CN112522610B - 控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织及其制作方法 - Google Patents

控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种控制V‑Ti复合型贝氏体非调质钢组织及其制作方法。按质量百分比的组成成分为：C 0.20％～0.25％；Si 0.40％～0.50％；Mn 1.90％～2.10％；P≤0.0080％；S 0.035％～0.055％；Cr 0.50％～0.60％；V 0.10％～0.20％；Ti 0.030％～0.050％；Al 0.015％～0.035％；N 0.006％～0.008％；O≤0.001％，其余为铁及杂质。制作方法包括：按照上述成分称量配料后采用真空冶炼成钢锭；将钢锭加热至1200℃保温1～2h后进行锻造，锻造比大于等于3，终锻温度在800℃以上，断后空冷，抗拉强度可达到1100～1420MPa，屈服强度710～1040MPa，收缩率可44～55％；经过200℃～500℃回火可以优化材料的氢脆敏感性。本发明的贝氏体型非调质钢可解决铁素体+珠光体型非调质钢强度低韧性差的问题，经过适当回火处理后还可以优化贝氏体型非调质钢的氢脆敏感性，可以用来代替调质钢生产汽车保险杠等保安部件。具有环保、成本低等优点。

Description

控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织及其制作方法
技术领域
本发明涉及高强韧性非调质钢制造技术领域，尤其涉及一种控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织及其制作方法。
背景技术
贝氏体组织具有较好的强韧性匹配，受到国内外科研人员的关注。贝氏体在非调质钢领域型也得到了应用。目前报道中的贝氏体型非调质钢有25MnCrSiVB6、12Mn2VBS和25Mn2CrV(FAS2225)等，其主要的组织形态为粒状贝氏体，其抗拉强度不超过1000MPa。
现有技术中的发明专利CN 101333633B公开了一种低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢及其制备方法提出用Nb-V复合提高贝氏体钢的强度，锻造比达到7时，抗拉强度可达到1000MPa。发明专利CN 106636899公开了一种1000MPa级高扩孔型冷轧贝氏体钢制造方法，获得贝氏体方法是奥氏体后的冷轧钢板以80～150℃/s的冷速冷却到360～420℃，保温150～500s后，再冷却至室温。这种采用控制锻造后冷却速度的方法，面临着冷速控制不到位的风险。
除进一步提高强韧性外，贝氏体型非调质钢强度提高后特别是提高到1000MPa后还存在氢脆敏感性高，从而影响其在服役环境中安全服役。这是由于通常随着钢材强度水平的提高，其氢脆敏感性逐渐增加，特别是当强度水平提高到大约1000～1200MPa以上氢脆敏感性更为显著。贝氏体型非调质钢中的块状马/奥岛多位于原奥氏体晶界，容易吸附氢，在外力作用下容易转变为脆性马氏体，从而显著地增加了贝氏体型非调质钢的氢脆敏感性。因此，如何细化M/A而提高其稳定性，从而降低高强度贝氏体型非调质钢的氢脆敏感性是一个亟待解决的问题。
发明内容
非调质钢中通过V、Ti、Nb等微合金元素的析出强化和细晶强化作用以及控制锻造、控制冷却等方法来控制其性能达到或接近调质钢的力学性能水平。V元素在奥氏体中具有较高的溶解度，其析出强化效果最为显著，但成本高，而Ti的成本远低于V。为例降低成本，寻找V-Ti最佳的匹配值，因此提出V-Ti复合型贝氏体非调质钢。本发明的实施例提供了一种控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢及其制作方法，以克服现有技术的问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
根据本发明的一个方面，提供了一种控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织，按照重量百分比，各个组成成分包括：C 0.20％～0.25％；Si0.40％～0.50％；Mn 1.90％～2.10％；P≤0.0080％；S 0.035％～0.055％；Al0.015％～0.035％；N 0.006％～0.008％；O≤0.001％，Cr 0.50％～0.60％；V0.10％～0.20％；Ti 0.30％～0.50％。
优选地，所述控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织用于制作以锰、硅作为合金元素的非调质钢。
根据本发明的另一个方面，提供了一种控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织的制作方法，其特征在于，包括：
将各个组分材料按比例配置，得到坯料；
用真空感应炉将所述坯料冶炼成钢锭，对所述钢锭进行扒皮处理后，放在中频感应加热炉中加热至1200℃～1250℃，保温1h～3h后立即改锻，锻造比为4～12，终锻温度≥850℃，随后空冷至室温，得到锻态一火锻态料。
优选地，所述的锻态一火锻态料的组织为少量铁素体+粒状贝氏体形貌，改锻后材料抗拉强度为1100MPa～1150MPa，屈服强度为700MPa～740MPa。
优选地，所述的方法还包括：
将所述锻态一火锻态料，再一次在中频感应加热炉中加热至1100℃～1200℃，保温0.5h～1h后立即改锻，改锻工艺为拔长，最后锻造比≥5，终锻温度860℃，棒料分散冷却至室温，得到二火棒料高强度钢。
优选地，所述二火棒料高强度钢的组织为粒状贝氏体+板条贝氏体，锻造后材料抗拉强度为1300MPa，屈服强度为900MPa。
优选地，所述的方法还包括：
将所述锻态一火锻态料，再一次在中频感应加热炉中加热至1100℃～1200℃，保温0.5h～～1h后立即改锻，改锻工艺是先进行墩粗、后拔长，反复进行≥5次后，随后进行不断的拔长，锻造比≥5，终锻温度≥860℃，棒料分散冷却至室温，得到二火棒料中超高强度钢。
优选地，所述二火棒料中超高强度钢的组织为粒状贝氏体+板条贝氏体，锻造后材料抗拉强度可达到1400MPa，屈服强度可达1000MPa。。
优选地，所述的方法还包括：
将所述锻态一火锻态料、二火棒料高强度钢和二火棒料中超高强度钢经200℃～500℃回火1～2h后，材料的氢脆敏感性HEI＝(1-σNH/σN0)×100％，σNH为缺口充氢试样抗拉强度，σN0为缺口未充氢试样抗拉强度，σN0的取值范围为18％～50％。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，采用本发明的贝氏体型非调质钢可解决铁素体+珠光体型非调质钢强度低韧性差的问题，经过适当回火处理后还可以优化贝氏体型非调质钢的氢脆敏感性，可以用来代替调质钢生产汽车保险杠等保安部件。具有非调质钢节能、环保、成本低等优点。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1(a)为本发明具体实施二的一火锻态钢组织的光镜示意图；
图1(b)为本发明具体实施二的一火锻态钢组织的扫描电镜示意图；
图2(a)为本发明具体实施二的二火高强度钢组织的光镜示意图；
图2(b)为本发明具体实施二的二火高强度钢组织的扫描电镜示意图；
图3(a)为本发明具体实施二的二火中超高强度钢组织的光镜示意图；
图3(b)为为本发明具体实施二的二火中超高强度钢组织的扫描电镜示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
实施例一
为了克服贝氏体型非调质钢强度低，生产工艺复杂，成本高等缺点，本发明的目的是提供一种控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织及性能工艺，设计的钢中没有昂贵钼Mo、硼B元素，且通过控制不同变形量，以得到不同形貌的贝氏体组织：粒状贝氏体、板条贝氏体，锻造成型后直接空冷，省去了复杂的冷却速度控制，并通过合适的热处理工艺得到最优的抗氢脆抗力，为适用不同的使用性能。
非调质钢中主要通过V、Ti、Nb等微合金元素的析出强化和细晶强化作用来控制材料的力学性能。本发明通过控制V-Ti含量以及恰当的锻造工艺得到良好的力学性能。本发明实施例提供的一种控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织，按照重量百分比，各个组成成分包括：C 0.20％～0.25％；Si0.40％～0.50％；Mn 1.90％～2.10％；P≤0.0080％；S0.035％～0.055％；Al0.015％～0.035％；N 0.006％～0.008％；O≤0.001％，Cr 0.50％～0.60％；V0.10％～0.20％；Ti 0.30％～0.50％，其余为铁及不可避免的杂质。适用于以锰、硅作为主要合金元素的非调质钢。
本发明实施例提供的一种控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织的制备方法包括将原材料经冶炼和改锻工序，具体处理过程包括：
步骤1、将各个组分材料按比例配置，得到坯料。进行冶炼工序，将上述坯料放入真空感应炉中冶炼成钢锭用真空感应炉冶炼钢锭，钢锭扒皮后，放在中频感应加热炉中加热至1200℃～1250℃，保温1h～3h后立即改锻，锻造比为4～12(锻造前截面积/锻造后截面积)，终锻温度≥850℃，随后空冷至室温，得到锻态一火锻态料。该锻态一火锻态料的组织为少量铁素体+粒状贝氏体形貌，改锻后材料抗拉强度可达1100MPa～1150MPa，屈服强度700MPa～740MPa。
步骤2、将上述锻态一火锻态料，再一次在中频感应加热炉中加热至1100℃～1200℃，保温0.5h～1h后立即改锻，改锻工艺为拔长，最后锻造比≥5，终锻温度860℃，棒料分散冷却至室温，得到二火棒料高强度钢。该二火棒料高强度钢的组织为粒状贝氏体+板条贝氏体，锻造后材料抗拉强度可达到1300MPa，屈服强度可达900MPa。
将上述锻态一火锻态料，再一次在中频感应加热炉中加热至1100℃～1200℃，保温0.5h～～1h后立即改锻，改锻工艺是先进行墩粗、后拔长，反复进行≥5次后，随后进行不断的拔长，锻造比≥5，终锻温度≥860℃，棒料分散冷却至室温，得到二火棒料中超高强度钢。该二火棒料超高强度钢的组织为粒状贝氏体+板条贝氏体，锻造后材料抗拉强度可达到1400MPa，屈服强度可达1000MPa。
将上述锻态一火锻态料、二火棒料高强度钢和二火棒料超高强度钢，经200℃～500℃回火1～2h后材料的氢脆敏感性(HEI＝(1-σNH/σN0)×100％，σNH为缺口充氢试样抗拉强度，σN0缺口未充氢试样抗拉强度)可控制在18％～50％，可提高充氢试样抗拉强度。
实施例二
V-Ti贝氏体非调质钢化学成分见表1.
表1V-Ti复合贝氏体非调质钢化学成分(wt％)
成分 C Si Mn P S Cr V Ti Al N
含量 0.23 0.45 2.03 0.008 0.044 0.55 0.14 0.045 0.029 0.006
将上述成分的坯料放入真空感应炉中冶炼成钢锭，钢锭经扒皮后在频感应加热炉中加热至1200℃，保温1h后立即改锻，锻造比为12，终锻温度850℃，锻造后空冷至室温，该棒料为一火锻态钢。图1(a)为本发明具体实施二的一火锻态钢组织的光镜示意图，图1(b)为实施二的一火锻态钢组织的扫描电镜示意图，力学性能见表2。
将上述一火棒料钢，在中频感应加热炉中加热至1100℃，保温0.5h后立即改锻，改锻工艺是不断的拔长，锻造比为8，终锻温度860℃，棒料分散冷却至室温，该棒料为二火高强度钢。图2(a)为本发明具体实施二的二火高强度钢组织的光镜示意图，图2(b)为具体实施二的二火高强度钢组织的扫描电镜示意图，力学性能见表2。
将上述一火棒料钢，在中频感应加热炉中加热至1100℃，保温0.5h后立即改锻，改锻工艺是先进行墩粗、后拔长，反复进行5次后，再进行不断地拔长，最终锻造比为8，终锻温度860℃，棒料分散冷却至室温，该棒料为二火中超高强度钢。图3(a)为本发明具体实施二的二火超高强度钢组织的光镜示意图，图3(b)为具体实施二的二火超高强度钢组织的扫描电镜示意图，力学性能见表2。
对实施例2钢进行200℃、500℃回火2h，得到材料氢脆敏感性数据见表3。
表2V-Ti复合贝氏体非调质钢力学性能
实施例2 R<sub>m</sub>/MPa R<sub>p0.2</sub>/MPa A/％ Z/％ A<sub>ku2</sub>/J
一火锻态钢 1120 710 13.2 43.8 25
二火棒料高强度钢 1320 920 14.2 54.4 60
二火棒料超高强度钢 1410 1020 15.0 56.8 71
表3V-Ti复合贝氏体非调质钢氢脆敏感性
Figure BDA0002784586820000081
注：氢脆敏感性(HEI＝(1-σNH/σN0)×100％，σNH为缺口充氢试样抗拉强度，σN0缺口未充氢试样抗拉强度)
实施例三
V-Ti贝氏体非调质钢化学成分见表4.
表4V-Ti复合贝氏体非调质钢化学成分(wt％)
成分 C Si Mn P S Cr V Ti Al N
含量 0.25 0.40 1.96 0.007 0.035 0.50 0.11 0.03 0.029 0.008
将上述成分的坯料放入真空感应炉中冶炼成钢锭，钢锭经扒皮后在频感应加热炉中加热至1200℃，保温1h后立即改锻，锻造比为12，终锻温度850℃，锻造后空冷至室温，该棒料为一火锻态钢。力学性能见表5。
将上述一火棒料钢，在中频感应加热炉中加热至1100℃，保温0.5h后立即改锻，改锻工艺是不断的拔长，锻造比为8，终锻温度860℃，棒料分散冷却至室温，该棒料为二火高强度钢。力学性能见表5。
将上述一火棒料钢，在中频感应加热炉中加热至1100℃，保温0.5h后立即改锻，改锻工艺是先进行墩粗、后拔长，反复进行5次后，再进行不断地拔长，最终锻造比为8，终锻温度860℃，棒料分散冷却至室温，该棒料为二火超高强度钢。力学性能见表5。
对实施例3钢进行200℃、500℃回火2h，得到材料氢脆敏感性数据见表6。
表5V-Ti复合贝氏体非调质钢力学性能
实施例3 R<sub>m</sub>/MPa R<sub>p0.2</sub>/MPa A/％ Z/％ A<sub>ku2</sub>/J
一火锻态钢 1170 690 13.0 37.9 23
二火棒料高强度钢 1300 900 14.0 44.6 53
二火棒料超高强度钢 1380 1000 15.2 53.6 64
表6V-Ti复合贝氏体非调质钢氢脆敏感性
Figure BDA0002784586820000091
Figure BDA0002784586820000101
注：氢脆敏感性(HEI＝(1-σNH/σN0)×100％，σNH为缺口充氢试样抗拉强度，σN0缺口未充氢试样抗拉强度)
实施例四
V-Ti贝氏体非调质钢化学成分见表7.
表7V-Ti复合贝氏体非调质钢化学成分(wt％)
成分 C Si Mn P S Cr V Ti Al N
含量 0.20 0.49 2.07 0.007 0.045 0.54 0.20 0.05 0.28 0.008
将上述成分的坯料放入真空感应炉中冶炼成钢锭，钢锭经扒皮后在频感应加热炉中加热至1200℃，保温1h后立即改锻，锻造比为12，终锻温度850℃，锻造后空冷至室温，该棒料为一火锻态钢。力学性能见表8。
将上述一火棒料钢，在中频感应加热炉中加热至1100℃，保温0.5h后立即改锻，改锻工艺是不断的拔长，锻造比为8，终锻温度860℃，棒料分散冷却至室温，该棒料为二火高强度钢。力学性能见表8。
将上述一火棒料钢，在中频感应加热炉中加热至1100℃，保温0.5h后立即改锻，改锻工艺是先进行墩粗、后拔长，反复进行5次后，再进行不断地拔长，最终锻造比为8，终锻温度860℃，棒料分散冷却至室温，该棒料为二火超高强度钢。力学性能见表8。
对实施例4钢进行200℃、500℃回火2h，得到材料氢脆敏感性数据见表9.
表8V-Ti复合贝氏体非调质钢力学性能
实施例4 R<sub>m</sub>/MPa R<sub>p0.2</sub>/MPa A/％ Z/％ A<sub>ku2</sub>/J
一火锻态钢 1100 690 14.2 44.1 30
二火棒料高强度钢 1310 900 15.2 55.8 65
二火棒料超高强度钢 1400 1050 15.8 58.2 75
表9V-Ti复合贝氏体非调质钢氢脆敏感性
Figure BDA0002784586820000111
注：氢脆敏感性(HEI＝(1-σNH/σN0)×100％，σNH为缺口充氢试样抗拉强度，σN0缺口未充氢试样抗拉强度)
综上所述，本发明实施例少用合金元素，不用贵重合金元素，因而可大大降低成本和价格。锻造后空冷至室温，免除冷却速度控制，方便生产，进一步降低生产成本，缩短生产周期。适当的回火处理，可以提高材料氢脆抗力。
采用本发明的贝氏体型非调质钢可解决铁素体+珠光体型非调质钢强度低韧性差的问题，经过适当回火处理后还可以优化贝氏体型非调质钢的氢脆敏感性，可以用来代替调质钢生产汽车保险杠等保安部件。具有非调质钢节能、环保、成本低等优点。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织的制作方法，其特征在于，包括：
将各个组分材料按如下重量百分比配置，得到坯料：C 0.20％～0.25％；Si 0.45％～0.50％；Mn 1.90％～2.10％；P≤0.0080％；S 0.035％～0.055％；Al 0.015％～0.035％；N0.006％～0.008％；O≤0.001％，Cr 0.50％～0.60％；V 0.10％～0.20％；Ti 0.030％～0.050％，余量为铁及杂质；所述贝氏体非调质钢组织包括粒状贝氏体和板条贝氏体；
用真空感应炉将所述坯料冶炼成钢锭，对所述钢锭进行扒皮处理后，放在中频感应加热炉中加热至1200℃～1250℃，保温1h～3h后立即改锻，锻造比为4～12，终锻温度≥850℃，随后空冷至室温，得到锻态一火锻态料；所述的锻态一火锻态料的组织为少量铁素体+粒状贝氏体形貌，改锻后材料抗拉强度为1100MPa～1150MPa，屈服强度为700MPa～740MPa；
将所述锻态一火锻态料，再一次在中频感应加热炉中加热至1100℃～1200℃，保温0.5h～1h后立即改锻，改锻工艺为拔长，最后锻造比≥5，终锻温度860℃，棒料分散冷却至室温，得到二火棒料高强度钢；所述二火棒料高强度钢的组织为粒状贝氏体+板条贝氏体，锻造后材料抗拉强度为1300MPa，屈服强度为900MPa。
2.根据权利要求1所述的控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织的制作方法，其特征在于，将所述二火棒料高强度钢经200℃～500℃回火1～2h后，材料的氢脆敏感性HEI＝(1-σNH/σN0)×100％，σNH为缺口充氢试样抗拉强度，σN0为缺口未充氢试样抗拉强度，σN0的取值范围为18％～50％。
3.一种控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织的制作方法，其特征在于，包括：
将各个组分材料按如下重量百分比配置，得到坯料：C 0.20％～0.25％；Si0.45％～0.50％；Mn 1.90％～2.10％；P≤0.0080％；S 0.035％～0.055％；Al0.015％～0.035％；N0.006％～0.008％；O≤0.001％，Cr 0.50％～0.60％；V0.10％～0.20％；Ti 0.030％～0.050％，余量为铁及杂质；所述贝氏体非调质钢组织包括粒状贝氏体和板条贝氏体；
用真空感应炉将所述坯料冶炼成钢锭，对所述钢锭进行扒皮处理后，放在中频感应加热炉中加热至1200℃～1250℃，保温1h～3h后立即改锻，锻造比为4～12，终锻温度≥850℃，随后空冷至室温，得到锻态一火锻态料；所述的锻态一火锻态料的组织为少量铁素体+粒状贝氏体形貌，改锻后材料抗拉强度为1100MPa～1150MPa，屈服强度为700MPa～740MPa；
将所述锻态一火锻态料，再一次在中频感应加热炉中加热至1100℃～1200℃，保温0.5h～1h后立即改锻，改锻工艺是先进行墩粗、后拔长，反复进行≥5次后，随后进行不断的拔长，锻造比≥5，终锻温度≥860℃，棒料分散冷却至室温，得到二火棒料超高强度钢；所述二火棒料超高强度钢的组织为粒状贝氏体+板条贝氏体，锻造后材料抗拉强度可达到1400MPa，屈服强度可达1000MPa。
4.根据权利要求3所述的控制V-Ti复合型贝氏体非调质钢组织的制作方法，其特征在于，所述的方法还包括：
将所述二火棒料超高强度钢经200℃～500℃回火1～2h后，材料的氢脆敏感性HEI＝(1-σNH/σN0)×100％，σNH为缺口充氢试样抗拉强度，σN0为缺口未充氢试样抗拉强度，σN0的取值范围为18％～50％。
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