CN104357747A - 一种微合金化锰硼合金钢及其热处理方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锰硼合金钢领域，具体说是一种微合金化锰硼合金钢及其热处理方法和应用。按重量百分计，该锰硼合金钢的成分为：C 0.25～0.35；Si 0.10～0.40；Cr 0.10～0.30；Mn 1.0～1.50；Al 0.01～0.10；Ti 0.01～0.06；B 0.0010～0.0050；(Nb+V)0.03～0.15；S≤0.020；P≤0.020；Fe余量。该锰硼合金钢的热处理方法为：860～960℃奥氏体化，保温5～30min后直接水淬至室温，获得全马氏体组织。与现有商业用超高强锰硼合金钢(30MnB5钢)相比，本发明通过微合金技术，添加微量元素(Nb+V)，细化晶粒，析出细小弥散的合金碳化物，获得强度更高、韧性更好的锰硼合金钢。

Description

一种微合金化锰硼合金钢及其热处理方法和应用
技术领域
本发明涉及锰硼合金钢领域，具体说是一种微合金化锰硼合金钢及其热处理方法和应用。
背景技术
锰硼合金钢是为了适应汽车工业发展的需要而被开发出来的一种高强度合金钢，是汽车轻量化、节能环保的重要技术手段和发展方向。该合金钢因添加了微量的硼元素，提高了合金钢的淬透性，然后利用热冲压成行技术，将汽车薄板的成形和淬火同步进行，解决了高强度钢冷变形困难的问题，从而可获得表面质量好、无回弹变形的汽车构件，同时因获得了均匀的马氏体组织而保证了合金钢具有足够高的强度。如：瑞典SSAB公司开发的Docol Boron 02、Docol Boron 04热轧和冷轧板，Arcelor公司研制的USIBOR1500镀锌或镀Al-Si钢板，以及我国宝钢集团研制开发的B1500HS(冷轧板)、BR1500HS(热轧板)无镀层钢板，这些钢板均为22MnB5，主要应用于汽车的防撞和承重部件，如A、B、C柱，车门防撞杆和保险杠等部件，目前已经在迈腾、沃尔沃、奥迪等轿车上得到实际应用。
出于对汽车降低能耗减少自重的目标，有发展更高强度锰硼合金钢的需要。更高强度的锰硼合金钢(如30MnB5)虽然有更高的强度(可达1800MPa)，但由于其韧性较差，容易发生断裂，影响使用安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有超高强度、同时韧性较好的微合金化锰硼合金钢及其热处理方法。在现有商用超高强锰硼合金钢的基础上，通过微合金化技术，添加微合金化元素Nb、V，细化晶粒，析出细小分散的合金碳化物，从而获得强度有提高、韧性有增加的微合金化锰硼合金钢。
本发明的技术方案是：
一种微合金化锰硼合金钢，按重量百分计，该锰硼合金钢的成分为：C 0.25～0.35；Si 0.10～0.40；Cr 0.10～0.30；Mn 1.0～1.50；Al 0.01～0.10；Ti 0.01～0.06；B 0.0010～0.0050；(Nb+V)0.03～0.15；S≤0.020；P≤0.020；Fe余量。
所述的微合金化锰硼合金钢的热处理方法，该微合金化锰硼合金钢在860～960℃奥氏体化，保温5～30min后水淬至室温。经过热处理后，获得全马氏体组织，其断裂强度在1850MPa以上，屈服强度在1490MPa以上，常温冲击功达13J。
所述的微合金化锰硼合金钢的应用，该微合金化锰硼合金钢作为耐磨材料，在农用机械或矿石机械领域获得应用。
本发明的设计思想如下：
本发明提供强度更高、韧性更好的锰硼合金钢，通过加入微量的Nb、V元素，控制这两种合金元素的添加总量。Nb、V都是强碳化物形成元素，不仅其碳化物形成能力强，而且形成的碳化物高温稳定性好，在奥氏体化过程中有阻碍原奥晶粒长大的作用，细化晶粒对锰硼合金钢的强度、韧性均有利。此外，Nb、V析出的碳化物具有尺寸细小、分布弥散的特点，从而起到很好的弥撒强化效果。因此，微合金化后的锰硼合金钢强度、韧性均有提高。Nb、V的含量不能过高，否则析出的碳化物偏多，会影响锰硼合金钢的冲击韧性。因此，在本发明合金中，Nb+V的含量控制在0.03～0.15wt％，Nb+V的含量优选为0.06～0.13wt％。当Nb和V同时存在并协同作用时，Nb的含量优选为0.02～0.06wt％，V的含量优选为0.04～0.07wt％。
本发明的优点及有益效果在于：
1、本发明微合金化锰硼合金钢的成分设计易于实施，添加的微量元素Nb、V，可细化晶粒，析出细小弥散的碳化物，对锰硼合金钢的强度和冲击韧性都有利。由于添加的微量元素Nb、V量较少，基本不影响锰硼合金钢的成本。
2、本发明采用的热处理方法是常规的淬火工艺，容易实现。采用高温奥氏体化后，迅速水淬即可得到全马氏体组织。
3、本发明微合金化锰硼合金钢的强韧性好，与现有的锰硼合金钢相比，其断裂强度可达到1850MPa以上(1850～1900MPa)，屈服强度可达到1490MPa以上(1490～1550MPa)，最重要的是冲击韧性不低于13J，提高了30％。
4、本发明微合金化锰硼合金钢由于具有较高的强度和韧性，能够进一步提高其实用安全性，在汽车工业和耐磨材料领域有较好的应用前景。特别是，该微合金化锰硼合金钢的合金用量少，成本低，高的强度和好的耐冲击性能使其作为耐磨材料可在农用机械、矿石机械等领域获得应用。
附图说明
图1为加Nb后锰硼合金钢(成分3)的低倍(a)和高倍(b)微观结构图，全为马氏体组织。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
在本发明实施例中，微合金化锰硼合金钢采用真空感应炉冶炼，真空浇铸后得到25kg的铸锭。将钢锭锻造成35mm厚板材，然后热轧成6mm的板材。热处理采用奥氏体化温度均为950℃，保温20min，然后水淬。对热处理后的实施例锰硼合金钢进行力学性能测试，拉伸试验采用的是片状拉伸试样，而冲击试样采用的Charpy V型缺口半尺寸试样(55mm×10mm×5mm)，上述测试均在室温下进行。实施例微合金化锰硼合金钢的成分和力学性能分别如表1、表2所示，其中成分1为商业用超高强锰硼合金钢(30MnB5)的合金成分，用于进行对比分析，而其中4种合金成分分别进行了Nb、V的微合金化，控制(Nb+V)的总含量不大于0.15％，最后一种合金的(Nb+V)含量较高，用于做对比试验分析。图1所示为成分3添加Nb元素后，锰硼合金钢的低倍和高倍微观组织图，由马氏体组成。
从实施例性能测试结果可看出，成分1的断裂强度为1800MPa，冲击功为10J。分别添加V(成分2)、Nb(成分3)，或(Nb+V)(成分4、5)后的锰硼合金钢，其断裂强度最低为1850MPa，屈服强度最低为1497MPa，冲击功均为13J，分别提高了50MPa和3J。总体而言，随着(Nb+V)含量的增加，其强度略高，但冲击韧性变化不大。但当(Nb+V)添加量较大时(成分6)，虽然锰硼合金钢的强度继续提高，但其冲击功开始下降到8J。因此，Nb、V单独添加或组合添加的微合金化效果明显，对提高强度和韧性均有好处，但添加量不能过多，否则会降低锰硼合金钢的冲击性能。
表1 本发明实施例低合金高强度钢的化学成分(wt.％，Fe余量)
成分 C Si Mn Cr Al Ti S P B V Nb
成分1 0.30 0.26 1.28 0.22 0.033 0.034 0.008 0.007 0.0029 - -
成分2 0.28 0.25 1.14 0.21 0.041 0.033 0.009 0.006 0.0031 0.098 -
成分3 0.29 0.24 1.29 0.20 0.040 0.037 0.008 0.007 0.0030 - 0.12
成分4 0.27 0.29 1.18 0.19 0.035 0.040 0.007 0.009 0.0027 0.055 0.07
成分5 0.29 0.26 1.27 0.22 0.033 0.032 0.008 0.006 0.0033 0.028 0.04
成分6 0.28 0.27 1.26 0.21 0.037 0.035 0.007 0.007 0.0032 0.11 0.09
表2 本发明实施例低合金高强度钢的力学性能
成分 断裂强度σb/MPa 屈服强度σ0.2/MPa 冲击功AkV/J
成分1 1802 1471 10
成分2 1866 1521 13
成分3 1856 1497 13
成分4 1889 1519 13
成分5 1850 1521 13
成分6 1902 1565 8
实施例结果表明，本发明采用微合金化技术，通过添加微量的Nb、V合金元素，在提高锰硼合金钢强度的同时，也可一定程度提高其冲击性能。事实上，作为一种高强度的合金钢，除含较多的Mn外，无其它贵重金属，仅含有少量的Cr，材料的成本不高。因此，如果锰硼合金钢在强度高的同时，仍能具有较好的耐冲击性能，则该合金钢在其它领域有许多潜在应用，比如作为耐磨材料可在农用机械、矿石机械等领域得到应用。经过热处理后，获得了全马氏体组织，其断裂强度在1850MPa以上，屈服强度在1490MPa以上，常温冲击功达13J(半尺寸V口冲击试样)，两项指标均比30MnB5锰硼合金钢有提高。

Claims (4)

1.一种微合金化锰硼合金钢，其特征在于，按重量百分计，该锰硼合金钢的成分为：C0.25～0.35；Si0.10～0.40；Cr0.10～0.30；Mn1.0～1.50；Al0.01～0.10；Ti0.01～0.06；B0.0010～0.0050；(Nb+V)0.03～0.15；S≤0.020；P≤0.020；Fe余量。
2.根据权利要求1所述的微合金化锰硼合金钢的热处理方法，其特征在于：该微合金化锰硼合金钢在860～960℃奥氏体化，保温5～30min后水淬至室温。
3.根据权利要求2所述的微合金化锰硼合金钢的热处理方法，其特征在于：经过热处理后，获得全马氏体组织，其断裂强度在1850MPa以上，屈服强度在1490MPa以上，常温冲击功达13J。
4.根据权利要求1至3之一所述的微合金化锰硼合金钢的应用，其特征在于：该微合金化锰硼合金钢作为耐磨材料，在农用机械或矿石机械领域获得应用。
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Legal Events

Date Code Title Description
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PB01 Publication
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GR01 Patent grant
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EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20150218

Assignee: Jiangsu Jingan Agricultural Equipment Co., Ltd.

Assignor: Institute of metal research, Chinese Academy of Sciences

Contract record no.: 2019320000065

Denomination of invention: Microalloyed manganese boron alloy steel as well as thermal treatment method and application thereof

Granted publication date: 20171103

License type: Common License

Record date: 20190325

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