CN102836938A - 一种高强塑积合金钢的锻造拔长方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强塑积合金钢的锻造拔长方法。该方法包括以下操作步骤：a、先将浇注成型的钢锭置于电阻炉内，工件间应留有适当间隙，通电加热，升温速率6-9℃/min；升温至1070±20℃时开始保温，保温1±0.2小时；将钢锭从电阻炉取出，始锻和终锻温度分别为1070±20℃和850±20℃，前者由加热炉温控仪控制，后者由红外测温仪确定，马上进行锻打，锻打时采用先重后轻、先慢后快的方法沿钢锭轴向拔长，锻坯截面形状为圆形或方形；b、每次锻打后锻件宽度与高度比2∶2.5，每次送进量与单次压下量之比1∶1.5。通过对上述过程关键工艺参数的控制，可保证最终材料的变形组织和外观尺寸达到设计要求。

Description

一种高强塑积合金钢的锻造拔长方法
技术领域
本发明涉及合金钢的加工领域，具体属于一种高强塑积合金钢的锻造拔长方法。 
背景技术
随着能源和环境问题的日益突出，轻量化已成现代汽车的发展趋势，由此对汽车用钢的强韧性水平有了更高的要求。此外，为了提高汽车的被动安全性能，要求汽车用钢有尽可能高的吸能本领，即具有高强塑积。为实现这一目的，近年来世界主要汽车钢生产企业及研究部门开展了集中攻关研究，开发出一系列兼有高强度和高塑性的汽车车身用钢，如双相(DP)钢、相变诱发塑性(TRIP)钢以及孪晶诱导塑性(TWIP)钢，其中以TWIP钢综合性能最佳。该合金主要化学成分为：C0.03%，Mn:2530%，Al3%，Si3%，其余为Fe，其主要性能特点为：断后伸长率一般80%，抗拉强度一般650MPa，强塑积达50000MPa％以上，是高强韧性TRIP钢的2倍。此外，TWIP钢还具有很高的吸能本领，室温下吸能本领可达0.5J/mm3，是传统深冲钢的2倍以上。除了在汽车领域有重要的应用以外，TWIP钢在桥梁、建筑、低温容器等其它有高强韧性要求的结构中也有广泛的应用前景。 
关于TWIP钢高塑性产生的机制目前已有较一致的认识，有关合金成分、组织与性能特点等方面也有一些研究报道。但是，有关TWIP钢熔炼、锻造和轧制等重要热加工工艺的研究尚未见有报道，这些过程不仅是决定材料化学成分、晶体组织与力学性能的关键过程，还是实际材料和产品生产必不可少的工艺过程。对这些过程中材料成分和组织演化规律及其机制进行研究，获得优化的工艺参数，从而为实际生产提供设计依据，是TWIP钢走向应用亟待解决的问题。 
对于熔炼过程而言，由于TWIP钢含有高比例的Mn、Al和Si，这些元素在熔炼过程中彼此之间以及与熔炼环境（气氛和炉衬）之间将产生复杂的物理化学反应，有很强的非金属夹杂物形成倾向，同时熔炼过程中Mn还极易挥发，使熔体纯净度提高及合金成分精确控制非常困难。此外，Al和Si因与Fe有较大的密度差，在凝固过程中很容易发生宏观偏析，导致材料组织和性能均匀性、一致性较差。为防止或减少上述缺陷的产生和残留，须严格控制熔炼气氛、熔炼温度、精炼及静置时间、浇注温度及速度等参数。 
高Mn含量的合金钢因变形抗力及热裂倾向性较大，塑性加工较难，而TWIP钢不仅含有高达30%的Mn，而且还含有较高的Al和Si，加上凝固过程产生的 偏析、夹杂和缩松等缺陷，其塑性加工更难，变形过程中极易产生裂纹而导致坯料报废。因此，必须严格控制锻造和轧制等塑性加工前的均匀化处理方法，合理设计塑性变形温度、塑性变形速率、一次变形量及变形方法，才能保证终成形材料内部组织和外观质量达到较高水平。 
高强塑积合金钢是一种含有高浓度易挥发和易偏析合金元素的铁基材料，采用真空感应炉熔炼和浇注，铸坯为带有一定锥度的圆柱形钢锭。该钢铸态组织较粗大，并存在一定低熔点组元的宏、微观偏析和较多的非金属夹杂物，锻造加工时极易发生断裂或过烧。 
综上所述，熔炼、锻造和轧制等热加工过程关乎TWIP钢组织、性能及成形的基本工艺过程，优化并掌握这些过程的工艺技术，对于实现该材料及产品的高性能及可靠应用来说无疑是极其重要的。由于该材料成分及热物性的特殊性，热加工工艺要求高、难度大，目前尚无成熟的技术可以借鉴。近年来，我们结合国家重大科研任务的要求，对TWIP钢相关热加工工艺进行了探索和优化，获得了一系列可靠的工业化生产技术。 
发明内容
本发明提供了一种高强塑积合金钢的自由锻造拔长方法，通过对锻前均匀化热处理、锻造温度、锻造方法等过程控制，可保证最终材料获得所需的变形组织和几何精度。 
本发明采用技术方案如下： 
一种高强塑积合金钢的锻造拔长方法，包括有以下操作步骤： 
a、先将浇注成型的钢锭置于电阻炉内，工件间应留有适当间隙，通电加热，升温速率6-90C/min；升温至1070±200C时开始保温，保温1±0.2小时；将钢锭从电阻炉取出，始锻和终锻温度分别为1070±20℃和850±20℃，前者由加热炉温控仪控制，后者由红外测温仪确定，马上进行锻打，锻打时采用先重后轻、先慢后快的方法沿钢锭轴向拔长，锻坯截面形状为圆形或方形； 
b、每次锻打后锻件宽度与高度比2∶2.5，每次送进量与单次压下量之比1∶1.5； 
所述的步骤a、先将浇注成型的钢锭置于电阻炉内，工件间应留有适当间隙，通电加热，升温速率7.50C/min；升温至10700C时开始保温，保温1小时；将钢锭从电阻炉取出，始锻和终锻温度分别为1070℃和850℃，前者由加热炉温控仪控制，后者由红外测温仪确定，马上进行锻打，锻打时采用先重后轻、先慢后快的方法沿钢锭轴向拔长，锻坯截面形状为圆形。 
本发明的高强塑积TWIP钢熔炼、锻造和轧制等热加工工艺技术，可保证最 终TWIP钢型材内部冶金质量（化学成分及冶金缺陷）及外观几何精度达到钢铁材料型材的标准。 
附图说明
图1为炉号V2011-112-114钢锭轧制线材无损探伤检测结果。 
图2（a）、（b）为钢锭（V2011-112）不同位置取样的拉伸力学性能。
具体实施方式
一种高强塑积合金钢的锻造拔长方法，包括有以下操作步骤：先将浇注成型的钢锭置于电阻炉内，工件间应留有适当间隙，通电加热，升温速率7.50C/min；升温至10700C时开始保温，保温1小时；将钢锭从电阻炉取出，始锻和终锻温度分别为1070℃和850℃，前者由加热炉温控仪控制，后者由红外测温仪确定，马上进行锻打，锻打时采用先重后轻、先慢后快的方法沿钢锭轴向拔长，锻坯截面形状为圆形； 
b、每次锻打后锻件宽度与高度比2∶2.5，每次送进量与单次压下量之比1∶1.5； 
2、无损探伤检测结果 
图2（a）为上述三炉钢锭轧制成线材后的超声波探伤检测结果。可以看出，含可识别缺陷材料占总量的1%左右。 
3、力学性能检测结果 
图2（b）为钢锭V2011-112不同位置测试的拉伸力学性能，其均匀性、一致性是非常好的，其中编号由小到大表示取样位置从钢锭顶部至底部的顺序。 

Claims (2)

1.一种高强塑积合金钢的锻造拔长方法，其特征在于：包括有以下操作步骤：
a、先将浇注成型的钢锭置于电阻炉内，工件间应留有适当间隙，通电加热，升温速率6-90C/min；升温至1070±200C时开始保温，保温1±0.2小时；将钢锭从电阻炉取出，始锻和终锻温度分别为1070±20℃和850±20℃，前者由加热炉温控仪控制，后者由红外测温仪确定，马上进行锻打，锻打时采用先重后轻、先慢后快的方法沿钢锭轴向拔长，锻坯截面形状为圆形或方形；
b、每次锻打后锻件宽度与高度比2∶2.5，每次送进量与单次压下量之比1∶1.5。
2.根据权利要求1所述的高强塑积合金钢的锻造拔长方法，其特征在于：所述的步骤a、先将浇注成型的钢锭置于电阻炉内，工件间应留有适当间隙，通电加热，升温速率7.50C/min；升温至10700C时开始保温，保温1小时；将钢锭从电阻炉取出，始锻和终锻温度分别为1070℃和850℃，前者由加热炉温控仪控制，后者由红外测温仪确定，马上进行锻打，锻打时采用先重后轻、先慢后快的方法沿钢锭轴向拔长，锻坯截面形状为圆形。
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