CN108441764A - 一种富Cu纳米析出超高强钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种富Cu纳米析出超高强钢板及其制备方法,属于高强钢技术领域。其化学成份重量百分比为:C:0.02~0.04%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.70~2.0%,Nb:0.05~0.08%,Cu:1.8~2.2%等;首先坯锭经过1100~1200℃的再加热,然后进行两阶段控轧和控冷,粗轧开轧温度1050~1100℃;终冷温度为400~440℃,获得贝氏体组织;钢板冷却后,进行等温热处理。优点在于,钢板具有超高强度,并兼具优良低温韧性,适用于高强度等级的管线钢、工程机械用钢、海洋平台用钢及容器用钢等多领域应用。
Description
技术领域
本发明属于高强钢技术领域,特别涉及一种富Cu纳米析出超高强钢板及其制备方法。适用于高强度等级的管线钢、工程机械用钢、海洋平台用钢、容器用钢等多领域的应用。钢板在获得所需要的强度的同时,也能兼具优良的韧塑性。
背景技术
目前,随着资源、环境、能源压力日益增大,环保和节能越来越受到钢铁行业的重视,也对超高强度钢板的开发提出了更高的要求。
传统的高强钢的强度的提升主要依赖于碳含量的提高、Nb等微合金元素的析出物、控轧控冷等手段。但是,这些强化手段均可能带来负面影响。首先,随着碳含量的提高,钢的强度得到一定幅度的提升,然而不得不牺牲一部分其他性能,如断裂韧性、焊接性能以及成型性能等。其次,Nb等微合金元素的析出物虽然也是纳米级,但通常尺寸较大,为几十个纳米甚至是100~200nm级,也有几十个纳米的ε-Cu。这些传统的析出物尺寸较大,强化效果较弱,而且容易粗化,易对钢板的综合性能产生不利的影响。此外,控轧控冷也会带来厚度方向性能不均、过快冷速下产生板型等问题。
本发明创新的富Cu纳米析出强化超高强钢则突破了传统高强钢的强化瓶颈,它通过控制合金元素和合适的热处理工艺,获得以Cu元素为核心的复相层级结构的纳米沉淀相,这种富Cu纳米沉淀相可以大幅提高强度且保持良好的塑性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种富Cu纳米析出超高强钢板及其制备方法,解决了传统高强钢强化的问题。通过控制合金元素和合适的热处理工艺,获得以Cu元素为核心的复相层级结构的纳米沉淀相,实现了钢板在获得需要的超高强度的同时,兼具优良的韧塑性,且具有广泛的应用范围和广阔的应用前景。
一种富Cu纳米析出超高强钢板,其中,化学成份重量百分比为:C:0.02~0.04%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.70~2.0%,P:≤0.010%,S:≤0.0012%,Al:0.01~0.05%,Nb:0.05~0.08%,Ti:0.005~0.016%,Ni:0.9~1.1%,Cu:1.8~2.2%,余量为Fe和不可避免杂质元素。
一种富Cu纳米析出超高强钢板的制备方法,包括加热、轧制、冷却、等温热处理等工艺,其特征在于,具体步骤及参数如下:
1)坯锭经过1100~1200℃的再加热,坯锭均热时间50~60min;可保证钢坯加热均匀,同时控制奥氏体晶粒尺寸。
2)然后进行两阶段控轧和控冷,粗轧开轧温度1050~1100℃,粗轧终轧温度950~1000℃,精轧开轧温度850~900℃,精轧终轧温度800~830℃,开冷温度为760~800℃;冷却速度为20~30℃/s,终冷温度为400~440℃;获得贝氏体组织。
3)钢板冷却后,在500~550℃范围进行等温热处理,时间0.5~1小时。在贝氏体基体上获得大量弥散、细小的以Cu元素为核心的复相层级结构的纳米沉淀相,使钢板具有超高强度以及优良的低温韧性。
该钢力学性能为:钢板纵向拉伸屈服强度≥1000MPa,-20℃夏比冲击功≥130J。
本发明内容的构成要点立足于以下认识:
C元素是提高传统超高强钢的强度的手段之一,但是如果含量过高,会对低温韧性、焊接性能等带来不利的影响。且本发明中主要依靠合金元素和工艺来控制析出物,因此采用超低碳含量,将C含量控制在0.02~0.04wt%范围内。
Mn元素能够显著提高强度性能,而且Mn的加入可以增强时效初期的析出强化效果,提高时效初期析出相的形核率,可有效缩短时效时间,节省生产成本。因此,将Mn控制在1.70~2.0wt%范围。
P、S元素是钢中杂质元素,且易偏析,影响连铸坯内部质量。为了获得高强度以及良好的低温韧性,必须严格控制P、S含量。本发明中其含量控制范围为:P:≤0.010wt%,S:≤0.0012wt%。
Nb能提高奥氏体的再结晶温度,扩大未再结晶区温度范围,推迟了未再结晶的进行,可以有效地细化晶粒。细化晶粒不仅能提高钢材的强度,也能从一定程度上提高钢材的低温韧性和塑性。微合金元素Nb的C、N化物等弥散的分布在集体上,也能有效的细化晶粒。因此,将Nb元素的含量控制在0.05~0.08wt%。
Ti是强碳化物形成元素,富集在晶界处,能有效的抑制晶粒长大,起到细化晶粒的作用。Ti和S的亲和力很强,在含Ti钢中优先形成TiS,降低了生成硫化铁的几率,可以减少钢的热脆性。为提高钢材的低温韧性和强度,将Ti元素的含量控制在0.005~0.016wt%。
Cu元素为本发明中的核心合金元素,其主要作用是通过控制其含量和生产工艺,来生成一种以Cu元素为核心的纳米析出相,不仅可以获得高强度,还能兼具优良的低温韧性。因此Cu含量控制在1.8~2.2wt%范围内。
Ni元素也是本发明中的核心合金元素,由于钢中引入合金元素Cu在冶金过程中易引起热脆,因此加入适量的Ni来消除合金元素Cu引起的热脆。同时,合金元素Ni的加入可以进一步提高钢的强度和低温韧性。按照Cu/Ni比为2∶1的比例进行成分设计,将Ni含量控制在0.9~1.1wt%范围内。
本发明的优点在于,突破了传统的高强钢的强度的提升主要依赖于碳含量的提高、Nb等微合金元素的析出物、控轧控冷等手段,使钢板自身不仅具有超高强度,还兼具优良的低温韧性。适用于高强度等级的管线钢、工程机械用钢、海洋平台用钢及容器用钢等多领域的应用。
附图说明
图1为本发明钢板TMCP态金相组织示意图。
图2为本发明钢板等温热处理后金相组织示意图。
图3为本发明钢板TMCP态的析出物形貌示意图。
图4为本发明钢板等温热处理后的析出物形貌示意图。
具体实施方式
实施例1~5
一、实施例中富Cu纳米析出超高强钢板如下表1所示:
表1钢板化学成分(wt%)
实施例 | C | Si | Mn | S | P | Al | Nb | Ti | Ni | Cu |
实施例1 | 0.025 | 0.18 | 1.8 | 0.001 | 0.009 | 0.03 | 0.05 | 0.007 | 0.9 | 2 |
实施例2 | 0.03 | 0.2 | 1.9 | 0.001 | 0.008 | 0.03 | 0.05 | 0.006 | 1 | 2.1 |
实施例3 | 0.028 | 0.24 | 1.7 | 0.0011 | 0.009 | 0.02 | 0.06 | 0.005 | 0.9 | 2.1 |
实施例4 | 0.032 | 0.19 | 2 | 0.0011 | 0.008 | 0.03 | 0.05 | 0.006 | 1.1 | 1.9 |
实施例5 | 0.035 | 0.27 | 1.9 | 0.0012 | 0.008 | 0.04 | 0.05 | 0.008 | 1 | 1.9 |
以上实施例均为化学成分重量百分比,余量均为Fe和不可避免杂质元素。
二、实施例制备如下表2所示:
实施例中富Cu纳米析出超高强钢板经过TMCP及等温热处理后,在贝氏体基体上获得大量弥散、细小的以Cu为核心的纳米沉淀相,详见图2所示。
表2实施例工艺制度
三、实施例力学性能如下表3所示:
实施例1~5生产的富Cu纳米析出超高强钢板,检验其力学性能见表3所示。
表3实施例力学性能
Claims (3)
1.一种富Cu纳米析出超高强钢板,其特征在于,其中,化学成份重量百分比为:C:0.02~0.04%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.70~2.0%,P:≤0.010%,S:≤0.0012%,Al:0.01~0.05%,Nb:0.05~0.08%,Ti:0.005~0.016%,Ni:0.9~1.1%,Cu:1.8~2.2%,余量为Fe和不可避免杂质元素。
2.根据权利要求1所述的超高强钢板,其特征在于,钢板纵向拉伸屈服强度≥1000MPa,-20℃夏比冲击功≥130J。
3.一种权利要求1所述的超高强钢板的制备方法,其特征在于,具体步骤及参数如下:
1)坯锭经过1100~1200℃的再加热,坯锭均热时间50~60min;可保证钢坯加热均匀,同时控制奥氏体晶粒尺寸;
2)然后进行两阶段控轧和控冷,粗轧开轧温度1050~1100℃,粗轧终轧温度950~1000℃,精轧开轧温度850~900℃,精轧终轧温度800~830℃,开冷温度为760~800℃;冷却速度为20~30℃/s,终冷温度为400~440℃,获得贝氏体组织;
3)钢板冷却后,在500~550℃范围进行等温热处理,时间0.5~1小时;在贝氏体基体上获得大量弥散、细小的以Cu元素为核心的复相层级结构的纳米沉淀相。
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