贝氏体转变区，得到优良的强韧性配合。可根据性能需要选择适当的温度回火，可以改善冲击韧性，同时当终止冷却温度低于400℃时，可以在回火过程中进行校直。
以下介绍本发明方法的实施例，实施例的具体成分重量百分比如表1所示。
实施例1
(1)用常规炼钢工艺冶炼后，连铸成板坯，使钢中各成分的重量百分比如表1所示；
(2)将上述板坯加温至1200℃，保温1小时；
(3)将上述板坯冷却至1050℃时，对板坯进行轧制，至850℃时结束轧制，得到板材；
(4)将上述板材冷却至500℃时，冷却速度为30℃/秒，对板材进行校直，然后空冷至室温。
实施例2
(1)用常规炼钢工艺冶炼后，连铸成板坯，使钢中各成分的重量百分比如表1所示；
(2)将上述板坯加温至1200℃，保温1.5小时；
(3)将上述板坯冷却至1050～1100℃时，对板坯进行轧制，至800℃时结束轧制，得到板材；
(4)将上述板材冷却至450℃时，冷却速度为15℃/秒，对板材进行校直，然后空冷至室温；
(5)将上述板材加温至250℃，回火1小时，然后空冷至室温。
实施例3
(1)用常规炼钢工艺冶炼后，连铸成板坯，使钢中各成分的重量百分比如表1所示；
(2)将上述板坯加温至1250℃，保温1.5小时；
(3)将上述板坯冷却至1100℃时，对板坯进行轧制，至850℃时结束轧制，得到板材；
(4)将上述板材空冷至500℃，对板材进行校直，然后空冷至室温；
(5)经上述板材加热至450℃，回火2小时，然后空冷至室温。
实施例4
(1)用常规炼钢工艺冶炼后，连铸成板坯，使钢中各成分的重量百分比如表1所示；
(2)将上述板坯加温至1200℃，保温1.5小时；
(3)将上述板坯冷却至1050℃时，对板坯进行轧制，至800℃时结束轧制，得到板材；
(4)将上述板材冷却至500℃时，冷却速度为25℃/秒，对板材进行校直，然后空冷至室温。
实施例5
(1)用常规炼钢工艺冶炼后，连铸成板坯，使钢中各成分的重量百分比如表1所示；
(2)将上述板坯加温至1200℃，保温1.5小时；
(3)将上述板坯冷却至1050℃时，对板坯进行轧制，至800℃时结束轧制，得到板材；
(4)将上述板材冷却至400℃时，冷却速度为15℃/秒，对板材进行校直，然后空冷至室温。
实施例6
(1)用常规炼钢工艺冶炼后，连铸成板坯，使钢中各成分的重量百分比如表1所示；
(2)将上述板坯加温至1200℃，保温1.5小时；
(3)将上述板坯冷却至1050℃时，对板坯进行轧制，至800℃时结束轧制，得到板材；
(4)将上述板材冷却至450℃时，冷却速度为20℃/秒，对板材进行校直，然后空冷至室温。
实施例7
(1)用常规炼钢工艺冶炼后，连铸成板坯，使钢中各成分的重量百分比如表1所示；
(2)将上述板坯加温至1200℃，保温1.5小时；
(3)将上述板坯冷却至1050℃时，对板坯进行轧制，至800℃时结束轧制，得到板材；
(4)将上述板材冷却至400℃时，冷却速度为10℃/秒，对板材进行校直，然后空冷至室温；
(5)将上述钢板加热至460℃，保温2小时，然后空冷至室温。
实施例8
(1)用常规炼钢工艺冶炼后，连铸成板坯，使钢中各成分的重量百分比如表1所示；
(2)将上述板坯加温至1250℃，保温2小时；
(3)将上述板坯冷却至1050℃时，对板坯进行轧制，至800℃时结束轧制，得到板材；
(4)将上述板材冷却至400℃时，冷却速度为5℃/秒，对板材进行校直，然后空冷至室温；
(5)将上述钢板加热至460℃，保温2小时，然后空冷至室温。
实施例9
(1)用常规炼钢工艺冶炼后，连铸成板坯，使钢中各成分的重量百分比如表1所示；
(2)将上述板坯加温至1250℃，保温2小时；
(3)将上述板坯冷却至1050℃时，对板坯进行轧制，至800℃时结束轧制，得到板材；
(4)将上述板材冷却至300℃时，冷却速度为3℃/秒，然后空冷至室温；
(5)将上述钢板加热至520℃，保温2小时，对板材进行校直，然后空冷至室温。
实施例10
(1)用常规炼钢工艺冶炼后，连铸成板坯，使钢中各成分的重量百分比如表1所示；
(2)将上述板坯加温至1250℃，保温2小时；
(3)将上述板坯冷却至1050℃时，对板坯进行轧制，至800℃时结束轧制，得到板材；
(4)将上述板材冷却至300℃时，冷却速度为1℃/秒，然后空冷至室温；
(5)将上述钢板加热至520℃，保温2小时，对板材进行校直，然后空冷至室温。
表1、本发明实施例化学成分(wt％)
Figure BSA00000322713000061
表2、本发明实施例的实物性能
Figure BSA00000322713000062

Claims (4)

1.一种锰系超低碳贝氏体钢，其特征在于用常规炼钢冶炼后，钢中各成分的重量百分比为：
C：0.01～0.08wt％
Mn：1.8～3.2wt％
Si：0.2～1.5wt％
Cr：0～1.5wt％
Nb：0～0.08wt％
Ti：0～0.04wt％
V：0～0.1wt％
P：0～0.02wt％
S：0～0.01wt％
其余为Fe。
2.一种使用如权利要求1所述的锰系超低碳贝氏体钢制备钢板的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)用常规炼钢工艺冶炼后，连铸成板坯，使钢中各成分的重量百分比为：
C：0.01～0.08wt％
Mn：1.8～3.2wt％
Si：0.2～1.5wt％
Cr：0～1.5wt％
Nb：0～0.08wt％
Ti：0～0.04wt％
V：0～0.1wt％
P：0～0.02wt％
S：0～0.01wt％
其余为Fe；
(2)将上述板坯加温至1200～1250℃，保温1～2小时；
(3)将上述板坯冷却至1050～1100℃时，对板坯进行轧制，至800～850℃时结束轧制，得到板材；
(4)将上述板材冷却至200～500℃时，对板材进行校直，然后空冷至室温。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于其中对板材进行校直前的冷却速度为1～30℃/秒。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于还包括：将板材在200～600℃回火1～2小时。
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