CN1194113C - 锰－硅－硌系空冷粒状贝氏体与铁素体复相钢 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合金钢设计领域，涉及锰-硅-铬系空冷粒状贝氏体与铁素体复相钢。采用C、Mn、Si作为主要合金元素，再加入Cr、V、Al、B、Mo、Ni元素之一种或几种，其余为Fe，其特征在于，还同时加入Nb、Ti、N元素，在空冷过程中得到由非连续状的仿晶界型铁素体与粒状贝氏体构成的复相组织；其配比组分的重量%为：C：0.06～0.13%；Mn：1.90-2.60%；Si：0.60-1.50%；Cr：0-2.0%；V≤0.15%；Al≤0.25%；0＜Nb≤0.15%；V≤0.15%；0＜Ti≤0.10%；B≤0.015%；0＜N≤0.10%及Ni≤1.2%、Mo≤0.8%；余量为Fe。本发明钢种在空冷过程中得到由非连续状的仿晶界型铁素体与粒状贝氏体构成的复相组织；该钢在无控轧控冷、热处理的条件下，该钢还可代替机械行业相近性能的调质钢，也可用作低合金钢耐磨件等。
Description
技术领域 本发明属于合金钢设计领域，特别涉及一种低碳低合金高强度钢。
背景技术 在焊接性能良好的高强度低合金钢中，大多数钢种采用添加大量贵重元素、炉外精炼、控轧控冷、热加工后进行热处理等途径中的一种或几种来保证其较好的强韧性配合，使得高强度低合金钢的生产成本较高，不易大量推广使用。
基于高强韧性钢板钢的技术发展状况，本申请人不使用调质处理，采用前人未曾采用的粒状贝氏体以提高强度和韧性，用仿晶界型铁素体来改善单一粒状贝氏体组织的韧性。成功开发了低碳空冷粒状贝氏体/仿晶界型铁素体复相组织高强度低合金钢种(专利申请号00124468.X)，其成分为(重量％)：C：0.06-0.13％；Mn：1.90-2.60％；Si：0.60-1.50％；余为Fe。还可加入一种或两种以上的下列元素：Cr：0-2.0％；V≤0.15％；Ti≤0.10％；Al≤0.15％；B≤0.040％。该钢种在无形变高温奥氏体化过程中，晶粒尺寸的稳定性较差，钢的晶粒粗化温度，导致钢的韧、塑性下降，难以满足某些特殊热加工工艺对材料性能的要求。
发明内容 本发明为了进一步提高钢的晶粒粗化温度，以满足部分特殊热加工工艺条件下对钢材强韧性能的要求，提出一种锰-硅-铬系空冷粒状贝氏体与铁素体复相钢，在已有贝氏体钢成分的基础上进行了成分微调并充分发挥微合金化元素(如Nb等)可抑制高温下晶粒长大的作用。并具有空冷自硬的优点，不需要淬回火处理工艺即可得到较好的强韧性能。
本发明提出的一种低碳空冷粒状贝氏体与仿晶界型铁素体复相钢，采用C、Mn、Si作为主要合金元素，再加入Cr、V、Al、B、Mo、Ni、元素之一种或几种，其余为Fe，其特征在于，还同时加入Nb、Ti、N元素，在空冷过程中得到由非连续状的仿晶界型铁素体与粒状贝氏体构成的复相组织；其配比组分的重量％为：C：0.06～0.13％；Mn：1.90-2.60％；Si：0.60-1.50％；Cr：0-2.0％；V≤0.15％；Al≤0.25％；0＜Nb≤0.15％；V≤0.15％；0＜Ti≤0.10％；B≤0.015％；0＜N≤0.10％及Ni≤1.2％、Mo≤0.8％；余量为Fe。
本发明按不同用途，本钢种主合金元素的较佳成分可为：
(1)C：0.06-0.10％；Mn：1.90-2.40％；Si：0.70-1.00％；余为Fe。
(2)C：0.07-0.12％；Mn：1.90-2.30wt％；Si：0.70-1.50wt％；余为Fe。
(3)C：0.09-0.13％；Mn：2.40-2.60wt％；Si：0.60-1.00wt％；余为Fe。
本发明钢种利用V、Nb、Ti等元素微合金化，通过晶粒细化、改变相变动力学以及借助过饱和固溶体的脱溶过程，使钢的强度、韧性、工艺性能和理化性能达到较好的配合；利用微合金元素形成细小夹杂物可以抑制焊接区域晶粒长大，促进晶内铁素体的形成，从而可以避免韧性的降低。在无须控轧控冷及热处理的条件下，使该钢热加工后获得高强度的同时，还具有较高的塑韧性和良好的焊接性，便于直接使用。拓展了新型低碳空冷粒状贝氏体/仿晶界型铁素体复相组织高强度低合金钢的成分和应用领域
本发明钢种的生产工艺为：可用转炉、电弧炉、中频感应炉三种之一种按常规炼钢工艺冶炼、注锭或连铸生产的料坯可先缓冷后再加热、也可直接热送热装后加热至1100℃左右保温，锻压或轧制成材后空冷至较低温度范围内缓冷。即可获得仿晶界型铁素体/粒状贝氏体复相组织，实现良好的强度与塑韧性配合。
本发明所述的这种新型低碳低合金高强度钢，其组织特征为非连续分布的仿晶界型铁素体与粒状贝氏体构成的复相组织。该钢在高温奥氏体组织状态下具有较高的晶粒尺寸稳定性，热加工后空冷过程中先形成一定量的非连续状仿晶界型铁素体，由于适量合金元素Mn和阻碍碳化物形成元素Si的共同作用，过冷奥氏体不发生珠光体转变，而是在较低温度下形成粒状贝氏体，得到强韧性配合良好的粒状贝氏体/仿晶界型铁素体复相组织。与同强度级别的其它钢种相比，该钢的塑韧性能优良，焊接性能良好，且生产工艺简单、成本低廉。
本发明钢种的运用：该钢在热加工(锻或轧)后空冷不经调质处理即可直接应用，也可回火后使用，可用作高强度钢筋、高强度钢板、工程机械上的低合金耐磨件，可用作工字钢、槽钢、角钢、H型钢，还能代替机械制造部门应用的相近性能调质钢。
具体实施方式 本发明钢种的多项实施例见下表：
| 钢种编号 | 成分(％) | 工艺简况 | ||||||||||
| C | Mn | Si | Cr | V | Nb | Ti | Al | 其它 | ||||
| No.1 | 0.060 | 2.30 | 0.77 | 0.80 | 0.102 | 0.05 | - | 0.04 | 0.08N | 铸锭锻压热轧 | ||
| No.2 | 0.070 | 2.10 | 0.66 | - | - | - | 0.05 | 1.0Ni | 铸锭锻压热轧 | |||
| No.3 | 0.080 | 2.02 | 0.60 | 0.68 | 0.05 | 0.11 | - | 0.04 | - | 铸锭、锻压 | ||
| No.4 | 0.082 | 2.07 | 1.52 | - | -- | 0.07 | - | 0.25 | -- | 铸锭锻压热轧 | ||
| No.5 | 0.085 | 2.03 | 1.38 | - | -- | 0.06 | - | 0.05 | -- | 铸锭锻压热轧 | ||
| No.6 | 0.092 | 2.20 | 0.90 | 0.58 | -- | 0.08 | - | 0.13 | -- | 铸锭锻压热轧 | ||
| No.7 | 0.10 | 2.40 | 1.10 | 0.57 | -- | - | 0.15 | 0.08 | 0.014B0.3Mo | 铸锭锻压热轧 | ||
| No.8 | 0.10 | 2.10 | 0.56 | - | -- | 0.05 | 0.15 | 0.08 | 0.05N | 铸锭锻压热轧 | ||
| No.9 | 0.13 | 2.33 | 1.08 | 0.40 | -- | - | 0.09 | 0.04 | 0.005B0.48Mo | 铸锭锻压热轧 | ||
| No.10 | 0.10 | 2.05 | 0.55 | - | -- | 0.08 | 0.15 | 0.08 | 0.3Mo；0.8Ni0.06N | 铸锭、锻压 | ||
| 钢种编号 | 力学性能 | 规格 | ||||||||||
| σb，MPa | σ0.2，MPa | δ5，％ | ψ，％ | AKV，J | 180°冷弯 | |||||||
| No.1 | 920 | 732 | 20 | 49 | 67 | d＝3a | 钢板18mm厚 | |||||
| No.2 | 960 | 630 | 19 | 45 | 70 | d＝3a | 钢板18mm厚 | |||||
| No.3 | 890 | 550 | 23 | 52 | 80 | d＝3a | φ50mm圆钢 |
| No.4 | 890 | 555 | 20 | 56 | 78 | d＝3a | 钢板20mm厚 |
| No.5 | 860 | 540 | 22 | 52 | 76 | d＝3a | 钢板20mm厚 |
| No.6 | 870 | 660 | 20 | 51 | 82 | d＝3a | 钢筋φ46mm |
| No.7 | 930 | 670 | 24 | 49 | 69 | d＝2a | 钢板16mm厚 |
| No.8 | 890 | 650 | 22 | 50 | 81 | d＝3a | 钢筋φ46mm |
| No.9 | 980 | 700 | 25 | 46 | 80 | d＝2a | 钢板12mm厚 |
| No.10 | 870 | 685 | 24 | 49 | 86 | d＝3a | φ50mm圆钢 |
可以看出，上述成分范围内的该复相钢具有较高的强韧性配合，用于生产大截面钢筋时或圆钢时σb≥890MPa，σ0.2≥550MPa，δ5≥20％；用于生产热轧钢板时σb≥860MPa，σ0.2≥540MPa，δ5≥19％，AKV≥67J。
Claims (4)
1、一种低碳空冷粒状贝氏体与仿晶界型铁素体复相钢，采用C、Mn、Si作为主要合金元素，再加入Cr、V、Al、B、Mo、Ni元素之一种或几种，其余为Fe，其特征在于，还同时加入Nb、Ti、N元素，在空冷过程中得到由非连续状的仿晶界型铁素体与粒状贝氏体构成的复相组织；其配比组分的重量％为：C：0.06～0.13％；Mn：1.90-2.60％；Si：0.60-1.50％；Cr：0-2.0％；V≤0.15％；Al≤0.25％；0＜Nb≤0.15％；V≤0.15％；0＜Ti≤0.10％；B≤0.015％；0＜N≤0.10％及Ni≤1.2％、Mo≤0.8％；余量为Fe。
2、按权利要求1所述的低碳空冷粒状贝氏体与仿晶界型铁素体复相钢，其特征在于，所说的主要合金元素C、Mn、Si其配比组分为：
C：0.06-0.10％；Mn：2.00-2.50％；Si：0.70-1.10％。
3、按权利要求1所述的低碳空冷粒状贝氏体与仿晶界型铁素体复相钢，其特征在于，所说的主要合金元素C、Mn、Si其配比组分为：
C：0.07-0.12％；Mn：1.90-2.30％；Si：0.90-1.50％。
4、按权利要求1所述的低碳空冷粒状贝氏体与仿晶界型铁素体复相钢，其特征在于，所说的主要合金元素C、Mn、Si其配比组分为：
C：0.09-0.13％；Mn：2.40-2.60％：Si：0.60-1.00％。
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