一種超高強(qiáng)度低成本熱軋q&p鋼及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種超高強(qiáng)度低成本熱軋Q&P鋼及其生產(chǎn)方法，其成分重量百分比為：C?0.20~0.40%，Si?0.8~2.0%，Mn?1.5~3.0%，P≤0.015%，S≤0.005%，Al?0.02~0.08%，N≤0.006%，Ti?0.005~0.015%，O≤30ppm，其余為Fe以及不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明通過(guò)低成本成分設(shè)計(jì)，在傳統(tǒng)的C-Mn鋼的成分基礎(chǔ)上，通過(guò)提高Si含量抑制滲碳體析出，同時(shí)加入微量的Ti控制加熱時(shí)的奧氏體晶粒尺寸以獲得淬火時(shí)細(xì)小的板條馬氏體，從而實(shí)現(xiàn)低成本制造出超高強(qiáng)度熱軋耐磨鋼。本發(fā)明超高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼的微觀組織為馬氏體+殘余奧氏體，其抗拉強(qiáng)度≥1400MPa，延伸率>10%。
【專利說(shuō)明】一種超高強(qiáng)度低成本熱軋Q&P鋼及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于耐磨鋼領(lǐng)域，特別涉及一種超高強(qiáng)度低成本熱軋Q&P鋼及其生產(chǎn)方法，抗拉強(qiáng)度≥1400MPa，延伸率>10%。
【背景技術(shù)】
[0002]自2003年美國(guó)科羅拉多礦業(yè)學(xué)院John.G.Speer教授首次提出淬火+配分(Quenching and Partitioning, Q&P)的概念以來(lái)，Q&P鋼已經(jīng)被公認(rèn)為汽車(chē)用鋼領(lǐng)域第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼。
[0003]Q&P鋼的主要工藝為:將鋼加熱到完全奧氏體區(qū)或部分奧氏體區(qū)，保溫一段時(shí)間后，迅速淬火到Ms和Mf (Ms和Mf分別表示馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度和結(jié)束溫度)之間的某一溫度以獲得具有一定量殘余奧氏體的馬氏體+殘余奧氏體組織，隨后在淬火停冷溫度或略高于停冷溫度下保溫一定時(shí)間使碳原子從過(guò)飽和的馬氏體向殘余奧氏體中擴(kuò)散富集，從而使得富碳的殘余奧氏體可在室溫下穩(wěn)定存在，然后冷卻至室溫。
[0004]通過(guò)這種工藝獲得的鋼具有很高的強(qiáng)度和塑性，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)2000MPa以上，而延伸率> 10%。Q&P鋼在室溫時(shí)的典型組織為板條馬氏體和薄膜狀殘余奧氏體，有時(shí)可能含有少量的片狀馬氏體。Q&P鋼力學(xué)性能主要是由板條馬氏體和薄膜狀殘余奧氏體的板條寬度以及殘余奧氏體的體積百分?jǐn)?shù)決定。
[0005]Q&P鋼的概念一經(jīng)Speer等人提出之后，世界上許多研究小組都對(duì)這一類(lèi)新鋼種從理論和試驗(yàn)方面進(jìn)行了詳細(xì)而深入的研究。綜合這些研究成果不難發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)過(guò)程中的工藝路線基本都是采用熱處理的方法或兩步法，即鋼經(jīng)過(guò)奧氏體化之后，先進(jìn)行淬火然后再將鋼重新加熱至略高于淬火停冷溫度下保溫一段時(shí)間后，最后再淬火至室溫。這一工藝路線對(duì)冷軋或熱鍍鋅產(chǎn)品的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)比較合適。對(duì)于熱連軋過(guò)程而言，由于在層流冷卻和卷取之間沒(méi)有快速再加熱過(guò)程或者卷取之后對(duì)整卷進(jìn)行再加熱的能力，因此，在熱連軋產(chǎn)線上按照兩步法生產(chǎn)Q&P鋼是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，只能采用層流冷卻淬火至一定溫度然后卷取的一步法工藝路線。
[0006]目前，有關(guān)熱軋Q&P鋼如中國(guó)專利CN102226248A介紹了一種碳硅錳熱軋Q&P鋼，但合金成分設(shè)計(jì)上沒(méi)有采用微Ti控制奧氏體晶粒尺寸，而且鋼板的抗拉強(qiáng)度最高不超過(guò)1400MPao還有如中國(guó)專利CN101775470A介紹了一種復(fù)相Q&P鋼的生產(chǎn)工藝，實(shí)際上是一種兩步法生產(chǎn)Q&P鋼的工藝；中國(guó)專利CN101487096A介紹了一種用兩步熱處理法生產(chǎn)C-Mn-Al系Q&P鋼，其主要特點(diǎn)是延伸率很高，主要用于汽車(chē)領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種超高強(qiáng)度低成本熱軋Q&P鋼及其生產(chǎn)方法，獲得的超高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼的微觀組織為馬氏體+殘余奧氏體，其抗拉強(qiáng)度> 1400MPa,延伸率>10%。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]本發(fā)明通過(guò)低成本成分設(shè)計(jì)，采用熱連軋工藝，在傳統(tǒng)的C-Mn鋼的成分基礎(chǔ)上，通過(guò)提高Si含量抑制滲碳體析出，同時(shí)加入微量的Ti控制加熱時(shí)的奧氏體晶粒尺寸以獲得淬火時(shí)細(xì)小的板條馬氏體，從而低成本制造出超高強(qiáng)度熱軋耐磨鋼。
[0010]具體地，本發(fā)明的一種超高強(qiáng)度低成本熱軋Q&P鋼，其成分重量百分比為:C
0.20%~0.40%, Si 0.8%~2.0%, Mn 1.5%~3.0%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.005%, Al 0.02~0.08%,N≤0.006%, Ti 0.005%~0.015%, O ≤30ppm，其余為Fe以及不可避免雜質(zhì)；超高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼的微觀組織為馬氏體+殘余奧氏體，其抗拉強(qiáng)度≥1400MPa,延伸率>10%。
[0011]在本發(fā)明成分設(shè)計(jì)中:
[0012]C，是鋼中最基本的元素，同時(shí)也是本發(fā)明中最重要的元素之一。碳作為鋼中的間隙原子，對(duì)提高鋼的強(qiáng)度起到非常重要的作用，對(duì)鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度影響最大。鋼中碳的含量若低于0.2%，在不添加其他合金元素的情況下，熱軋Q&P鋼的強(qiáng)度難以達(dá)到很高的強(qiáng)度如1500MPa以上；而且，在卷取等溫的過(guò)程中，碳從馬氏體向奧氏體中擴(kuò)散富集的程度不足以保證殘余奧氏體在室溫時(shí)的穩(wěn)定性。若鋼中的碳含量大于0.4%，雖然可以保證在卷取等溫過(guò)程中有足夠的碳原子向奧氏體中富集，但由于碳含量高導(dǎo)致Ms和Mf點(diǎn)降低，在相同的工藝條件下，殘余奧氏體的含量增加，相應(yīng)的殘余奧氏體中的碳濃度也會(huì)減少，穩(wěn)定性降低。另外，碳含量太高對(duì)鋼板的沖擊韌性以及焊接性等都有不利影響。因此，鋼中碳含量控制在0.20-0.40%的范圍內(nèi)可保證鋼板具有良好的高強(qiáng)度和高塑性匹配；
[0013]Si，是鋼中最基本的元素，同時(shí)也是本發(fā)明中最重要的元素之一。與傳統(tǒng)的熱軋高強(qiáng)鋼相比，高強(qiáng)度Q&P鋼目前基本都是采用高硅的成分設(shè)計(jì)原則。Q&P鋼中加入高硅的主要目的是在卷取緩冷階段抑制滲碳體的析出，促進(jìn)碳在殘余奧氏體中富集，穩(wěn)定奧氏體。若硅在鋼中的加入量低于0.8%，則鋼在淬火到Ms-Mf之間卷取緩冷過(guò)程中將析出碳化物如滲碳體，降低了殘余奧氏體中的碳含量，使得殘余奧氏體變得不穩(wěn)定。在繼續(xù)緩慢冷卻到室溫的過(guò)程中，殘余奧氏體有可能發(fā)生分解，對(duì)鋼的性能造成不利影響；另一方面，硅在鋼中的含量也不能太高，若硅含量超過(guò)2.0%，鋼中容易形成硅的氧化物，使鋼發(fā)生脆性斷裂。因此，鋼中硅的含量控制在0.8^2.0%，優(yōu)選范圍在1.2^1.8%之間；
[0014]Mn，是擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，可以降低鋼的臨界冷卻速度，穩(wěn)定奧氏體，推遲奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變。在本發(fā)明中，為保證鋼板的強(qiáng)度，錳的含量一般應(yīng)控制在1.5%以上；另一方面，錳含量也不能太高，如超過(guò)3.0%，鋼板的強(qiáng)度反而容易降低，這主要是由于錳含量增加提高奧氏體的穩(wěn)定性，淬火到Ms和Mf之間得到比較多的殘余奧氏體，降低了鋼板的強(qiáng)度。因此，本發(fā)明中錳的含量一般控制在1.5-3.0%之間可得到綜合性能良好的鋼板。
[0015]P，是鋼中的雜質(zhì)元素，鋼中磷的含量較高(≥0.1%)時(shí)，形成Fe2P在晶粒周?chē)龀?，降低鋼的塑性和韌性，故其含量越低越好，一般控制在0.015%以內(nèi)較好且不提高煉鋼成本。
[0016]S，在鋼中硫含量較高時(shí)以FeS-Fe共晶體的形式存在于鋼的晶粒周?chē)?，降低鋼的力學(xué)性能，其含量與磷類(lèi)似，也是越低越好，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)通?？刂圃?.005%以內(nèi)。
[0017]Al，鋁在鋼中的作用主要是在煉鋼過(guò)程中進(jìn)行脫氧。除此之外，鋁還可與鋼中的氮結(jié)合形成A1N，若鋼中氮的含量較高，加入的鈦不足以固定氮原子時(shí)，鋁但也可以起到固氮的作用。因此，鋼中鋁的含量要控制在合適的范圍內(nèi)，通?？刂圃?.02-0.08%即可，優(yōu)選范圍為 0.03-0.06%ο
[0018]Ti，加入量與鋼中氮的加入量相對(duì)應(yīng)。鋼中Ti/N控制在TiN的化學(xué)計(jì)量比3.42以下為宜。若Ti/N大于3.42，則鋼中容易形成比較粗大的TiN粒子，對(duì)鋼板的沖擊韌性造成不利影響，粗大的TiN粒子可成為斷裂的裂紋源。另一方面，Ti的含量也不能太低，否則形成的TiN數(shù)量太少，起不到細(xì)化奧氏體晶粒的作用。因此，鋼中鈦的含量要控制在合適的范圍，通常鈦的加入量控制在0.005-0.015%之間，優(yōu)選范圍控制在0.008-0.012%。
[0019]N，在本發(fā)明中屬于雜質(zhì)元素，其含量越低越好。氮也是鋼中不可避免的元素，通常情況下，鋼中氮的殘余含量在0.002-0.004%之間，這些氮元素可以通過(guò)與酸溶鋁和Ti結(jié)合而固定。為了不提高煉鋼成本，氮的含量控制在0.006%以內(nèi)即可，優(yōu)選范圍為小于0.004%。
[0020]0，是煉鋼過(guò)程中不可避免的元素，對(duì)本發(fā)明而言，鋼中氧的含量通過(guò)鋁脫氧之后一般都可以達(dá)到30ppm以下，對(duì)鋼板的性能不會(huì)造成明顯不利影響。因此，將鋼中的氧含量控制在30ppm以內(nèi)即可。
[0021]本發(fā)明的超高強(qiáng)度低成本熱軋Q&P鋼的生產(chǎn)方法，包括如下步驟:
[0022]I)冶煉、鑄造
[0023]按上述成分轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉+真空爐二次精煉，鑄造成鑄坯或錠；
[0024]2)加熱
[0025]鑄坯或錠加熱，加熱溫度110(Tl20(TC，保溫時(shí)間廣2小時(shí)；
[0026]3)熱軋
[0027]開(kāi)軋溫度100(Tl07(TC，在950°C以上多道次大壓下且累計(jì)變形量≤50%，主要目的是細(xì)化奧氏體晶粒；隨后中間坯待溫至80(T85(TC，然后進(jìn)行最后3飛個(gè)道次軋制；
`[0028]4)在線淬火
[0029]終軋結(jié)束后鋼板以>50°C /s的冷速冷卻至15(T250°C，獲得馬氏體+殘余奧氏體組織，最后卷取后緩慢冷卻至室溫。
[0030]在本發(fā)明制造方法中:
[0031]鑄坯加熱溫度若低于1100°C以及保溫時(shí)間過(guò)短，則不利于合金元素的均勻化；而當(dāng)溫度高于1200°C時(shí)，不僅提高了制造成本，而且使得鋼坯的加熱質(zhì)量有所下降。因此，鑄坯加熱溫度一般控制在110(Tl200°C比較合適。
[0032]類(lèi)似地，保溫時(shí)間也需要控制在一定范圍內(nèi)。保溫時(shí)間過(guò)短，溶質(zhì)原子如S1、Mn等的擴(kuò)散不夠充分，鋼坯的加熱質(zhì)量得不到保證；而保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則使得奧氏體晶粒粗大以及提高了制造成本，故保溫時(shí)間應(yīng)控制在廣2小時(shí)之間。加熱溫度越高，相應(yīng)的保溫時(shí)間可適當(dāng)縮短。
[0033]本發(fā)明采用較高的碳含量(0.2-0.4%)，使鋼板在線淬火后(淬火停冷溫度150-250°C)卷取緩冷過(guò)程中有更多的碳原子從馬氏體向殘余奧氏體中擴(kuò)散以穩(wěn)定殘余奧氏體；而較高的Si含量可以減少鋼板在緩冷過(guò)程中碳化物的析出，減少碳原子的消耗，穩(wěn)定殘余奧氏體；另外，較高的Mn含量則是在碳原子提高殘余奧氏體穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提聞其穩(wěn)定性。
[0034]本發(fā)明所提供的技術(shù)可用于制造抗拉強(qiáng)度> 1400MPa，且厚度在4_12mm的熱軋超高強(qiáng)耐磨鋼板，同時(shí)具有良好的延伸率(>10%)，表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)塑性匹配。
[0035]本發(fā)明的有益效果:
[0036]I)本發(fā)明鋼板的合金成本大幅降低。本發(fā)明與傳統(tǒng)的低合金高強(qiáng)鋼相比，沒(méi)有添加任何貴重金屬元素如Nb、V、Cu、N1、Mo等，添加的微量合金元素Ti不僅價(jià)格低廉，而且加入量很低。采用熱連軋工藝生產(chǎn)比用厚板線生產(chǎn)還可進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。因此，鋼板的生產(chǎn)成本大幅降低。
[0037]2)本發(fā)明鋼板的力學(xué)性能大幅提高，用戶使用成本降低。雖然合金成本大幅降低，但鋼板的抗拉強(qiáng)度和延伸率與傳統(tǒng)的低合金高強(qiáng)鋼相比卻得到大幅提高。因此，在一些使用厚板耐磨鋼的領(lǐng)域可以用更薄規(guī)格的超高強(qiáng)度耐磨鋼，減輕重量，降低成本。
[0038]3)采用本發(fā)明制造出的鋼板具有低成本超高強(qiáng)度和高硬度優(yōu)勢(shì)，特別適合于需要提高耐磨性的領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1為本發(fā)明的工藝圖。
[0040]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2鋼板的金相顯微組織照片。
[0041]圖3為本發(fā)明實(shí)施例4鋼板的金相顯微組織照片。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0043]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的工藝流程:采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉，經(jīng)真空爐二次精煉、鑄造成鋼坯或鋼錠；加熱，鋼坯或鋼錠加熱溫度:110(Tl20(rC，保溫時(shí)間:廣2小時(shí)；軋制，開(kāi)軋溫度:1000^1070°C，在950°C以上多道次大壓下且累計(jì)變形量≥50%,隨后中間坯待溫至80(T850°C，然后進(jìn)行最后3飛個(gè)道次軋制；在線淬火，以>50°C /s的冷速冷卻至15(T250°C，獲得馬氏體+殘余奧氏體組織，最后卷取后緩慢冷卻至室溫。
[0044]本發(fā)明實(shí)施例參見(jiàn)表1。表2為本發(fā)明實(shí)施例的生產(chǎn)方法及性能。
[0045]表1單位:重量百分比
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種超高強(qiáng)度低成本熱軋Q&P鋼，其成分重量百分比為:C0.20%~0.40%, Si0.8%~2.0%, Mn 1.5%~3.0%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.005%, Al 0.02~0.08%, N ≤ 0.006%, Ti0.005%~0.015%, O ≤ 30ppm,其余為Fe以及不可避免雜質(zhì)；超高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼的微觀組織為馬氏體+殘余奧氏體，其抗拉強(qiáng)度≤1400MPa,延伸率>10%。
2.如權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度低成本熱軋Q&P鋼，其特征是，所述的Si含量為1.2~1.8%，重量百分比計(jì)。
3.如權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度低成本熱軋Q&P鋼，其特征是，所述的Al含量為0.03、.06%，重量百分比計(jì)。
4.如權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度低成本熱軋Q&P鋼，其特征是，所述的Ti含量為0.008^0.012%，重量百分比計(jì)。
5.如權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度低成本熱軋Q&P鋼，其特征是，所述的N含量≤0.004%，重量百分比計(jì)。
6.如權(quán)利要求1~5中任何一項(xiàng)所述的超高強(qiáng)度低成本熱軋Q&P鋼的生產(chǎn)方法，包括如下步驟: 1)冶煉、鑄造 按上述成分轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉+真空爐二次精煉，鑄造成鑄坯或錠； 2)加熱 鑄坯或錠加熱，加熱溫度1100~l200°C，保溫時(shí)間1~2小時(shí)； 3)熱軋 開(kāi)軋溫度1000~l070°C，在950°C以上多道次大壓下且累計(jì)變形量≥50%，隨后中間坯待溫至800~850°C，然后進(jìn)行最后3飛個(gè)道次軋制； 4)在線淬火終軋結(jié)束后鋼板以>50°C /s的冷速冷卻至150~250°C，獲得馬氏體+殘余奧氏體組織，最后卷取后緩慢冷卻至室溫，最終熱軋超高強(qiáng)度Q&P鋼板的抗拉強(qiáng)度≥ 1400MPa,延伸率>10% O
【文檔編號(hào)】C21D8/02GK103805851SQ201210461655
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月15日
【發(fā)明者】李自剛, 王煥榮, 王巍, 胡曉萍, 李建業(yè) 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司