CN102251178B - 一种在热扰动下保持恒定硬度的低合金钢的制备方法 - Google Patents

一种在热扰动下保持恒定硬度的低合金钢的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种在热扰动下保持恒定硬度的高强度低合金钢的制备方法，涉及制造高强度低合金钢的合金设计和机械热处理工艺，其合金的含碳量小于0.070％，采用铌、钛、钒、铜等能够产生明显的沉淀硬化现象的元素进行微合金化；在两阶段轧制后通过小水量喷淋使钢板以5～20℃/s的速率冷却至室温，最后将钢板在550～650℃回火15～30分钟，使得高强度低合金钢在使用过程中受到热扰动时铌、钛、钒、铜等元素引起的沉淀硬化与组织的软化在较长时间内相互抵消，从而使高强度低合金钢能够在热扰动下长时间保持恒定硬度；在高强度低合金钢使用前对其施加一定量的预应变，进一步提高了高强度低合金钢的在热扰动下保持恒定硬度的性能。

Description

一种在热扰动下保持恒定硬度的低合金钢的制备方法
技术领域
本发明属于钢铁材料领域，尤其涉及一种制造高强度低合金钢所采用的合金设计方法和机械热处理工艺。
背景技术
从钢结构的安全性出发，钢铁材料在长期服役过程中最好能保持初始力学性能不变。但现代高强度钢的组织多为非平衡组织，当在服役过程中经历热扰动时，易于向平衡组织演变而导致强度大幅度下降。钢中含有铌、钛、钒、铜等元素时，可以产生沉淀硬化现象，但过于明显的沉淀硬化也导致钢的塑性及韧性的明显降低。建筑用耐火结构钢(杨才福，张永权.建筑用耐火钢的发展.钢结构，1997，12(38)：29-34.)虽然在热扰动下可基本保持强度稳定，但这类钢的基体组织多为铁素体加珠光体，属于接近平衡的组织类型，强度偏低。此外，耐火钢的技术要求中仅强调了良好的高温强度，即σs(600℃)≥2/3σs(室温)，而并没有要求控制钢的强度波动。低碳贝氏体钢强度高、韧性好、用途广泛，但其基体组织为非平衡组织，在热扰动下易于向平衡组织演化，因此需要格外关注其热稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提出一种在热扰动下能够保持恒定硬度的高强度低合金钢的制备方法，通过在高强度低合金钢的制备过程中调整微合金化设计及机械热处理工艺，使得高强度低合金钢在使用过程中受到热扰动时铌、钛、钒、铜等元素引起的沉淀硬化与组织的软化在较长时间内相互抵消，从而使高强度低合金钢能够在热扰动下长时间保持恒定硬度。
实现本发明的具体方法是：将合金成分范围如表1所示的高强度低合金钢加热至1150～1250℃并保温60～180分钟后采用两阶段控轧，再结晶区开轧温度为1120～1160℃，再结晶区终轧温度为1000～1040℃，非再结晶区开轧温度为930～970℃，非再结晶区终轧温度为840～880℃，各温区积累压下量≥60％，终轧后通过小水量喷淋使钢板以5～20℃/s的速率冷却至室温，之后对钢板进行一道次冷轧，压下量为3～6％，最后将钢板在550～650℃回火15～30分钟。
表1：在热扰动下能够保持恒定硬度的高强度低合金钢的成分范围(质量分数％)
Figure GDA00002041754900021
本方法的特点在于：通过恰当的成分设计和工艺设计得到粒状贝氏体加板条贝氏体的基体组织，并在基体中保留一定量的过饱和Nb、Cu元素，从而将非平衡组织与易形成沉淀硬化的元素适当结合，使得热扰动下的基体组织软化与沉淀硬化相抵消，适量添加的Nb、Cu等元素的析出同时也阻碍了基体组织的软化，从而实现了高强度低合金钢在热扰动下保持硬度稳定，此外，小变形量冷轧工艺进一步提高了硬度热稳定性。
附图说明
图1为实施例1的高强度低合金钢的硬度在550℃回火0～192小时过程中的硬度变化。从图可知，实施例1的高强度低合金钢在550℃受热96小时内硬度值波动范围为234～243HV。
具体实施方式
实施例1
将合金成分如表2所示的高强度低合金钢加热至1200℃并保温120分钟后采用两阶段控扎，再结晶区开轧温度为1160℃，再结晶区终扎温度为1040℃，再结晶区积累压下量75％，非再结晶区开轧温度为970℃，非再结晶区终扎温度为880℃，非再结晶区积累压下量60％，终轧后以20℃/s的冷却速率控冷至室温，之后对钢板进行一道次冷轧，压下量为5％最后在600℃回火30分钟。从图1可知，所得高强度低合金钢在550℃受热96小时内硬度值波动范围为234～243HV。
表2：实施例1的高强度低合金钢的成分(质量分数)
Figure GDA00002041754900022
实施例2
将合金成分如表3所示的高强度低合金钢加热至1250℃并保温60分钟后采用两阶段控扎，再结晶区开轧温度为1120℃，再结晶区终扎温度为1000℃，再结晶区积累压下量75％，非再结晶区开轧温度为930℃，非再结晶区终扎温度为840℃，非再结晶区积累压下量60％，终轧后以15℃/s的冷却速率控冷至室温，之后对钢板进行一道次冷轧，压下量为6％最后在550℃回火30分钟。所得高强度低合金钢在550℃受热96小时内硬度值波动范围为247～259HV。
表3：实施例2的高强度低合金钢的成分(质量分数)
Figure GDA00002041754900031
实施例3
将合金成分如表4所示的高强度低合金钢加热至1150℃并保温180分钟后采用两阶段控扎，再结晶区开轧温度为1140℃，再结晶区终扎温度为1020℃，再结晶区积累压下量75％，非再结晶区开轧温度为950℃，非再结晶区终扎温度为860℃，非再结晶区积累压下量60％，终轧后以10℃/s的冷却速率控冷至室温，之后对钢板进行一道次冷轧，压下量为3％最后在650℃回火15分钟。所得高强度低合金钢在550℃受热96小时内硬度值波动范围为228～239HV。
表4：实施例3的高强度低合金钢的成分(质量分数)
Figure GDA00002041754900032

Claims (1)

1.一种在热扰动下保持恒定硬度的低合金钢的制备方法，其特征在于：将低合金钢加热至1150～1250℃并保温60～180分钟后采用两阶段控轧，再结晶区开轧温度为1120～1160℃，再结晶区终轧温度为1000～1040℃，非再结晶区开轧温度为930～970℃，非再结晶区终轧温度为840～880℃，各温区积累压下量≥60％，终轧后通过小水量喷淋使钢板以5～20℃/s的速率冷却至室温，之后对钢板进行一道次冷轧，压下量为3～6％，最后将钢板在550～650℃回火15～30分钟；
所述低合金钢的合金成分以质量百分数计为：C：0.030～0.070％、Mn：1.20～1.80％、Si：0.20～0.40％、Nb：0.030～0.070％、Cu：0.60～1.00％、Ni：0.40～0.70％、Ti：0.010～0.030％、B：0.0010～0.0030％、Fe余量。
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