CN104711478A - 一种高强度高韧性货架立柱用钢及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高强度高韧性货架立柱用钢，其化学成分重百分比为：C：0.20-0.50%，Si：0.8-2.0%，Mn：1.5-3.0%，Al：0.02-0.08%，Ti：0.005-0.015%，Ni：0.5-2.0%，且满足Mn和Ni之和为3.2-3.6%，镧系稀土：0.021-0.033%，其余为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的体积百分含量为7.5-15.0%；其-20℃冲击功为38-48J，屈服强度为1450-1480MPa，抗拉强度为＞1300MPa，延伸率为12-12.5%。本发明具有良好的耐蚀性，良好的冷加工性和良好的韧性，同时具有较高的抗拉强度和高屈服强度。

Description

一种高强度高韧性货架立柱用钢及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种高强度高韧性钢及其生产工艺，具体的说是一种高强度高韧性货架立柱用钢及其生产工艺。

背景技术

载物货架通常为钢结构，对于特殊物料的存放需要，货架的使用条件和环境越来越苛刻，对钢板的厚度要求越来越厚，相应地对用于仓储设备的钢板的技术要求也不断提高。不锈钢发展有近一百年的历史，随着不锈钢使用领域的扩大、品种不断增加，其使用性能也在扩展，使用质量要求不断提高。不锈钢目前待解决的问题就是如何解决随着铬和钼含量的增加所引起的材料热稳定性和焊后以及热加工、热成型塑性、韧性和耐蚀性的劣化问题。过去对不锈钢锻造成型组织结构控制国内研究较多，但对于锻造制坯轧制成型即锻轧成型工艺组织晶粒度控制研究较少。奥氏体不锈钢具有很高的耐蚀性，良好的冷加工性和良好的韧性、塑性、焊接性和无磁性，但一般强度较低，抗拉强度和高屈服强度无法有效得到提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种高强度高韧性货架立柱用钢及其生产工艺，可以使不锈钢锻件获得细小、完整及高位错密度的奥氏体组织，从而获得良好的耐蚀性、冷加工性和韧性，同时具有较高的抗拉强度和高屈服强度。

本发明解决以上技术问题的技术方案：一种高强度高韧性货架立柱用钢，其化学成分重百分比为：C：0.20-0.50%，Si：0.8-2.0%，Mn：1.5-3.0%，Nb：0.06-0.08%，Al：0.02-0.08%，Ti：0.005-0.007%，B：0.005-0.007%，Ni：0.5-2.0%，且满足Mn和Ni之和为3.2-3.6%，镧系稀土：0.021-0.033%，其余为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的体积百分含量为7.5-15.0%；其-20℃冲击功为38-48J，屈服强度为1450-1480MPa，抗拉强度为＞1300MPa，延伸率为12-12.5%；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：4-11%，铕：5-10%，铽：10-13%，钆：15-22%，镨：12-15%，钬：0-4%，铒：15-20%，余量为镧，以上各组分之和为100%。

本发明主要元素的作用及配比依据如下：

硼和稀土元素：申请人通过研究发现，成分中加入适量的硼，硼元素可以偏聚于奥氏体晶界缺陷处，可显著提高热加工性能和韧性，但同时发硼的含量不能过多，超过0.007%后会形成各种对热加工性能和韧性不利的含B析出相，但含量0.007%的硼又不足以全部偏聚于奥氏体晶界缺陷处，为了克服这一缺陷，申请人通过研究发现，通过加入适量的稀土元素，稀土元素可以进一步偏聚于奥氏体晶界及其它晶体缺陷处，与硼一起发挥作用，从而使奥氏体组织更为完整，晶体缺陷大大降低，热加工性能和韧性进一步提高，获得了意想不到的技术效果。

铌：轧制过程中固溶于奥氏体中的Nb和形变诱导析出碳氮化铌粒子显著提高奥氏体未再结晶温度，Nb是获得薄饼状未再结晶奥氏体的最有效元素，固溶于奥氏体的Nb还能够提高淬透性，回火过程中沉淀析出的碳氮化铌粒子具有沉淀强化作用，由于稀土元素的存在，防止破坏稀土元素的作用，Nb含量应控制在0.06-0.08%，低于0.06%铌的上述作用不明显，高于0.08，则妨碍稀土元素的修补作用。

钛：本发明中加入少量Ti是为了形成纳米级尺寸的TiN粒子，可以细化铸坯加热过程中奥氏体晶粒；Ti含量应控制在0.005-0.007%，低于0.005%所形成TiN数量较少，细化晶粒作用很小；Ti含量较高将形成微米级尺寸的液析TiN，不仅不能起到细化晶粒作用，而且对铸件韧性有害。

本发明的进一步限定技术方案，前述的高强度高韧性货架立柱用钢，所述杂质的总含量≤0.1%，其中，P≤0.015%、S≤0.008%、H≤0.003%、N≤0.006％、O≤30ppm。

前述的高强度高韧性货架立柱用钢，其化学成分重百分比为：C：0.20%，Si：0.8%，Nb：0.06%，Mn：1.5%，Al：0.02%，Ti：0.005%，B：0.005%，Ni：0.5%，镧系稀土：0.021%，其余为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的体积百分含量为7.5%；其-20℃冲击功为38J，屈服强度为1450MPa，抗拉强度为＞1300MPa，延伸率为12%；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：4%，铕：5%，铽：10%，钆：15%，镨：12%，铒：15%，余量为镧，以上各组分之和为100%。

前述的高强度高韧性货架立柱用钢，其化学成分重百分比为：C：0.20%，Si：1.3%，Mn：2.1%，Nb：0.07%，Al：0.06%，Ti：0.006%，B：0.006%，Ni：1.5%，镧系稀土：0.021-0.033%，其余为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的体积百分含量为11.5%；其-20℃冲击功为40J，屈服强度为1460MPa，抗拉强度为＞1300MPa，延伸率为12.2%；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：8%，铕：6%，铽：11%，钆：18%，镨：14%，钬：2%，铒：16%，余量为镧，以上各组分之和为100%。

前述的高强度高韧性货架立柱用钢，其化学成分重百分比为：C：0.50%，Si：2.0%，Mn：3.0%，Nb：0.08%，Al：0.08%，Ti：0.007%，B：0.007%，Ni：2.0%，镧系稀土： 0.033%，其余为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的体积百分含量为15.0%；其-20℃冲击功为48J，屈服强度为1480MPa，抗拉强度为＞1300MPa，延伸率为12.5%；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：11%，铕：10%，铽：13%，钆：22%，镨：15%，钬：4%，铒：20%，余量为镧，以上各组分之和为100%。

进一步的，前述的高强度高韧性货架立柱用钢的生产工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—热处理—轧环—回火—冷却—理化检验—超声波探伤—清洁—包装；

所述加热工序中，将冶炼好的钢材送入加热炉加热到1150-1250℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到700-710℃；

所述热处理工序中，采用分段加热，第一段加热温度为760-790℃，到温后保温6-9min，第二段加热温度为810-830℃，到温后保温11-13min；

所述轧环工序中，开轧温度880-950℃，终轧温度为830-880℃，轧后直接淬火冷却，冷速16-18℃/s，终冷温度250-270℃；

所述回火工序中，回火加热温度为490-550℃，保温时间20-40min；

所述冷却工序中：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以1-3℃/s的冷却速率将锻件水冷至450-470℃，然后空冷至450-480℃，再采用水冷以4-5℃/s的冷却速率将锻件水冷至330-360℃，再采用水冷以2-3℃/s的冷却速率冷却至室温。

以上工序中：选材、下料、锻造、理化检验、超声波探伤、清洁和包装都使用现有常用工艺。

本发明铸坯锻造前的加热工序，可以控制奥氏体化温度，高于微合金元素Nb的全固溶温度但低于奥氏体发生反常晶粒长大温度，获得细小均匀的原始奥氏体组织。

本发明的热处理工序，采用分段加热，保证了奥氏体纵向组织细化均匀，确保后续工序不损坏细化的组织。

本发明的轧后进行较低温度的回火，回火过程中发生微合金碳氮化物在奥氏体基体中的沉淀析出，这些析出相一方面阻碍位错回复，使基体中位错密度保持在较高水平，另一方面起到沉淀强化作用，能够显著提高铸件的回火稳定性。

本发明的冷却工序冷却通过水冷与空冷结合，先以较慢的冷却速度水冷，然后进行空冷，最后再通过一快一慢的水冷，不仅可提高锻件的韧性和获得较好的综合力学性能，而且使组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼，获得细小、高位错密度的奥氏体组织。

本发明在化学成分上，采用低碳、多元少量合金以及稀土元素的配合，在生产工艺上，充分利用加热、热处理、轧环、回火和冷却对奥氏体状态的调节作用，获得细化的奥氏体组织，获得良好的耐蚀性，良好的冷加工性和良好的韧性，同时具有较高的抗拉强度和高屈服强度；本发明钢材的主要性能为：屈服强度≥980，抗拉强度≥1020，延伸率≥13.5%，-40℃冲击功≥125J以上，冷弯性能合格。

具体实施方式

    实施例1

本实施例为一种高强度高韧性货架立柱用钢，其化学成分重百分比为：C：0.20%，Si：0.8%，Nb：0.06%，Mn：1.5%，Al：0.02%，Ti：0.005%，B：0.005%，Ni：0.5%，镧系稀土：0.021%，其余为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的体积百分含量为7.5%；其-20℃冲击功为38J，屈服强度为1450MPa，抗拉强度为＞1300MPa，延伸率为12%；所述杂质的总含量≤0.1%，其中：P≤0.015%、S≤0.008%、H≤0.003%、N≤0.006％、O≤30ppm；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：4%，铕：5%，铽：10%，钆：15%，镨：12%，铒：15%，余量为镧，以上各组分之和为100%。

本实施例的高强度高韧性货架立柱用钢的生产工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—热处理—轧环—回火—冷却—理化检验—超声波探伤—清洁—包装；

所述加热工序中，将冶炼好的钢材送入加热炉加热到1150℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到700℃；

所述热处理工序中，采用分段加热，第一段加热温度为760℃，到温后保温6min，第二段加热温度为810℃，到温后保温13min；

所述轧环工序中，开轧温度880℃，终轧温度为830℃，轧后直接淬火冷却，冷速16℃/s，终冷温度270℃；

所述回火工序中，回火加热温度为490℃，保温时间40min；

所述冷却工序中：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以1℃/s的冷却速率将锻件水冷至470℃，然后空冷至450℃，再采用水冷以5℃/s的冷却速率将锻件水冷至330℃，再采用水冷以2℃/s的冷却速率冷却至室温。

实施例2

本实施例一种高强度高韧性货架立柱用钢，其化学成分重百分比为：C：0.20%，Si：1.3%，Mn：2.1%，Nb：0.07%，Al：0.06%，Ti：0.006%，B：0.006%，Ni：1.5%，镧系稀土：0.021-0.033%，其余为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的体积百分含量为11.5%；其-20℃冲击功为40J，屈服强度为1460MPa，抗拉强度为＞1300MPa，延伸率为12.2%；所述杂质的总含量≤0.1%，其中：P≤0.015%、S≤0.008%、H≤0.003%、N≤0.006％、O≤30ppm；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：8%，铕：6%，铽：11%，钆：18%，镨：14%，钬：2%，铒：16%，余量为镧，以上各组分之和为100%。

本实施例的高强度高韧性货架立柱用钢的生产工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—热处理—轧环—回火—冷却—理化检验—超声波探伤—清洁—包装；

所述加热工序中，将冶炼好的钢材送入加热炉加热到1200℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到700℃；

所述热处理工序中，采用分段加热，第一段加热温度为770℃，到温后保温8min，第二段加热温度为820℃，到温后保温12min；

所述轧环工序中，开轧温度910℃，终轧温度为860℃，轧后直接淬火冷却，冷速17℃/s，终冷温度260℃；

所述回火工序中，回火加热温度为520℃，保温时间35min；

所述冷却工序中：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2℃/s的冷却速率将锻件水冷至460℃，然后空冷至470℃，再采用水冷以4℃/s的冷却速率将锻件水冷至350℃，再采用水冷以2℃/s的冷却速率冷却至室温。

实施例3

本实施例是一种高强度高韧性货架立柱用钢，其化学成分重百分比为：C：0.50%，Si：2.0%，Mn：3.0%，Nb：0.08%，Al：0.08%，Ti：0.007%，B：0.007%，Ni：2.0%，镧系稀土： 0.033%，其余为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的体积百分含量为15.0%；其-20℃冲击功为48J，屈服强度为1480MPa，抗拉强度为＞1300MPa，延伸率为12.5%；所述杂质的总含量≤0.1%，其中：P≤0.015%、S≤0.008%、H≤0.003%、N≤0.006％、O≤30ppm；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：11%，铕：10%，铽：13%，钆：22%，镨：15%，钬：4%，铒：20%，余量为镧，以上各组分之和为100%。

本实施例的高强度高韧性货架立柱用钢的生产工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—热处理—轧环—回火—冷却—理化检验—超声波探伤—清洁—包装；

所述加热工序中，将冶炼好的钢材送入加热炉加热到1250℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到710℃；

所述热处理工序中，采用分段加热，第一段加热温度为790℃，到温后保温9min，第二段加热温度为830℃，到温后保温13min；

所述轧环工序中，开轧温度950℃，终轧温度为880℃，轧后直接淬火冷却，冷速18℃/s，终冷温度270℃；

所述回火工序中，回火加热温度为550℃，保温时间20min；

所述冷却工序中：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以3℃/s的冷却速率将锻件水冷至470℃，然后空冷至480℃，再采用水冷以5℃/s的冷却速率将锻件水冷至360℃，再采用水冷以3℃/s的冷却速率冷却至室温。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种高强度高韧性货架立柱用钢，其特征在于：其化学成分重百分比为：C：0.20-0.50%，Si：0.8-2.0%，Mn：1.5-3.0%，Nb：0.06-0.08%，Al：0.02-0.08%，Ti：0.005-0.007%，B：0.005-0.007%，Ni：0.5-2.0%，且满足Mn和Ni之和为3.2-3.6%，镧系稀土：0.021-0.033%，其余为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的体积百分含量为7.5-15.0%；其-20℃冲击功为38-48J，屈服强度为1450-1480MPa，抗拉强度为＞1300MPa，延伸率为12-12.5%；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：4-11%，铕：5-10%，铽：10-13%，钆：15-22%，镨：12-15%，钬：0-4%，铒：15-20%，余量为镧，以上各组分之和为100%。

2.如权利要求1所述的高强度高韧性货架立柱用钢，其特征在于：所述杂质的总含量≤0.1%，其中，P≤0.015%、S≤0.008%、H≤0.003%、N≤0.006％、O≤30ppm。

3.如权利要求1或2所述的高强度高韧性货架立柱用钢，其特征在于：其化学成分重百分比为：C：0.20%，Si：0.8%，Nb：0.06%，Mn：1.5%，Al：0.02%，Ti：0.005%，B：0.005%，Ni：0.5%，镧系稀土：0.021%，其余为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的体积百分含量为7.5%；其-20℃冲击功为38J，屈服强度为1450MPa，抗拉强度为＞1300MPa，延伸率为12%；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：4%，铕：5%，铽：10%，钆：15%，镨：12%，铒：15%，余量为镧，以上各组分之和为100%。

4.如权利要求1或2所述的高强度高韧性货架立柱用钢，其特征在于：其化学成分重百分比为：C：0.20%，Si：1.3%，Mn：2.1%，Nb：0.07%，Al：0.06%，Ti：0.006%，B：0.006%，Ni：1.5%，镧系稀土：0.021-0.033%，其余为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的体积百分含量为11.5%；其-20℃冲击功为40J，屈服强度为1460MPa，抗拉强度为＞1300MPa，延伸率为12.2%；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：8%，铕：6%，铽：11%，钆：18%，镨：14%，钬：2%，铒：16%，余量为镧，以上各组分之和为100%。

5.如权利要求1或2所述的高强度高韧性货架立柱用钢，其特征在于：其化学成分重百分比为：C：0.50%，Si：2.0%，Mn：3.0%，Nb：0.08%，Al：0.08%，Ti：0.007%，B：0.007%，Ni：2.0%，镧系稀土： 0.033%，其余为Fe和不可避免的杂质；其显微组织为板条马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的体积百分含量为15.0%；其-20℃冲击功为48J，屈服强度为1480MPa，抗拉强度为＞1300MPa，延伸率为12.5%；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：11%，铕：10%，铽：13%，钆：22%，镨：15%，钬：4%，铒：20%，余量为镧，以上各组分之和为100%。

6.如权利要求1所述的高强度高韧性货架立柱用钢的生产工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—热处理—轧环—回火—冷却—理化检验—超声波探伤—清洁—包装；其特征在于：

所述加热工序中，将冶炼好的钢材送入加热炉加热到1150-1250℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到700-710℃；

所述热处理工序中，采用分段加热，第一段加热温度为760-790℃，到温后保温6-9min，第二段加热温度为810-830℃，到温后保温11-13min；

所述轧环工序中，开轧温度880-950℃，终轧温度为830-880℃，轧后直接淬火冷却，冷速16-18℃/s，终冷温度250-270℃；

所述回火工序中，回火加热温度为490-550℃，保温时间20-40min；

所述冷却工序中：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以1-3℃/s的冷却速率将锻件水冷至450-470℃，然后空冷至450-480℃，再采用水冷以4-5℃/s的冷却速率将锻件水冷至330-360℃，再采用水冷以2-3℃/s的冷却速率冷却至室温。