CN1091154C - 一种低碳微合金钢的制造方法 - Google Patents

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一种低碳微合金钢的制造方法，适用于低碳Nb-Ti微合金钢的制造，包括加热、冷却、保温、轧制、加速冷却。首先，将钢坯加热到1150℃-1230℃并保温25-35分钟，钢坯出炉后加速冷却，冷却速度为5℃/s-10℃/s，待钢坯冷却至Ar1-20℃至Ar1+80℃温度区间时，保温10-40分钟然后进行一道次变形，压下量≥65%，随后水冷至室温。该方法利用相间沉淀和铁素体的动态再结晶机制，能使微合金钢晶粒细化，并且使强度大幅度提高。

Description

一种低碳微合金钢的制造方法
本发明属于合金钢生产工艺领域范围，该工艺适用低碳微合金钢的晶粒细化和提高强度。
控制轧制控制冷却由于具有节省能源、提高生产效率、减少环境污染一直为国内外很多企业所广泛应用。亦有很多关于控制轧制和控制冷却技术的专利和文献。
现有的使晶粒细化的控轧控冷工艺主要有：
(1)日本的Hiroshi Yada等人提出关于制造超细晶粒的铁素体钢的专利方法。试验材料的主要化学成分为0.02％-0.3％C，0.1％-2.0％Mn，及其它杂质元素，不含Nb、Ti、Mo和W。利用奥氏体的动态相变即应变诱导相变和铁素体的动态再结晶机制，在Ar1+50℃到Ar3+100℃温度区间以大变形量进行快速轧制，总压下量不能小于50％，轧制后快速冷却。通过该工艺轧制的钢最终获得铁素体晶粒尺寸小于4μm的超细组织，抗拉强度σb为520MPa-715MPa，屈服强度σ0.2基本上不大于600MPa。[Hiroshi Yada；YoshikaznMatsumura；Koe Nakajima，U.S.patent4,466,842.Ferrite Steel HavingVltra-Fine Grains and A Method for Producing The Same]
(2)P.D.Hodgson通过一种新型热轧工艺生产等轴的铁素体晶粒尺寸为1μm的超细组织钢。该方法为将钢坯加热到奥氏体区保温后，冷至Ar3温度附近(约700-780℃)，然后进行一道次轧制，压下量25％-45％，轧后空冷。经过上述轧制工艺后，对于普碳钢(0.09％C-1.00％Mn)，抗拉强度σb为530MPa，屈服强度σs为470MPa；对于低碳(0.09％C)Nb-Ti微合金钢抗拉强度σb为575MPa，屈服强度σs为575MPa。[P.D.Hodgson，M.R.Hickson，R.K.Gibbs，TheProduction Mechanical Properties of Ultrafine Ferrite，MaterialsScience Forum，Vol 284-286(1998).PP63-72]
以上方法各有其局限性。Yada等人只是就普碳钢和碳锰钢进行轧制，而未考虑微合金元素Nb、Ti等对组织细化的作用，而且为满足细化效果需进行多道次快速轧制。Hodgson的工艺方法虽然比较简单，但对微合金元素的析出强化作用考虑较少。而且钢坯从奥低体区冷却到轧制温度时未经过保温即进行一道次轧制，故其强度增量并不大，且屈强比(σs/σb)太高(σs/σb＝1)。
本发明的目的在于提供一种低碳微合金钢制造方法，该方法利用相间沉淀和铁素体的动态再结晶机制，能使低碳微合金钢晶粒细化至1.0μm，而且使其强度大幅度提高。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
采用的低碳微合金钢化学成分如下(wt％)：0.04-0.11C，0.1-0.3Si，1.0-1.5Mn；0.03-0.06Nb，0.0l-0.04Ti，0.001-0.05AlS，0.001-0.015P，0.001-0.01S，余量Fe。该钢的临界相变点Ar1为675℃，Ar3为805℃。
对上述化学成分的微合金钢进行控制轧制的主要工艺流程如下：加热—冷却—保温—轧制—加速冷却(水冷)。
首先，将钢坯加热到1150℃-1230℃并保温25-35分钟，使Nb、Ti微合金元素充分固溶，钢坯出炉后加速冷却，冷却速度为5℃/S-10℃/S，待钢坯冷却至650℃-750℃温度区间内，即冷至钢的Ar3以下，此时，钢的组织处于铁素体区或奥氏体+铁素体两相区，再保温10-40分钟，然后再进行一道次变形，压下量≥65％，随后水冷至室温。
钢由奥氏体区迅速冷却至Ar1附近并保温，得到稳定的铁素体组织，同时抑制微合金元素在高温时析出，而使之在较低温度时发生相间沉淀，这种碳化物细小弥散，使钢的强度提高。在大变形量作用下，铁素体发生动态再结晶。相间沉淀不仅起到强化作用，而且能增加铁素体动态再结晶时形核位置，同时亦能抑制动态再结晶的铁素体晶粒的长大。
钢在冷却保温后铁素体原始晶粒尺寸为30-50μm。经该工艺方法轧制得到超细组织。其边部组织为铁素体，晶粒尺寸可达1μm，心部组织为铁素体+低温相变产物马氏体。
本发明试验证明，低碳微合金钢快冷至Ar1-20℃至Ar1+80℃温度进行一道次大变形量轧制，轧后水冷，利用微合金元素的相间沉淀和铁素体的动态再结晶机制，可使本发明所采用的低碳微合金钢晶粒尺寸细化到1.04μm到1.24μm，同时钢的抗拉强度σb可达920MPa，屈服强度σs达650MPa，延伸率δ5为15％。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)晶粒细化效果明显。
日本Yada对0.02-0.3％C-0.1-2.0％Mn钢进行控轧，在钢的Ar1+50℃到Ar3+100℃范围内进行大应变量变形时，利用动态相变和铁素体的动态再结晶，得到的铁素体晶粒尺寸为4μm以下，而本发明方法可将低碳Nb-Ti微合金钢的晶粒尺寸细化到1μm。
(2)大幅度提高材料的强度
Hodgson对低碳Nb-Ni复合碳合金钢从奥氏体区冷却到轧制温度时未经过保温即进行一道次轧制，该钢的强度增量并不大，σs与σb均为575MPa，且屈强比太高，屈强比(σs/σb)为1。Yada利用其专利方法生产的钢板σb为520-715MPa，σs基本上小于600MPa。而利用本发明方法轧制的钢板抗拉强度σb可达920MPa，屈服强度σs为650MPa，延伸率δ5为15％，屈强比(σs/σb)为0.7。
(3)工艺简单，实施方便。
实施例。
根据本发明所述制造方法，制作了3批低碳微合金钢板。其中3批钢板的化学成分列于表1。3批钢板的轧制工艺制度列于表2。3批钢板的晶粒尺寸和力学性能列于表3。3批钢板的金相显微组织分别见说明书附图1、2、3。相间沉淀物形貌见图4。
附图说明
图1、图2、图3分别为实施例第1批、第2批、第3批钢板的金相显微组织图。
图4为实施例第1批钢板的相间沉淀物形貌图。
表1实施例微合金钢化学成分(wt％)
Figure C9911153300051
表2实施例微合金钢的控制轧制工艺制度
Figure C9911153300061
表3实施例微合钢的晶粒尺寸和力学性能
   批号 铁素体晶粒尺寸(μm)  屈服强度σs(MPa)  抗拉强度σb(MPa)    屈强比(σs/σb)  延伸率δ5(％)
    1     1.04     650     920     0.70     15
    2     1.24     600     900     0.66     14
    3     1.18     635     905     0.70     15

Claims (1)

1、一种低碳微合金钢的制造方法，采用的低碳微合金钢化学成分如下(wt％)：0.04-0.11C，0.1-0.3Si，1.0-1.5Mn；0.03-0.06Nb，0.01-0.04Ti，0.001-0.05AlS，0.001-0.015P，0.001-0.01S，余量Fe；包括加热、冷却、保温、轧制、加速冷却，其特征在于：首先，将钢坯加热到1150℃-1230℃并保温25-35分钟，钢坯出炉后加速冷却，冷却速度为5℃/s-10℃/s，待钢坯冷却至Ar1-20℃至Ar1+80℃温度范围时，保温10-40分钟，然后进行一道次变形，压下变形量≥65％，随后水冷至室温。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4466842A (en) * 1982-04-03 1984-08-21 Nippon Steel Corporation Ferritic steel having ultra-fine grains and a method for producing the same

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