CN106834964B - 一种低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢及其制备方法。其技术方案是：将钢坯轧制成板材，将所述板材以5～10℃/s的升温速度加热至980～1020℃，保温10～20min，水冷至410～430℃，再空冷至340～360℃，保温10～20min，然后水冷至室温，制得低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢。所述钢坯化学成分及含量：C为0.23～0.25wt%，Si为1.70～1.93wt%，Mn为1.98～2.02wt%，Mo为0.227～0.230wt%，Cr为0.98～1.02wt%，P<0.008wt%，S<0.002 wt%，N<0.004wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明具有成本低廉、周期短和工艺简单的特点，所制备的低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢机械性能优良，广泛应用于工程机械、海洋设施、桥梁、汽车、造船、压力容器等领域。
Description
技术领域
本发明属于低碳高强度贝氏体钢技术领域。尤其涉及一种低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢及其制备方法。
背景技术
低碳高强度贝氏体钢主要应用于工程机械、海洋设施、桥梁、汽车、造船和压力容器等领域，随着科技和经济的发展，对其强度和韧性要求日益提高。现有的低碳贝氏体钢大多添加大量合金元素，如Nb、Ti、Co、Al等，其中有些合金元素价格昂贵，增加了生产成本；此外，现有低碳贝氏体钢的生产工艺大多采用弛豫析出相变技术，或者长时间的控轧控冷等温处理工艺，这些技术虽然可以获得高强度高韧性的低碳贝氏体钢，但工艺比较复杂，生产周期长，降低了生产节奏。
“高性能低碳贝氏体结构钢及其生产方法”（CN200610134087.7）专利技术，其化学成分（wt%）为：C=0.04～0.07%，Si=0.20～0.50%，Mn=1.50～1.80%，Nb=0.03～0.06%，Ti=0.005～0.030%，Cr=0.25～0.50%，Cu=0.30～0.60%，Ni=0.20～0.50%， Als=0.010～0.070%，余量为Fe。其抗拉强度达到590MPa级别，且低温冲击韧性良好。合金元素添加种类复杂，生产采用TMCP+RPC工艺，即热机械控制工艺+弛豫析出控制相变技术，并在冷后回火，生产工艺复杂，生产周期长，而且生产成本提高。
“一种高性能低碳贝氏体钢及生产方法”（CN102071362）专利技术，其化学成分（wt%）为：C=0.03～0.10%，Si=0.05～0.5%，Mn=1.0～2.0%，Cr=0.1～0.5%，Mo=0.1～0.5%，Nb=0.01～0.10%，Ti=0.005～0.10%，Al=0.02～0.06%，余量为Fe。其碳含量较低，所以抗拉强度只能达到725MPa级别，添加了Nb、Ti、Al等合金元素，增加了成本；其冶炼过程需要采用Ca处理，轧制过程采用TMCP两阶段控轧工艺，而且连铸坯堆冷时间超过48小时，生产工艺较为复杂，生产周期长，不利于工业化生产。
“一种含有先共析铁素体的纳米贝氏体钢及其制备方法”（CN 104962824）专利技术，其成分（wt%）为：C=0.68～1.08%，Si=1.9～3.0%，Mn=1.8～3.5%，Cr=1.5～3.1%，Co=1.2～2.8%，P≤0.015%，和S≤0.015%，余量为Fe和伴随的杂质。虽然抗拉强度达到1789MPa，总延伸率为13.8%，但是碳质量百分比高达0.68%，加工成型后机械加工困难，焊接性能很差；而且添加了大量贵重的合金元素Cr和Co，增加了其成本；此外其热处理工艺要在贝氏体转变温度下进行低温变形15%，变形完成后还得进行等温相变3h，工艺复杂且周期较长，不利于工业生产。
“一种低碳纳米贝氏体钢及其制备方法”（CN 104962806）专利技术，其成分（wt%）为：C=0.2～0.49%，Si=1.0～2.1%，Mn=1.5～3.5%，Mo=0.5～1.2%，Al=2.0～4.0%，P≤0.01%，和S≤0.01%，余量为Fe和伴随的杂质。虽然钢的抗拉强度达到了1700MPa，延伸率为13%以上，但是添加了大量贵重的合金元素Mo，增加了成本，此外热处理工艺中采用奥氏体热轧和淬火等温变形0.5-2.5h等两步轧制工艺，工艺复杂，在工业生产中很难实现，不利于大量生产。
由上述分析可以看出：现有的低碳贝氏体钢大多添加了多种合金元素，不仅增加了生产成本，而且生产工艺比较复杂、生产周期长和不适于大规模工业化生产。
发明内容
本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、生产成本低和生产周期短的低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢的制备方法。用该方法制备的低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢机械性能优良。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将钢坯轧制成板材，将所述板材以5～10℃/s的升温速度加热至980～1020℃，保温10～20min，水冷至410～430℃，再空冷至340～360℃，保温10～20min，然后水冷至室温，制得低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢。
所述钢坯的化学成分及其含量是：C为0.23～0.25wt%，Si为1.70～1.93wt%，Mn为1.98～2.02wt%，Mo为0.227～0.230wt%，Cr为0.98～1.02wt%，P<0.008wt%，S<0.002 wt%，N<0.004wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明以价格低廉的C、Si、Mn元素为主，不需要添加Nb、Ti、Ni和B等贵重合金元素，故成本低廉；本发明向低碳钢中添加适量Cr提高钢的淬透性，避免高温铁素体的转变，促进更多过冷奥氏体向贝氏体转变；控制贝氏体转变在低温下进行，短周期内获得几乎全部的纳米级板条贝氏体组织，提高制品的强度及韧性。
本发明制备的低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢显微组织主要为纳米级板条贝氏体+少量马氏体+残余奥氏体。纳米级板条贝氏体组织既具有较高的强度，又有良好的塑性，对提升板材的性能有利。而且大量Si元素的加入抑制碳化物的形成，使延伸性能进一步提高，冲击韧性大大增强。利用向低碳钢中添加适量Cr可以在等温处理过程中促进更多纳米级板条贝氏体的形成，最终得到屈服强度为896～958MPa、抗拉强度为1250～1350MPa和延伸率为13.1～15.3%的低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢。
本发明具有成本低廉、周期短和工艺简单的特点，所制备的低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢机械性能优良，广泛应用于工程机械、海洋设施、桥梁、汽车、造船、压力容器等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢及其制备方法。将钢坯轧制成板材，将所述板材以5～8℃/s的升温速度加热至980～1000℃，保温10～15min，水冷至410～420℃，再空冷至340～350℃，保温10～15min，然后水冷至室温，制得低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢。
所述钢坯的化学成分及其含量是：C为0.23～0.24wt%，Si为1.70～1.83wt%，Mn为1.98～2.00wt%，Mo为0.227～0.229wt%，Cr为0.98～1.00wt%，P<0.008wt%，S<0.002 wt%，N<0.004wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例所制备的低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢经检测：屈服强度为920～958MPa；抗拉强度为1300～1350MPa；延伸率为13.1～14.4%。
实施例2
一种低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢及其制备方法。将钢坯轧制成板材，将所述板材以7～10℃/s的升温速度加热至1000～1020℃，保温15～20min，水冷至420～430℃，再空冷至350～360℃，保温15～20min，然后水冷至室温，制得低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢。
所述钢坯的化学成分及其含量是：C为0.24～0.25wt%，Si为1.80～1.93wt%，Mn为1.99～2.02wt%，Mo为0.228～0.230wt%，Cr为0.99～1.02wt%，P<0.008wt%，S<0.002 wt%，N<0.004wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例所制备的低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢经检测：屈服强度为896～924MPa；抗拉强度为1250～1300MPa；延伸率为14.2～15.3%。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式以价格低廉的C、Si、Mn元素为主，不需要添加Nb、Ti、Ni、B等贵重合金元素，故成本低廉；本具体实施方式向低碳钢中添加适量Cr提高钢的淬透性，避免高温铁素体的转变，促进更多过冷奥氏体向贝氏体转变；控制贝氏体转变在低温下进行，短周期内获得几乎全部的纳米级板条贝氏体组织，提高制品的强度及韧性。
本具体实施方式制备的低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢显微组织主要为纳米级板条贝氏体+少量马氏体+残余奥氏体。纳米级板条贝氏体组织既具有较高的强度，又有良好的塑性，对提升板材的性能有利。而且大量Si元素的加入抑制碳化物的形成，使延伸性能进一步提高，冲击韧性大大增强。利用向低碳钢中添加适量Cr可以在等温处理过程中促进更多纳米级板条贝氏体的形成，最终得到屈服强度为896～958MPa、抗拉强度为1250～1350MPa和延伸率为13.1～15.3%的低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢。
本具体实施方式具有成本低廉、周期短和工艺简单的特点，所制备的低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢机械性能优良，广泛应用于工程机械、海洋设施、桥梁、汽车、造船、压力容器等领域。
Claims (2)
1.一种低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢的制备方法，其特征在于将钢坯轧制成板材，将所述板材以5～10℃/s的升温速度加热至980～1020℃，保温10～20min，水冷至410～430℃，再空冷至340～360℃，保温10～20min，然后水冷至室温，制得低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢；
所述钢坯的化学成分及其含量是：C为0.23～0.25wt%，Si为1.70～1.93wt%，Mn为1.98～2.02wt%，Mo为0.227～0.230wt%，Cr为0.98～1.02wt%，P<0.008wt%，S<0.002 wt%，N<0.004wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.一种低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢，其特征在于所述低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢为根据权利要求1所述低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢的制备方法所制备的低碳高强度含Cr纳米级贝氏体钢。
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