CN105154763A

CN105154763A - 低碳硅锰系贝氏体高强钢及其生产方法

Info

Publication number: CN105154763A
Application number: CN201510611098.9A
Authority: CN
Inventors: 田亚强; 陈连生; 宋进英; 郑小平; 魏英立; 张宏军; 高天佐
Original assignee: North China University of Science and Technology
Current assignee: North China University of Science and Technology
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2015-12-16

Abstract

本发明公开了一种低碳硅锰系贝氏体高强钢及其生产方法，其包括热轧工序、冷轧工序和热处理工序，采用下述质量百分含量化学成分的板坯热轧：C？0.15～0.22%、Si？1.2～1.8%、Mn？1.5～1.8%、P≤0.05%、S≤0.03%，余量为Fe及不可避免杂质；所述热处理工序：冷轧工序得到的终轧板以8～12℃/s升温至780～820℃，保温1000～1800s；然后以8～12℃/s加热至950～1000℃，保温时间300～600s；最后经Q&PB处理，即可得到所述的高强钢。本方法通过优化成分设计，降低原料成本；通过两相区预先Mn配分，使奥氏体中Mn元素不均匀分布，增加淬火前奥氏体的稳定性，从而使室温下残余奥氏体含量增加；进而增加TRIP效应，提高韧性和伸长率；工艺简单，便于工业化生产，等温时间短，有效地提高了生产效率。

Description

低碳硅锰系贝氏体高强钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种高强钢及其生产方法，尤其是一种低碳硅锰系贝氏体高强钢及其生产方法。

背景技术

随着科技的发展社会的进步，制造业领域对各种材料的需求也越来越高，对材料的性能要求越来越严格，毫无疑问，钢铁材料的发展至关重要，它推动着整个材料界的发展。而贝氏体钢作为一种新型材料，它具有优良的力学性能。Danemport和E.C.Bain于20世纪30年代首次在钢中发现贝氏体组织以来，之后的几十年许多国内外科研工作者对其进行了大量的研究工作。贝氏体理论也得到很大的进展，所以贝氏体钢的开发用用也极大的引起了社会相关领域的高度重视。50年代出现了Mo-B系贝氏体钢，70年代又出现了Mn-B系空冷贝氏体钢。它们都具有优良的耐磨性，高强韧性，在矿上、电力、冶金、建材等领域的到了初步的应用，但是他们的生产工序较为复杂，生产效率低，合金元素多，生产成本高。近年来，又出现对纳米级贝氏体的研究，虽然工艺简单，添加合金元素较少，但其等温时间较长，强度高，但韧性不好，应用领域较窄。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高性能、低成本的低碳硅锰系贝氏体高强钢；本发明还提供了一种工艺简单的低碳硅锰系贝氏体高强钢的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明化学成分的质量百分含量为：C0.15～0.22%、Si1.2～1.8%、Mn1.5～1.8%、P≤0.05%、S≤0.03%，余量为Fe及不可避免杂质。

本发明所述高强钢的伸长率为20%～30%，强塑积为20000～30000MPa·%。

本发明方法包括热轧工序、冷轧工序和热处理工序，采用上述质量百分含量化学成分的板坯进行热轧；

所述热处理工序：冷轧工序得到的终轧板以8～12℃/s升温至780～820℃，保温1000～1800s；然后以8～12℃/s加热至950～1000℃，保温时间300～600s；最后经Q&PB处理，即可得到所述的高强钢。

本发明所述Q&PB处理过程为：盐浴淬火至400～500℃并保温180～1800s，再水淬至室温。

本发明所述热轧工序：粗轧开轧温度1030～1080℃，粗轧道次变形量为25～45%；精轧总变形量为50%～60%，终轧温度为830～850℃。

本发明热轧工序中，热轧终轧的板厚为5～7mm；冷轧工序中，终轧板的板厚为2～3mm。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过优化起成分设计，减少添加合金元素的种类，较低的C、Mn元素含量，同时还添加一定量的Si元素，降低了生成成本。

本发明方法的热处理过程采用I&Q&PB（等温-淬火-碳分配）工艺，即通过A_C1、A_C3区的等温过程以及Q&PB（淬火-碳分配）工艺，实现双相区（A_C1～A_C3）预先Mn配分，提高残余奥氏体体积分数、改善力学性能，制备出强塑积20000～30000MPa·%的高强钢。Mn配分机制的引入，实现了淬火前奥氏体中Mn元素的聚集，提高奥氏体的稳定性，增加淬火后未转变奥氏体的含量，不但提高了钢的强韧性，还避免了大量添加Mn对冶炼、铸造工艺的不利影。因此，本发明方法简单易行，便于工业化生产，添加贵金属元素少，成本较低。

本发明通过优化起成分设计，降低其原料的成本；通过两相区预先Mn配分，使奥氏体中Mn元素不均匀分布，增加淬火前奥氏体的稳定性，从而使得室温下残余奥氏体含量增加；进而增加Trip效应，提高韧性和伸长率。本发明通过盐浴淬火，贝氏体区等温，工艺简单，便于工业化生产，等温时间短，有效地提高了生产效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是常规工艺中热处理工序的温度曲线图；

图2是本发明热处理工序的温度曲线图；

图3是I&Q工艺处理后室温组织及合金元素分布的EPMA像；

图4是本发明I&Q&PB工艺处理后室温组织及合金元素分布的EPMA像。

具体实施方式

实施例1：本低碳硅锰系贝氏体高强钢的生产方法采用下述工艺步骤。

（1）钢水经冶炼、铸造成坯料后，锻造成板坯；板坯中化学成分的质量百分含量为：C0.15%、Si1.8%，Mn1.5%，P0.04%、S0.02%，余量为Fe及不可避免杂质。

（2）热轧、冷轧工序：将所述板坯进行热轧、冷轧，得到终轧板；热轧过程依次进行粗轧与精轧；粗轧开轧温度1030℃，粗轧道次变形量为25%；精轧总变形量为55%，终轧温度为830℃，热轧终轧的板厚为5mm；然后经冷轧工序，冷轧至2mm。

（3）热处理工序：所述终轧板以10℃/s升温至780℃，保温1800s；然后以10℃/s加热至950℃，保温时间300s；盐浴淬火至500℃并保温180s，最后再水淬至室温，即可得到所述的贝氏体高强钢。

本贝氏体高强钢伸长率为22.5%，强塑积为20250MPa·%，残余奥氏体含量为9.8%。

实施例2：本低碳硅锰系贝氏体高强钢的生产方法采用下述工艺步骤。

（1）钢水经冶炼、铸造成坯料后，锻造成板坯；板坯中化学成分的质量百分含量为：C0.17%、Si1.56%，Mn1.8%，P0.05%、S0.03%，余量为Fe及不可避免杂质。

（2）热轧、冷轧工序：将所述板坯进行热轧、冷轧，得到终轧板；热轧依次进行粗轧与精轧；粗轧开轧温度1050℃，粗轧道次变形量为35%，精轧总变形量为50%，终轧温度为850℃，热轧终轧的板厚为5mm；然后经冷轧工序，冷轧至2mm。

（3）热处理工序：所述终轧板以10℃/s升温至800℃，保温1800s；然后以12℃/s加热至950℃，保温时间600s；盐浴淬火至450℃并保温1200s，最后再水淬至室温，即可得到所述的贝氏体高强钢。

本贝氏体高强钢伸长率为28.3%，强塑积为29715MPa·%，残余奥氏体含量为14.6%。

实施例3：本低碳硅锰系贝氏体高强钢的生产方法采用下述工艺步骤。

（1）钢水经冶炼、铸造成坯料后，锻造成板坯；板坯中化学成分的质量百分含量为：C0.22%、Si1.2%，Mn1.6%，P0.04%、S0.02%，余量为Fe及不可避免杂质。

（2）热轧、冷轧工序：将所述板坯进行热轧、冷轧，得到终轧板；热轧依次进行粗轧与精轧；粗轧开轧温度1080℃，粗轧道次变形量为30%，精轧总变形量为60%，终轧温度为840℃，热轧终轧的板厚为6mm；然后经冷轧工序，冷轧至3mm。

（3）热处理工序：所述终轧板以8℃/s升温至800℃，保温1200s；然后以10℃/s加热至980℃，保温时间600s；盐浴淬火至450℃并保温1800s，最后再水淬至室温，即可得到所述的贝氏体高强钢。

本贝氏体高强钢伸长率为25.4%，强塑积为24130MPa·%；残余奥氏体含量为10.6%。

实施例4：本低碳硅锰系贝氏体高强钢的生产方法采用下述工艺步骤。

（1）钢水经冶炼、铸造成坯料后，锻造成板坯；板坯中化学成分的质量百分含量为：C0.19%、Si1.65%，Mn1.7%，P0.03%、S0.01%，余量为Fe及不可避免杂质。

（2）热轧、冷轧工序：将所述板坯进行热轧、冷轧，得到终轧板；热轧依次进行粗轧与精轧；粗轧开轧温度1060℃，粗轧道次变形量为45%，精轧总变形量为50%，终轧温度为835℃，热轧终轧的板厚为7mm；然后经冷轧工序，冷轧至2.5mm。

（3）热处理工序：所述终轧板以12℃/s升温至820℃，保温1000s；然后以8℃/s加热至1000℃，保温时间450s；盐浴淬火至400℃并保温900s，最后再水淬至室温，即可得到所述的贝氏体高强钢。

本贝氏体高强钢伸长率为26.4%，强塑积为25080MPa·%；残余奥氏体含量为11.6%。

对比例：采用与权利要求1相同成分配比的板坯进行生产，经热轧工序、冷轧工序和热处理工序生产贝氏体高强钢。

其中热轧、冷轧工序的工艺过程与实施例1、2、3、4相同，热处理工序的工艺过程为：所述终轧板以10℃/s升温，然后快速加热至950℃，保温时间600s，然后盐浴淬火至450℃并保温1200s，最后再水淬至室温。

所得贝氏体高强钢伸长率为22%，强塑积为20240MPa·%，残余奥氏体含量为8.19%。

图1为对比例中热处理工序的温度曲线图；图2为实施例1、2、3、4中热处理工序的温度曲线图；图3是双相区Mn配分-淬火的室温组织及合金元素分布的EPMA像；图4是实施例1产品的室温组织及合金元素分布的EPMA像。

由图3可见，实验钢经双相区预先Mn配分，然后水淬，最终得到马氏体-铁素体组织，Mn元素在双相区保温过程中由铁素体向奥氏体中聚集，水淬后得到马氏体-铁素体双相组织，Mn元素在马氏体处聚集，由此可知，Mn元素可以聚集在奥氏体中，并且聚集状态可以保留到室温。

有图4可见，实验钢经过I&Q&PB工艺处理后最终的到贝氏体组织，C、Mn元素在贝氏体组织中发生了明显的聚集现象。由于C、Mn元素的聚集增加淬火前奥氏体的稳定性，从而使得室温下残余奥氏体含量增加；进而增加Trip效应，提高韧性，同时还避免了大量添加Mn对冶炼、铸造工艺的不利影，降低了生产成本。

Claims

1.一种低碳硅锰系贝氏体高强钢，其特征在于，其化学成分的质量百分含量为：C0.15～0.22%、Si1.2～1.8%、Mn1.5～1.8%、P≤0.05%、S≤0.03%，余量为Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的低碳硅锰系贝氏体高强钢，其特征在于：所述高强钢的伸长率为20%～30%，强塑积为20000～30000MPa·%。

3.一种低碳硅锰系贝氏体高强钢的生产方法，包括热轧工序、冷轧工序和热处理工序，其特征在于，采用下述质量百分含量化学成分的板坯进行热轧：C0.15～0.22%、Si1.2～1.8%、Mn1.5～1.8%、P≤0.05%、S≤0.03%，余量为Fe及不可避免杂质；

4.根据权利要求1所述的低碳硅锰系贝氏体高强钢的生产方法，其特征在于，所述Q&PB处理过程为：盐浴淬火至400～500℃并保温180～1800s，再水淬至室温。

5.根据权利要求1所述的低碳硅锰系贝氏体高强钢的生产方法，其特征在于，所述热轧工序：粗轧开轧温度1030～1080℃，粗轧道次变形量为25～45%；精轧总变形量为50%～60%，终轧温度为830～850℃。