CN111733364A - 一种低错配度新型高强钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低错配度新型高强钢,合金成分重量百分比为:C:0.1‑0.4wt.%、Si:3.0‑6.0wt.%、Mn:5.0‑10.0wt.%、Ni:0.5‑2.0wt.%,余量为Fe;本发明还涉及一种低错配度新型高强钢的制备方法,包括称取合金成分,冶炼、铸造、锻造、热轧和热处理工序,本发明的目的是提供一种低错配度新型高强钢及其制备方法,该材料具有优异的力学性能,生产成本低、工艺简单,有着巨大的应用前景。

Description

一种低错配度新型高强钢及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域,涉及一种显微组织为纳米板条结构的马氏体和奥氏体,利用低错配相变的理论来设计和制备高强钢。
背景技术
高强钢是一种常用的材料,现有的高强钢主要有第三代汽车用钢QP钢、第三代汽车用钢中Mn钢、第三代高强钢中的低密度钢等,但是现有的这些高强钢的性能仍然有一定的缺陷,抗拉强度在1400MPa以下,相间晶格错配度较高,大于2.5%,且马氏体板条宽度较宽,大于250nm,膜状奥氏体宽度大于150nm,难以进一步发挥其力学性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种低错配度新型高强钢及其制备方法,该材料具有优异的力学性能,生产成本低、工艺简单,有着巨大的应用前景。
为了实现以上目的,本发明采用的技术方案为:一种低错配度新型高强钢,特征在于,合金成分重量百分比为:C:0.1-0.4wt.%、Si:3.0-6.0wt.%、Mn:5.0-10.0wt.%、Ni:0.5-2.0wt.%,余量为Fe。
一种低错配度新型高强钢的制备方法,其特征在于,包括如下步骤;
1)、称取合金成分,按照合金成分重量百分比称取相应的C、Si、Mn、Ni和Fe;
2)、冶炼、铸造和锻造,将步骤1)中称取的合金成分进行真空冶炼、铸造,然后在1050-1150℃温度进行锻造,锻造比为1.5-3.0,得到厚度为60-100mm厚的锻坯;
3)、热轧,将60-100mm厚的锻坯在1200-1250℃保温2.0-2.5h,然后在1100-1150℃进行热轧,总压下率为95%,得到厚度为2.4-4.0mm的热轧板;
4)、热处理,将所得到的厚度为2.4-4.0mm的热轧板在950-1050℃保温10-30min,水淬至室温,然后在740-840℃保温0.5-1h,空冷至室温,即得到一种低错配度新型高强钢。
本发明的有益效果为:
1、合金***中加入3.0-6.0wt.%的Si,此含量范围是依据前期XRD及热膨胀实验和第一性原理计算,可得到错配度小于1.5%的纳米级别板条马氏体和膜状残余奥氏体相,极大提高钢的强塑性;加入过高含量Si后,钢的脆性加强,而Ni可以提高钢的韧脆转变温度,按照Si含量范围加入0.5-2.0wt.%的Ni,可有效避免热轧时产生裂纹,如此即实现了高硅所起到的降低相间错配度的效果,同时又确保了钢的韧性。
2、通过热力学及动力学理论计算,合金***中加入0.1-0.4wt.%的C和5.0-10.0wt.%的Mn,可使此钢种产生体积含量为30-40%的残余奥氏体,且通过前期实验得到此钢种的残余奥氏体在变形过程中产生渐变式TRIP效应,有效地提高钢的强塑性。
本发明以科学、合理的合金***设计为基础,通过冶炼、锻造、热轧及热处理工艺,制备具有低错配度马氏体和奥氏体的新型高强钢;本发明的创新性体现如下:1)通过热力学、动力学及物理冶金原理进行硅含量的设计,并经过实验验证,证明所设计的Si含量范围可有效降低钢中BCC和FCC相的晶格错配度,从而细化马氏体板条和膜状残余奥氏体,具有创新性;2)通过第一性原理计算及实验分析设计Si与Ni的比例,以较低的成本提高钢的韧塑性,并进一步设计C和Mn的比例,得到一定含量及较高稳定性的奥氏体;3)在1)和2)的基础上,设计特定的热轧和热处理工艺,可获得含有低错配度的纳米马氏体和奥氏体相;本发明所制备的一种低错配度新型高强钢中,其中马氏体和奥氏体的晶格错配度小于1.5%,马氏体板条和膜状奥氏体宽度小于100nm,且热处理后钢板的力学性能为:抗拉强度1400-1750MPa,断后伸长率10.0-20.0%。
附图说明
图1为本发明实施例1中的SEM图像;
图2为本发明实施例2中的SEM图像;
图3为本发明实施例3中的SEM图像;
图4为本发明实施例4中的SEM图像。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面对本发明进行详细描述,本部分的描述仅是示范性和解释性,不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1:
一种低错配度新型高强钢及其制备方法,包括如下步骤;
1)、称取合金成分,按照合金成分重量百分比称取0.2wt.%的C、3.0wt.%的Si、5.0wt.%的Mn、0.5wt.%的Ni,余量为Fe;
2)、冶炼、铸造和锻造,将步骤1)中称取的合金成分进行真空冶炼、铸造,然后在1050℃温度进行锻造,锻造比为3.0,得到厚度为60mm厚的锻坯;
3)、热轧,将60mm厚的锻坯在1200℃保温2.5h,然后在1100℃进行热轧,热轧到2.4mm,总压下率为95%;
4)热处理,将所得热轧板在1000℃保温15min后水淬至室温,然后在760℃保温0.5h,空冷至室温得到本发明的低错配度新型高强钢;其组织见图1,力学性能如表1所示。
表1力学性能
Figure BDA0002575499170000041
实施例2:
一种低错配度新型高强钢及其制备方法,包括如下步骤;
1)、称取合金成分,按照合金成分重量百分比称取0.1wt.%的C、4.5wt.%的Si、10.0wt.%的Mn、0.9wt.%的Ni,余量为Fe;
2)、冶炼、铸造和锻造,将步骤1)中称取的合金成分进行真空冶炼、铸造,然后在1150℃温度进行锻造,锻造比为1.5,得到厚度为70mm厚的锻坯;
3)、热轧,将70mm厚的锻坯在1250℃保温2h,然后在1150℃进行热轧,热轧到3mm,总压下率为95%;
4)热处理,将所得热轧板在950℃保温30min后水淬室温,然后在740℃保温1h,空冷至室温得到本发明的低错配度新型高强钢;其组织见图2,力学性能如表2所示。
表2力学性能
Figure BDA0002575499170000051
实施例3:
一种低错配度新型高强钢及其制备方法,包括如下步骤;
1)、称取合金成分,按照合金成分重量百分比称取0.4wt.%的C、5.0wt.%的Si、7.5wt.%的Mn、1.5wt.%的Ni,余量为Fe;
2)、冶炼、铸造和锻造,将步骤1)中称取的合金成分进行真空冶炼、铸造,然后在1130℃温度进行锻造,锻造比为2.2,得到厚度为100mm厚的锻坯;
3)、热轧,将100mm厚的锻坯在1220℃保温2.2h,然后在1120℃进行热轧,热轧到4mm,总压下率为95%;
4)热处理,将所得热轧板在1050℃保温15min后水淬至室温,然后在840℃保温0.6h,空冷至室温得到本发明的低错配度新型高强钢;其组织见图3,力学性能如表3所示。
表3力学性能
Figure BDA0002575499170000061
实施例4:
一种低错配度新型高强钢及其制备方法,包括如下步骤;
1)、称取合金成分,按照合金成分重量百分比称取0.4wt.%的C、6.0wt.%的Si、8.0wt.%的Mn、2.0wt.%的Ni,余量为Fe;
2)、冶炼、铸造和锻造,将步骤1)中称取的合金成分进行真空冶炼、铸造,然后在1150℃温度进行锻造,锻造比为2.5,得到厚度为60mm厚的锻坯;
3)、热轧,将60mm厚的锻坯在1200℃保温2.5h,然后在1100℃进行热轧,终轧温度为950℃,热轧到3mm,总压下率为95%;
4)热处理,将所得热轧板在1000℃保温15min后水淬至室温,然后在820℃保温0.5h,空冷至室温得到本发明的低错配度新型高强钢;其组织见图4,力学性能如表4所示。
表4力学性能
Figure BDA0002575499170000062
Figure BDA0002575499170000071
综上所述,本发明中热轧板的抗拉强度范围为1400~1750MPa,断后伸长率为10.0~20.0%,具有良好的强塑性,主要归因于本发明具有低晶格错配度BCC和FCC相的合金***设计。
下面列举几个常见的高强钢,来证明本发明的显著优势。
对比例1:
典型的第三代汽车用钢QP钢,成分范围:C0.15-0.35wt.%,Si0.5-1.5wt.%,Mn1.5-2.5wt.%,其余为Fe;经过铸造、热轧、冷轧、QP热处理后,力学性能为:抗拉强度700-1100MPa,断后伸长率15-30%;综合力学性能较好,但是其主要是利用残余奥氏体的TRIP效应来提高整体的强塑性,而忽略了发挥相间协调变形的最大能力,其相间晶格错配度较高,大于2.5%,且马氏体板条宽度较宽,大于250nm,膜状奥氏体宽度大于150nm,难以进一步发挥其力学性能。
对比例2
典型的第三代汽车用钢中Mn钢,成分范围:C0.15-0.40wt.%,Si0.5-2.0wt.%,Mn3.5-9.0wt.%,其余为Fe‘经过铸造、热轧、冷轧、固溶处理后,力学性能为:抗拉强度900-1400MPa,断后伸长率20-40%;综合力学性能非常优异,但抗拉强度无法达到超高强度级别;且锰钢和QP钢的合金***并没有从根本上起到降低钢的密度的作用。
对比例3
典型的第三代高强钢中的低密度钢,成分范围:C0.2-0.8wt.%,Si0.2-2.0wt.%,Mn3.5-9.0wt.%,Al1.5-7.0wt.%,其余为Fe,经过铸造、热轧、冷轧、固溶处理后,力学性能为:抗拉强度700-1200MPa,断后伸长率25-50%;综合力学性能很好,但是强度偏低,无法达到超高强度水平,且加入Al后刚度降低,连铸易堵水口,不易实现工业化生产。
因此综上所述,本发明克服了上述对比案例的缺陷,具有显著优势。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以本发明是技术方案而非限制;尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应该理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种低错配度新型高强钢,特征在于,合金成分重量百分比为:C:0.1-0.4wt.%、Si:3.0-6.0wt.%、Mn:5.0-10.0wt.%、Ni:0.5-2.0wt.%,余量为Fe。
2.如权利要求1所述的一种低错配度新型高强钢的制备方法,其特征在于,包括如下步骤;
1)、称取合金成分,按照合金成分重量百分比称取相应的C、Si、Mn、Ni和Fe;
2)、冶炼、铸造和锻造,将步骤1)中称取的合金成分进行真空冶炼、铸造,然后在1050-1150℃温度进行锻造,锻造比为1.5-3.0,得到厚度为60-100mm厚的锻坯;
3)、热轧,将60-100mm厚的锻坯在1200-1250℃保温2.0-2.5h,然后在1100-1150℃进行热轧,总压下率为95%,得到厚度为2.4-4.0mm的热轧板;
4)、热处理,将所得到的厚度为2.4-4.0mm的热轧板在950-1050℃保温10-30min,水淬至室温,然后在740-840℃保温0.5-1h,空冷至室温,即得到一种低错配度新型高强钢。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1771345A (zh) * 2003-02-07 2006-05-10 先进钢铁技术有限责任公司 细晶粒马氏体不锈钢及其生产方法
JP2006299398A (ja) * 2005-03-22 2006-11-02 Nippon Steel Corp 歪み時効特性に優れた引張強さ760MPa級以上の高強度鋼板の製造方法およびそれを用いた高強度鋼管の製造方法
CN103194692A (zh) * 2013-04-25 2013-07-10 北京科技大学 一种超临界水堆用马氏体钢及其制备方法
CN103725995A (zh) * 2013-12-27 2014-04-16 东北大学 一种取向高硅电工钢的制备方法
CN110484816A (zh) * 2019-08-31 2019-11-22 东莞理工学院 一种以硅代铝轻量化高强韧汽车用钢及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1771345A (zh) * 2003-02-07 2006-05-10 先进钢铁技术有限责任公司 细晶粒马氏体不锈钢及其生产方法
JP2006299398A (ja) * 2005-03-22 2006-11-02 Nippon Steel Corp 歪み時効特性に優れた引張強さ760MPa級以上の高強度鋼板の製造方法およびそれを用いた高強度鋼管の製造方法
CN103194692A (zh) * 2013-04-25 2013-07-10 北京科技大学 一种超临界水堆用马氏体钢及其制备方法
CN103725995A (zh) * 2013-12-27 2014-04-16 东北大学 一种取向高硅电工钢的制备方法
CN110484816A (zh) * 2019-08-31 2019-11-22 东莞理工学院 一种以硅代铝轻量化高强韧汽车用钢及其制备方法

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