CN102899584A - 一种降低马氏体高强钢韧脆转变温度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降低马氏体高强钢韧脆转变温度的方法，属于钢板生产技术领域。钢的化学成分范围为：C：0.14～0.15％、Si：0.20～0.25％、Mn：1.0～1.1％、P≤0.02％、S≤0.005％、Cr：0.30～0.80％、Ni：0.30～0.80％、Mo：0.30～0.35％、Nb：0.035～0.040％、Ti：0.011～0.015％、B：0.0010～0.0020％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明采用零保温淬火工艺，与采用常规时间保温淬火工艺所制得的钢板相比，此工艺制得的钢板在强度、冲击韧性、硬度上均有一定幅度提高，尤其是韧脆转变温度降低20℃以上。此生产工艺简单、周期短、钢板氧化程度低、耗能低、生产效率高。
Description
技术领域
本发明属于钢板生产技术领域，特别涉及一种降低马氏体高强钢韧脆转变温度的方法。
背景技术
高强钢可广泛应用于矿山机械、煤炭采运、农业机械、建筑机械、铁路运输等行业，随着各类工程机械朝大型化、轻量化、高参数方向的发展，高强度高等级钢板的市场需求量逐渐增加。近年来国内钢铁企业生产的80kg及以下级别的(以贝氏体或索氏体为基体)高强钢质量性能有了较大的进步，基本上可以满足市场需求。但是对于100kg及以上级别，以马氏体为基体的超高强度钢板，只有极少数企业可以生产，但质量性能与国外产品相比有很大的差距，不能满足市场需求，大部分仍然依赖进口。
制约马氏体高强钢生产和性能的一个主要原因是随着强度的升高，韧性变差，尤其是对于1000MPa以上级别的马氏体高强钢，其韧性水平则更低。例如，专利CN1840723A，其屈服强度达到1100MPa级，但其-20℃冲击功在50J以下，-40℃冲击功则更低；专利CN102181788A，其屈服强度为1100-1200MPa，但其产品为卷板，-40℃冲击功也较低，且热处理淬火保温时间为20～90min，时间较长，能源消耗大。
如能在目前马氏体高强钢的基础上，通过适当的工艺，在不降低其强度塑性的基础上，将其韧性质量级别从D级(-20℃)提升到E级(-40℃)乃至F级(-60℃)，则能大幅度提高高强钢的使用范围，其优势将更加明显。
发明内容
本发明的目的在于提出一种降低马氏体高强钢韧脆转变温度的方法，采用零保温淬火工艺，可制得屈服强度＞1100MPa、抗拉强度＞1300MPa、延伸率＞12％、布氏硬度＞400HB的E级和F级高强钢板，与采用常规时间保温淬火工艺所制得的钢板相比，此工艺制得的钢板，其强度、冲击韧性、硬度均有一定幅度提高，尤其是韧脆转变温度降低20℃以上。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明采用的板坯化学成分(重量百分比)：C：0.14～0.15％、Si：0.20～0.25％、Mn：1.0～1.1％、P≤0.02％、S≤0.005％、Cr：0.30～0.80％、Ni：0.30～0.80％、Mo：0.30～0.35％、Nb：0.035～0.040％、Ti：0.011～0.015％、B：0.0010～0.0020％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明的生产工艺如下：
1)对上述板坯加热，加热温度为1180～1220℃，保温时间1.5～2.5h；
2)控制轧制、冷却，粗轧开轧温度≤1050℃，粗轧终轧温度≥990℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度860～900℃，精轧终轧温度为800～860℃，道次变形率为10～30％；控制轧制过程中，总压缩比≥7，终轧后空冷至室温；
3)热处理工艺：淬火加热温度为900～950℃，淬火保温时间为0min；回火温度为200～300℃，保温1～2h，回火后空冷。
上述生产工艺在本发明中的作用是：
步骤1)中，如板坯加热温度过低，则Nb的碳、氮化物不能完全溶解；如加热温度过高，则奥氏体晶粒长大，且板坯氧化加剧，故加热温度为1180～1220℃。如加热时间过短，则奥氏体化不均匀；时间过长，板坯氧化严重，且耗费能源，故保温时间为1.5～2.5h。
步骤2)中，控制轧制采用两阶段控轧，粗轧在再结晶温度Tnr以上进行，其目的是使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；精轧控制在Tnr与Ar3之间，其目的是得到扁平的带有变形带的晶粒，为后续热处理提供良好的前驱组织。
步骤3)中，热处理工艺采用零保温淬火+回火的工艺，淬火温度取Ac3+50～100℃，保温时间为零。由于加热时间短，使得奥氏体来不及长大，晶粒较小，且不能完全均匀化。奥氏体晶粒微区中碳及其他合金元素的分布不均匀，不同碳浓度微区的Ms点不同。低碳微区Ms点较高，淬火冷却过程中首先形成马氏体；高碳微区Ms点较低，后生成马氏体。马氏体转变具有非等温特性。由于形成温度不同，马氏体片不能穿越不同的碳浓度区而长大，因此马氏体被得到了细化。这种细化可使马氏体高强钢的性能得到一定幅度提升。回火温度取200～300℃，保温1～2h，目的是使马氏体分解，析出碳化物，同时消除淬火内应力。
本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，至少具有以下优点和积极效果：
1、本发明采用零保温淬火工艺。在钢板热处理过程中，钢板到温后，无需保温，直接淬火。因此热处理周期短，钢板氧化程度低，能耗低，生产效率高。
2、采用零保温淬火工艺，钢板的强度、韧性、硬度较常规工艺相比，都有一定幅度提高，韧脆转变温度降低20℃以上。
3、采用零保温淬火工艺，可制得屈服强度＞1100MPa、抗拉强度＞1300MPa、延伸率＞12％、布氏硬度＞400HB的E级和F级高强钢板。
附图说明
图1为实施例1中的显微组织照片；
图2为实施例2中的显微组织照片；
图3为实施例3中的显微组织照片；
图4为实施例4中的显微组织照片。
具体实施方式
以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但不限于此。
实施例1
该马氏体高强钢由以下组分组成(wt％)：C：0.14％，Si：0.25％，Mn：1.0％，P≤0.02％，S≤0.0050％，Cr：0.30％，Ni：0.30％，Mo：0.30％，Nb：0.035％，Ti：0.015％，B：0.0013％，其余为Fe和不可避免的杂质。
1)对上述板坯加热，加热温度为1180～1220℃，保温时间1.5～2.5h；
2)控制轧制、冷却，粗轧开轧温度≤1050℃，粗轧终轧温度≥990℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度860～900℃，精轧终轧温度为800～860℃，道次变形率为10～30％；控制轧制过程中，总压缩比≥7，终轧后空冷至室温，成品厚15mm；
3)热处理工艺：淬火加热温度为930℃，淬火保温时间为0min；回火温度为250℃，保温1～2h，回火后空冷。
本实施例得到钢板的机械性能见表1。
对比例1
实施方式如实施例1，其中淬火保温时间为60min。
本对比例得到钢板的机械性能见表1。
实施例2
该马氏体高强钢由以下组分组成(wt％)：C：0.15％，Si：0.25％，Mn：1.05％，P≤0.02％，S≤0.0050％，Cr：0.78％，Ni：0.78％，Mo：0.35％，Nb：0.039％，Ti：0.015％，B：0.0019％，其余为Fe和不可避免的杂质。
1)对上述板坯加热，加热温度为1180～1220℃，保温时间1.5～2.5h；
2)控制轧制、冷却，粗轧开轧温度≤1050℃，粗轧终轧温度≥990℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度860～900℃，精轧终轧温度为800～860℃，道次变形率为10～30％；控制轧制过程中，总压缩比≥7，终轧后空冷至室温，成品厚15mm；
3)热处理工艺：淬火加热温度为930℃，淬火保温时间为0min；回火温度为200℃，保温1～2h，回火后空冷。
本实施例得到钢板的机械性能见表1。
对比例2
实施方式如实施例2，其中淬火保温时间为30min。
本对比例得到钢板的机械性能见表1。
实施例3
实施方式如实施例2，其中回火工艺为：回火温度：250℃，保温时间：1～2h。
本实施例得到钢板的机械性能见表1。
对比例3
实施方式如实施例3，其中淬火保温时间为15min。
本对比例得到钢板的机械性能见表1。
实施例4
实施方式如实施例3，其中回火工艺为：回火温度：300℃，保温时间：1～2h。
本实施例得到钢板的机械性能见表1。
对比例4
实施方式如实施例4，其中淬火保温时间为30min。
本对比例得到钢板的机械性能见表1。
表1本发明实施例1-4及对比例1-4的力学性能
注：表1中，拉伸试样采用直径φ8mm、标距为40mm的棒状试样，取样位置为横向取样，板厚1/2处；夏比冲击试样尺寸为10×10×55mm，取样位置为纵向取样，板厚1/2处；HBW为钢板表面下3mm处硬度，合金钢球直径10mm，试验力3000kgf，试验力保持时间10s。韧脆转变温度(DBTT)取冲击试样断口50％纤维断面率对应的温度。
由表1可见，采用零保温淬火工艺，其屈服强度、抗拉强度、硬度均得到一定幅度提高，韧脆转变温度DBTT至少降低21℃以上。
Claims (1)
1.一种降低马氏体高强钢韧脆转变温度的方法，以重量百分比计钢的化学成分为：C：0.14～0.15％、Si：0.20～0.25％、Mn：1.0～1.1％、P≤0.02％、S≤0.005％、Cr：0.30～0.80％、Ni：0.30～0.80％、Mo：0.30～0.35％、Nb：0.035～0.040％、Ti：0.011～0.015％、B：0.0010～0.0020％，其余为Fe和不可避免的杂质；其特征在于：生产工艺为：
1)根据上述化学成分冶炼、浇铸成板坯；
2)对上述板坯加热，加热温度为1180～1220℃，保温时间1.5～2.5h；
3)控制轧制、冷却，粗轧开轧温度≤1050℃，粗轧终轧温度≥990℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度860～900℃，精轧终轧温度为800～860℃，道次变形率为10～30％；控制轧制过程中，总压缩比≥7，终轧后空冷至室温；
4)热处理工艺，淬火加热温度为900～950℃，淬火保温时间为0min，回火温度为200～300℃，保温1～2h，回火后空冷。
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| GR01 | Patent grant |