CN103194676A - 一种1000MPa超级铁素体钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种1000MPa超级铁素体钢及其制备方法；所述超级铁素体钢的显微组织是单相铁素体基体组织上均匀分布着大量纳米尺寸的第二相碳化物粒子，这种纳米尺寸粒子具有强烈的析出强化作用，使得钢在拥有单相铁素体良好的延伸性和极高的扩孔率的同时，具有极高的强度。通过真空感应炉冶炼出符合设定成分控制范围的钢水并浇铸成铸坯。铸坯经过锻造和加热后，再经过热轧、水冷和卷取，制备出的这种纳米粒子强化超高强钢，最终性能满足抗拉强度在950-1050MPa，延伸率在18%-21%（A50标距），扩孔率在50%以上。本发明生产工艺简单，操作可行，可实现1000MPa超级铁素体钢用于汽车侧面中柱、边部加强件、悬挂臂和防撞梁等结构件的生产。

Description

一种1000MPa超级铁素体钢及其制备方法

技术领域

本技术涉及到一种1000MPa超级铁素体钢及其制备方法，其主要涉及到制备一种超高强度，同时具有较高扩孔率的热轧单相铁素体钢，在低碳钢中添加Ti和Mo元素能够保证单相铁素体钢在具有良好的成型性能的条件下，具备超高的强度。

背景技术

钢铁材料的纳米化技术应用与控制是未来钢铁材料发展的必然趋势，这种纳米化技术既包含组织的纳米化，同时也指钢铁材料中的其它相的纳米化控制。目前在钢铁材料的纳米控制方面有显著成就的是剑桥大学的Harry K.D.H. Bhadeshia所领导的课题组，与印度Tata钢铁合作成功开发出了超高强的纳米贝氏体钢，已成功应用于装甲车。其次***立大学杨哲人领导的课题组与中钢集团合作开发纳米粒子析出热轧超高强钢。而在实际应用中则以05年JFE开发的Nano-Hiten 780钢种，其在最初的热轧产量达到300多吨/月，其产量也在不断增加中。

而在国内，首钢2012年与北京科技大学冶金工程研究院唐荻、赵爱民等所领导的课题组展开了合作研究开发780MPa热轧的纳米粒子析出强化钢的研究。其它国内钢厂对于热轧780MPa全铁素体组织钢种的研究尚未报道。在合作研发780MPa纳米粒子强化钢的同时，也对980MPa级别的超级铁素体钢种进行了开发研究。

本发明通过向低碳单相铁素体钢中添加钛和钼元素，并在高温终轧，水冷后高温等温卷取使得在铁素体基体上析出大量纳米尺寸的碳化物颗粒，从而在保证单相铁素体具有良好成型性能的条件下，能够获得1000MPa级别的强度。这样就能获得具有超高强度和良好成型性能的1000MPa超级铁素体钢。

发明内容

本发明的目的在于利用纳米尺寸碳化物析出强化的方法，生产一种具有良好成型性能的热轧铁素体超高强钢。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种1000MPa超级铁素体钢，其化学成分质量百分比为：

C   0.06～0.15%；

Si   0.01～0.30%；

Mn  0.1～2.0%；

P    ≤0.001%；

S    ≤0.001%；

N    ≤0.001%；

Ti   0.10~0.30%；

Mo  0.10~0.60%。

本发明采用高温均热、高温终轧和高温卷取的制备方法，其包括如下步骤：

1）一种低碳热轧全铁素体基超高强超高扩孔率钢，其化学成分质量比为：C%：0.01～0.2，Si%：0.01～0.3，Mn%：0.1～2，P%：≤0.01，S%：≤0.01，N%：≤0.01，Ti%：0.01~0.3，Mo%：0.01~0.6；其余为Fe和不可避免的杂质；按上述成分冶炼、铸造和锻压成钢坯；

2）钢坯经1250~1300℃加热，保温1～2小时均热后，在A_r3以上高温区终轧，终轧温度在880℃～950℃，然后水冷，冷速在30~50℃/s，冷却至600℃-700℃，随后卷取，卷取温度在600℃～700℃，保温1~2h后随炉冷却至室温，即可得到高温保温铸坯；

3）将步骤2）得到的高温保温铸坯进行热轧，热轧压下率在80%～90%之间，得到超高强度的超级铁素体钢，其抗拉强度达到980MP以上，总的断后延伸率达到19%以上；

进一步的，所述步骤2）中，钢坯经高温1250℃加热，保温1.5h均热后、高温终轧温度为950℃，卷取温度为600℃。

利用高温卷取析出大量纳米尺寸碳化物是本发明在保证铁素体钢本身良好成型性的前提下，提高其强度的主要特征。

各元素的含量要求和作用：

C：C化物形成元素，与Ti和Mo元素在高温等温卷取时以（Ti,Mo）C的形式析出，起到强烈的析出强化作用。碳元素的含量不能过高，过高则会有珠光体生成以及碳化物的粗化，会使成型性变差。

Si：Si是一种有效的固溶强化元素，当Si含量过高时，会加速碳化物的析出，使碳化物粗化，使成型性能变差。

Mn：Mn是强固溶强化元素，当Mn含量过高时，会有偏析或硬质相形成，使成型性变差。

P：P是固溶强化元素，当P含量过高时，会有偏析出现，使成型性变差。

S：S是有害元素，S含量越低越好，当S含量较高时，会使成型性变差。

N：N含量越低越好，当N含量较高时，会使氮化物粗化，使成型性变差。

Ti：Ti和C结合能够形成细小的碳化物，起到强烈的析出强化的作用，在极大提高钢的强度的同时，不会影响钢的成型性。

Mo：Mo在与Ti和C形成碳化物一起析出时，能够抑制第二相碳化物粒子的长大，使得析出碳化物粒子更加细小，使析出强化的效果更加显著。

本发明的有益效果：

1)   具备优异的综合力学性能。本发明涉及到的钢种的抗拉强度为950~1050MPa，延伸率在18%-23%，扩孔率在50%以上。由于C的质量分数为0.01%～0.1%，不特意添加Si,因此还具备良好的焊接性。

2)   操作可行，设备简单。本发明都采用常规的冶炼和轧钢设备，而且热轧工艺简易可行，目前大部分工业生产线均能在现有的设备上进行生产。

3)   应用前景广泛。本发明制备出的高扩孔率热轧铁素体钢在保证良好成型性能的同时，具有极高的强度，将其应用在汽车侧面中柱、边部加强件、悬挂臂和防撞梁等结构件上，前景可观。

附图说明

图1为热处理工艺示意图；

图2为应力应变曲线示意图；

图3为纳米尺寸碳化物析出形貌分布示意图。

具体实施方式

根据表1所给出的化学成分，采用电磁感应炉真空熔炼，对铸造的坯料锻造成钢坯，以进行后续工艺。图1为热处理工艺示意图。

表1为各成分的质量百分数

表1

编号	C	Si	Mn	Ti	Mo	S	P	N	余量
										1#	0.090	0.21	1.70	0.19	0.37	0.0050	0.0080	0.0050	Fe和不可避免杂质
2#	0.090	0.21	1.70	0.17	0.38	0.0078	0.0053	0.0043	Fe和不可避免杂质
										3#	0.085	0.23	1.74	0.14	0.55	0.0130	0.0065	0.0041	Fe和不可避免杂质

热轧工艺为将锻坯加热到1250℃保温1.5小时，在350mm二辊热轧机上热轧，热轧6个道次，得到厚度为2～6mm左右的热轧薄板，总变形量为80%～90%，其开轧和终轧温度分别为1150℃和950℃。

终轧之后以30~50℃/s的冷速水冷到卷取温度，本发明采用了三种不同的卷取温度，600℃、650℃和700℃。在加热炉卷取等温1~2h，然后随炉冷却。图2为应力应变曲线示意图；图3为纳米尺寸碳化物析出形貌分布示意图。

不同工艺参数所对应的成分1#性能如表2所示：

表2为 主要工艺参数对应的1#力学性能

表2

卷取温度/℃	屈服强度/Mpa	抗拉强度/Mpa	屈强比	延伸率
					600	935	985	0.95	19.4
650	835	870	0.96	20.2
					700	670	720	0.93	21.6

Claims (3)

1.一种1000MPa超级铁素体钢，其主要化学质量百分比如下：

C   0.06～0.15%；

Si   0.01～0.30%；

Mn  0.1～2.0%；

P    ≤0.001%；

S    ≤0.001%；

N    ≤0.001%；

Ti   0.10~0.30%；

Mo  0.10~0.60%。

2. 如权利要求1所述的1000MPa超级铁素体钢的制备方法，其包括如下步骤：

1）一种低碳热轧全铁素体基超高强超高扩孔率钢，其化学成分质量比为：C%：0.06～0.15，Si%： 0.01～0.30，Mn%：0.1～2，P%：≤0.001，S%：≤0.001，N%：≤0.001，Ti%：0.10~0.30，Mo%：0.10~0.60；其余为Fe和不可避免的杂质；按上述成分冶炼、铸造和锻压成钢坯；

2）钢坯经1250~1300℃加热，保温1～2小时均热后，在A_r3以上高温区终轧，终轧温度在880℃～950℃，然后水冷，冷速在30~50℃/s，冷却至600℃-700℃，随后卷取，卷取温度在600℃～700℃，保温1~2h后随炉冷却至室温，即可得到高温保温铸坯；

3）将步骤2）得到的高温保温铸坯进行热轧，热轧压下率在80%～90%之间，得到超高强度的超级铁素体钢，其抗拉强度达到980MP以上，总的断后延伸率达到19%以上。

3.如权利2所要求的1000MPa超级铁素体钢的制备方法，其主要特征为：所述步骤2）中，钢坯经高温1250℃加热，保温1.5h均热后、高温终轧温度为950℃，卷取温度为600℃。

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