CN112760556A - 一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及合金结构钢技术领域，且公开了一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，所述高强、高韧贝氏体非调质钢是由C、Si、Mn、P、S、Cr、V、Nb、Mo、Al、Ti、Ni、N和Fe等组成。该高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，通过在本文的生产工艺条件下，高强、高韧贝氏体非调质钢中加Ti可以提高强度﹐但在空冷过程中会促使魏氏组织生成，损害冲击性能，缓冷可改善含Ti钢的冲击性能，水冷(90℃/s)可促使高强、高韧贝氏体非调质钢组织转变为贝氏体，全面提高钢材性能。

Description

一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法
技术领域
本发明涉及合金结构钢技术领域，具体为一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法。
背景技术
在作为建筑结构物和桥梁等的大型结构物用所使用的钢板中，要求其具有高强度和高韧性，并且，在作为建筑用和桥梁用而被使用时，因为若在钢板内部存在缺陷，则该部分容易成为破坏发生的起点，所谓非调质钢，是指在中碳钢中加入微量的V、Nb、Ti等合金元素而行成的一种新钢种，在大多数情况下加入的微合金的总量一般不超过百分之零点二五(0.25％)，目前常见的非调质钢有三类，即铁素体-珠光体型非调质钢、贝氏体型非调质钢、马氏体型非调质钢，高强高韧贝氏体型非调质钢(Mn-Cr-V系)可用来代替传统的铬及Cr-Mo型调质钢制造汽车前轴等对强度和韧性要求更高的零件。
为了提高强度和韧性，采用贝氏体的组织是一个有效的技术方法，在中碳钢的基础上降低碳含量，添加扩大贝氏体转变区域的元素，添加微合金元素细化晶粒，控制冷却速率，得到低碳贝氏体组织，贝氏体型非调质钢的强度可以达到1200MPa，缺口冲击韧性也有所改善，对于冷加工用非调质钢，除冲击性能外，还必须考虑冷加工所要求的塑性。
发明内容
本发明提供了一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，具备高强、高韧且可塑性高的优点，解决了上述背景技术中提到的问题。
本发明提供如下技术方案：一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，所述高强、高韧贝氏体非调质钢是由C、Si、Mn、P、S、Cr、V、Nb、Mo、Al、 Ti、Ni、N和Fe等组成，所述高强、高韧贝氏体非调质钢的制备包括以下步骤：
第一步：所述高强、高韧贝氏体非调质钢的元素组成，按质量百分含量包括：C：0.10～0.21％、Si：0.5～0.90％、Mn：2.0～2.5％、P≤0.012％、 S≤0.006％、Cr：0.0.67～1.072％、V：0.08～0.15％、Nb：0.020～0.023％、 Mo：0.11～0.3％、Al：0.030～0.034％、Ti：0.015～0.05％、Ni：0.10～ 0.20％、O≤15ppm、N：110～180ppm，余量为Fe；
第二步：经感应熔炼、电渣重熔和锻造后，将其制成80mm的锻件；
第三步：将锻件分为两组，分别经空冷和砂冷冷至室温，称为试样1和试样2，随后进行350℃回火两小时，得到回火态试样，称为试样3和试样4；
第四步：用布洛维型硬度计测定试样截面硬度；冲击试样尺寸为10mm× 10mm×55mm，开U型缺口，用冲击试验机进行冲击试验；室温拉伸试样直径为6mm，原始标距长度为5mm，用拉试验机进行拉伸试验，拉伸速度为3mm每秒，取3根试样平均值；
第五步：试样经研磨、抛光和4％硝酸酒精腐蚀后用光学显微镜观察显微组织，用X射线衍射仪测定残余奥氏体含量，选取α(211)峰和γ(220) 峰采用对比法进行计算，将试样1加工成4mm×10mm，试样，用热膨胀相变仪将其加热到950℃保温五分钟后，以不同的速率冷却至200℃，然后根据其膨胀曲线和组织绘制CCT曲线，并用显微硬度计对各种冷却速率的试样进行维氏硬度测试，载荷9.8N，加载5s，取5点平均值。
优选的，所述高强、高韧贝氏体非调质钢的的制备步骤为：电炉炼钢→ LF精炼→VD真空处理→模铸→加热→轧制→空冷→取样→精整→探伤→入库。
优选的，所述高强、高韧贝氏体非调质钢的锻造过程中始锻温度为 1060℃，终锻温度为850℃。
优选的，所述高强、高韧贝氏体非调质钢的控冷过程在控冷线上采用保温罩自然冷却，待零件表面温度达到800±10℃时开始90℃水冷却，冷却至零件表面温度400℃±10℃时下控冷线堆垛或进入缓冷坑缓冷，缓冷结束时零件表面温度≤150℃。
优选的，所述水冷却的冷却速率为0.8℃/s～2.4℃/s。
优选的，所述高强、高韧贝氏体非调质钢的贝氏体以占空因数计含有90％以上，在与主轧制方向平行的板厚剖面中的旧奥氏体结晶粒径的平均长宽比 (主轧制方向的平均粒径/板厚方向的平均粒径)为超过1.8但在5.3以下，抗拉强度为570MPa以上。
本发明具备以下有益效果：
1、该高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，通过在本文的生产工艺条件下，高强、高韧贝氏体非调质钢中加Ti可以提高强度﹐但在空冷过程中会促使魏氏组织生成，损害冲击性能，缓冷可改善含Ti钢的冲击性能，水冷(90℃ /s)可促使高强、高韧贝氏体非调质钢组织转变为贝氏体，全面提高钢材性能。
2、该高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，通过高强、高韧贝氏体非调质钢粒状贝氏体组织中细小的岛状物不易形成裂纹，即使出现裂纹，它的长度也小于裂纹失稳扩展的临界尺寸，所以具有良好的塑韧性配合，另外在高强、高韧贝氏体非调质钢的贝氏体铁素体板条间还分布着残余奥氏体，相关研究表明，残余奥氏体在贝氏体中的这种分布形式可以使裂纹分枝和钝化，阻碍裂纹扩展而提高冲击韧度，所以粒状贝氏体和贝氏体铁素体板条间残余奥氏体的共同作用提高了高强、高韧贝氏体非调质钢的冲击韧度。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，高强、高韧贝氏体非调质钢是由C、Si、Mn、P、S、Cr、V、Nb、Mo、Al、Ti、 Ni、N和Fe等组成，高强、高韧贝氏体非调质钢的制备包括以下步骤：
第一步：高强、高韧贝氏体非调质钢的元素组成，按质量百分含量包括： C：0.10～0.21％、Si：0.5～0.90％、Mn：2.0～2.5％、P≤0.012％、S≤0.006％、 Cr：0.0.67～1.072％、V：0.08～0.15％、Nb：0.020～0.023％、Mo：0.11～ 0.3％、Al：0.030～0.034％、Ti：0.015～0.05％、Ni：0.10～0.20％、O≤ 15ppm、N：110～180ppm，余量为Fe；
第二步：经感应熔炼、电渣重熔和锻造后，将其制成80mm的锻件；
第三步：将锻件分为两组，分别经空冷和砂冷冷至室温，称为试样1和试样2，随后进行350℃回火两小时，得到回火态试样，称为试样3和试样4；
第四步：用布洛维型硬度计测定试样截面硬度；冲击试样尺寸为10mm× 10mm×55mm，开U型缺口，用冲击试验机进行冲击试验；室温拉伸试样直径为6mm，原始标距长度为5mm，用拉试验机进行拉伸试验，拉伸速度为3mm每秒，取3根试样平均值；
第五步：试样经研磨、抛光和4％硝酸酒精腐蚀后用光学显微镜观察显微组织，用X射线衍射仪测定残余奥氏体含量，选取α(211)峰和γ(220) 峰采用对比法进行计算，将试样1加工成4mm×10mm，试样，用热膨胀相变仪将其加热到950℃保温五分钟后，以不同的速率冷却至200℃，然后根据其膨胀曲线和组织绘制CCT曲线，并用显微硬度计对各种冷却速率的试样进行维氏硬度测试，载荷9.8N，加载5s，取5点平均值。
高强、高韧贝氏体非调质钢的的制备步骤为：电炉炼钢→LF精炼→VD真空处理→模铸→加热→轧制→空冷→取样→精整→探伤→入库。
高强、高韧贝氏体非调质钢的锻造过程中始锻温度为1060℃，终锻温度为850℃。
高强、高韧贝氏体非调质钢的控冷过程在控冷线上采用保温罩自然冷却，待零件表面温度达到800±10℃时开始90℃水冷却，冷却至零件表面温度 400℃±10℃时下控冷线堆垛或进入缓冷坑缓冷，缓冷结束时零件表面温度≤ 150℃。
水冷却的冷却速率为0.8℃/s～2.4℃/s。
高强、高韧贝氏体非调质钢的贝氏体以占空因数计含有90％以上，在与主轧制方向平行的板厚剖面中的旧奥氏体结晶粒径的平均长宽比(主轧制方向的平均粒径/板厚方向的平均粒径)为超过1.8但在5.3以下，抗拉强度为 570MPa以上。
实施例1
一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，高强、高韧贝氏体非调质钢是由C、Si、Mn、P、S、Cr、V、Nb、Mo、Al、Ti、Ni、N和Fe等组成，高强、高韧贝氏体非调质钢的制备包括以下步骤：
第一步：高强、高韧贝氏体非调质钢的元素组成，按质量百分含量包括： C：0.10～0.21％、Si：0.5～0.90％、Mn：2.0～2.5％、P≤0.012％、S≤0.006％、 Cr：0.0.67～1.072％、V：0.08～0.15％、Nb：0.020～0.023％、Mo：0.11～ 0.3％、Al：0.030～0.034％、Ti：0.015～0.05％、Ni：0.10～0.20％、O≤ 15ppm、N：110～180ppm，余量为Fe；
第二步：经感应熔炼、电渣重熔和锻造后，将其制成80mm的锻件；
第三步：将锻件分为两组，分别经空冷和砂冷冷至室温，称为试样1和试样2，随后进行350℃回火两小时，得到回火态试样，称为试样3和试样4；
第四步：用布洛维型硬度计测定试样截面硬度；冲击试样尺寸为10mm× 10mm×55mm，开U型缺口，用冲击试验机进行冲击试验；室温拉伸试样直径为6mm，原始标距长度为5mm，用拉试验机进行拉伸试验，拉伸速度为3mm每秒，取3根试样平均值；
第五步：试样经研磨、抛光和4％硝酸酒精腐蚀后用光学显微镜观察显微组织，用X射线衍射仪测定残余奥氏体含量，选取α(211)峰和γ(220) 峰采用对比法进行计算，将试样1加工成4mm×10mm，试样，用热膨胀相变仪将其加热到950℃保温五分钟后，以不同的速率冷却至200℃，然后根据其膨胀曲线和组织绘制CCT曲线，并用显微硬度计对各种冷却速率的试样进行维氏硬度测试，载荷9.8N，加载5s，取5点平均值。
高强、高韧贝氏体非调质钢的的制备步骤为：电炉炼钢→LF精炼→VD真空处理→模铸→加热→轧制→空冷→取样→精整→探伤→入库。
高强、高韧贝氏体非调质钢的锻造过程中始锻温度为1060℃，终锻温度为850℃。
高强、高韧贝氏体非调质钢的控冷过程在控冷线上采用保温罩自然冷却，待零件表面温度达到800±10℃时开始90℃强风冷却，冷却至零件表面温度 400℃±10℃时下控冷线堆垛或进入缓冷坑缓冷，缓冷结束时零件表面温度≤ 150℃。
强风冷却的冷却速率为0.8℃/s～2.4℃/s。
高强、高韧贝氏体非调质钢的贝氏体以占空因数计含有90％以上，在与主轧制方向平行的板厚剖面中的旧奥氏体结晶粒径的平均长宽比(主轧制方向的平均粒径/板厚方向的平均粒径)为超过1.8但在5.3以下，抗拉强度为 570MPa以上。
实施例2
一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，高强、高韧贝氏体非调质钢是由C、Si、Mn、P、S、Cr、V、Nb、Mo、Al、Ti、Ni、N和Fe等组成，高强、高韧贝氏体非调质钢的制备包括以下步骤：
第一步：高强、高韧贝氏体非调质钢的元素组成，按质量百分含量包括： C：0.10～0.21％、Si：0.5～0.90％、Mn：2.0～2.5％、P≤0.012％、S≤0.006％、 Cr：0.0.67～1.072％、V：0.08～0.15％、Nb：0.020～0.023％、Mo：0.11～0.3％、Al：0.030～0.034％、Ti：0.015～0.05％、Ni：0.10～0.20％、O≤ 15ppm、N：110～180ppm，余量为Fe；
第二步：经感应熔炼、电渣重熔和锻造后，将其制成80mm的锻件；
第三步：将锻件分为两组，分别经空冷和砂冷冷至室温，称为试样1和试样2，随后进行350℃回火两小时，得到回火态试样，称为试样3和试样4；
第四步：用布洛维型硬度计测定试样截面硬度；冲击试样尺寸为10mm× 10mm×55mm，开U型缺口，用冲击试验机进行冲击试验；室温拉伸试样直径为6mm，原始标距长度为5mm，用拉试验机进行拉伸试验，拉伸速度为3mm每秒，取3根试样平均值；
第五步：试样经研磨、抛光和4％硝酸酒精腐蚀后用光学显微镜观察显微组织，用X射线衍射仪测定残余奥氏体含量，选取α(211)峰和γ(220) 峰采用对比法进行计算，将试样1加工成4mm×10mm，试样，用热膨胀相变仪将其加热到950℃保温五分钟后，以不同的速率冷却至200℃，然后根据其膨胀曲线和组织绘制CCT曲线，并用显微硬度计对各种冷却速率的试样进行维氏硬度测试，载荷9.8N，加载5s，取5点平均值。
高强、高韧贝氏体非调质钢的的制备步骤为：电炉炼钢→LF精炼→VD真空处理→模铸→加热→轧制→水冷→取样→精整→探伤→入库。
高强、高韧贝氏体非调质钢的锻造过程中始锻温度为1060℃，终锻温度为900℃。
高强、高韧贝氏体非调质钢的控冷过程在控冷线上采用保温罩自然冷却，待零件表面温度达到800±10℃时开始90℃水冷却，冷却至零件表面温度 400℃±10℃时下控冷线堆垛或进入缓冷坑缓冷，缓冷结束时零件表面温度≤ 150℃。
水冷却的冷却速率为0.8℃/s～2.4℃/s。
高强、高韧贝氏体非调质钢的贝氏体以占空因数计含有90％以上，在与主轧制方向平行的板厚剖面中的旧奥氏体结晶粒径的平均长宽比(主轧制方向的平均粒径/板厚方向的平均粒径)为超过1.8但在5.3以下，抗拉强度为 570MPa以上。
实施例3
一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，高强、高韧贝氏体非调质钢是由C、Si、Mn、P、S、Cr、V、Nb、Mo、Al、Ti、Ni、N和Fe等组成，高强、高韧贝氏体非调质钢的制备包括以下步骤：
第一步：高强、高韧贝氏体非调质钢的元素组成，按质量百分含量包括： C：0.10～0.21％、Si：0.5～0.90％、Mn：2.0～2.5％、P≤0.012％、S≤0.006％、 Cr：0.0.67～1.072％、V：0.08～0.15％、Nb：0.020～0.023％、Mo：0.11～ 0.3％、Al：0.030～0.034％、Ti：0.015～0.05％、Ni：0.10～0.20％、O≤ 15ppm、N：110～180ppm，余量为Fe；
第二步：经感应熔炼、电渣重熔和锻造后，将其制成80mm的锻件；
第三步：将锻件分为两组，分别经空冷和砂冷冷至室温，称为试样1和试样2，随后进行350℃回火两小时，得到回火态试样，称为试样3和试样4；
第四步：用布洛维型硬度计测定试样截面硬度；冲击试样尺寸为10mm× 10mm×55mm，开U型缺口，用冲击试验机进行冲击试验；室温拉伸试样直径为6mm，原始标距长度为5mm，用拉试验机进行拉伸试验，拉伸速度为3mm每秒，取3根试样平均值；
第五步：试样经研磨、抛光和4％硝酸酒精腐蚀后用光学显微镜观察显微组织，用X射线衍射仪测定残余奥氏体含量，选取α(211)峰和γ(220) 峰采用对比法进行计算，将试样1加工成4mm×10mm，试样，用热膨胀相变仪将其加热到950℃保温五分钟后，以不同的速率冷却至200℃，然后根据其膨胀曲线和组织绘制CCT曲线，并用显微硬度计对各种冷却速率的试样进行维氏硬度测试，载荷9.8N，加载5s，取5点平均值。
高强、高韧贝氏体非调质钢的的制备步骤为：电炉炼钢→LF精炼→VD真空处理→模铸→加热→轧制→空冷→取样→精整→探伤→入库。
高强、高韧贝氏体非调质钢的锻造过程中始锻温度为1060℃，终锻温度为850℃。
高强、高韧贝氏体非调质钢的控冷过程在控冷线上采用保温罩自然冷却，待零件表面温度达到800±10℃时开始90℃水冷却，冷却至零件表面温度 400℃±10℃时下控冷线堆垛或进入缓冷坑缓冷，缓冷结束时零件表面温度≤ 150℃。
水冷却的冷却速率为1℃/s～2℃/s。
高强、高韧贝氏体非调质钢的贝氏体以占空因数计含有90％以上，在与主轧制方向平行的板厚剖面中的旧奥氏体结晶粒径的平均长宽比(主轧制方向的平均粒径/板厚方向的平均粒径)为超过1.8但在5.3以下，抗拉强度为 570MPa以上。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，其特征在于：所述高强、高韧贝氏体非调质钢是由C、Si、Mn、P、S、Cr、V、Nb、Mo、Al、Ti、Ni、N和Fe等组成，所述高强、高韧贝氏体非调质钢的制备包括以下步骤：
第一步：所述高强、高韧贝氏体非调质钢的元素组成，按质量百分含量包括：C：0.10～0.21％、Si：0.5～0.90％、Mn：2.0～2.5％、P≤0.012％、S≤0.006％、Cr：0.0.67～1.072％、V：0.08～0.15％、Nb：0.020～0.023％、Mo：0.11～0.3％、Al：0.030～0.034％、Ti：0.015～0.05％、Ni：0.10～0.20％、O≤15ppm、N：110～180ppm，余量为Fe；
第二步：经感应熔炼、电渣重熔和锻造后，将其制成80mm的锻件；
第三步：将锻件分为两组，分别经空冷和砂冷冷至室温，称为试样1和试样2，随后进行350℃回火两小时，得到回火态试样，称为试样3和试样4；
第四步：用布洛维型硬度计测定试样截面硬度；冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm，开U型缺口，用冲击试验机进行冲击试验；室温拉伸试样直径为6mm，原始标距长度为5mm，用拉试验机进行拉伸试验，拉伸速度为3mm每秒，取3根试样平均值；
第五步：试样经研磨、抛光和4％硝酸酒精腐蚀后用光学显微镜观察显微组织，用Ｘ射线衍射仪测定残余奥氏体含量，选取α（211）峰和γ（220）峰采用对比法进行计算，将试样1加工成4mm×10mm，试样，用热膨胀相变仪将其加热到950℃保温五分钟后，以不同的速率冷却至200℃，然后根据其膨胀曲线和组织绘制CCT曲线，并用显微硬度计对各种冷却速率的试样进行维氏硬度测试，载荷9.8N，加载5s，取5点平均值。
2.根据权利要求1所述的一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，其特征在于：所述高强、高韧贝氏体非调质钢的的制备步骤为：电炉炼钢→LF精炼→VD真空处理→模铸→加热→轧制→空冷→取样→精整→探伤→入库。
3.根据权利要求1所述的一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，其特征在于：所述高强、高韧贝氏体非调质钢的锻造过程中始锻温度为1060℃，终锻温度为850℃。
4.根据权利要求1所述的一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，其特征在于：所述高强、高韧贝氏体非调质钢的控冷过程在控冷线上采用保温罩自然冷却，待零件表面温度达到800±10℃时开始90℃水冷却，冷却至零件表面温度400℃±10℃时下控冷线堆垛或进入缓冷坑缓冷，缓冷结束时零件表面温度≤150℃。
5.根据权利要求1所述的一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，其特征在于：所述水冷却的冷却速率为0.8℃/s～2.4℃/s。
6.根据权利要求1所述的一种高强、高韧贝氏体非调质钢的制备方法，其特征在于：所述高强、高韧贝氏体非调质钢的贝氏体以占空因数计含有90％以上，在与主轧制方向平行的板厚剖面中的旧奥氏体结晶粒径的平均长宽比(主轧制方向的平均粒径/板厚方向的平均粒径)为超过1.8但在5.3以下，抗拉强度为570MPa以上。
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