專利名稱：一種超細(xì)晶粒鋼的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低碳鋼生產(chǎn)，具體地說是一種晶?？杉?xì)化到3 μ m的超細(xì)晶粒鋼 的制造方法。
背景技術(shù)：
低碳鋼是一種重要的工程結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)實施建設(shè)。低碳鋼的性 能主要取決于其組織特征，包括晶粒和相的尺寸、形貌及空間分布等，通過變形或者熱 處理可以使材料結(jié)構(gòu)特征發(fā)生變化。因此，設(shè)計適當(dāng)?shù)墓に噧?yōu)化材料的組織顯得尤為重 要。碳鋼組織的優(yōu)化工藝經(jīng)過了控軋控冷技術(shù)與形變誘導(dǎo)鐵素體相變技術(shù)兩個過程?？?軋控冷是80年代以來發(fā)展的控制軋制與控制冷卻(Thermo-mechiinical control process, 簡稱TMCP)技術(shù)，通過這種方法，在不添加合金元素的情況下只能使晶粒尺寸細(xì)化到 10 μ m。通過形變誘導(dǎo)鐵素體相變技術(shù)，在不添加合金元素的情況下可將組織細(xì)化到 Iym,且組織較為均勻，從而提高材料強度和延展性，該研究工作得到了各國學(xué)者的廣 泛關(guān)注?，F(xiàn)有專利技術(shù)中所涉及到的超細(xì)晶粒鋼的制造方法。主要是通過控軋控冷或形 變誘導(dǎo)鐵素體相變技術(shù)，具體生產(chǎn)方法如下US Patent 4466842，日本新日鐵公司的Yada及其合作者們利用形變誘導(dǎo)鐵素體 相變技術(shù)，在變形溫度介于Ae3-Ar3之間通過大變形獲得體積分?jǐn)?shù)超過50%的形變誘導(dǎo)超 細(xì)鐵素體，鐵素體晶粒尺寸小于3 μ m。該工藝需要低溫大變形，使得軋機負(fù)荷提升，軋 輥壽命降低，生產(chǎn)難度加大。CN01140274.1提供了一種細(xì)化低碳鋼鐵素體晶粒的方法，它通過單道次或多道 次變形后以20 50°C /s冷卻至室溫，獲得了等軸細(xì)晶鐵素體組織。但是對控制冷卻速 度要求較高，正常的層流冷卻難以實現(xiàn)，增大了生產(chǎn)難度。CN1928130提供了一種低屈強比超細(xì)晶粒帶鋼的制造方法，它通過晶粒度適度 細(xì)化的方法，將鋼板的屈服強度降低到0.80以下，該方法不僅需要控軋控冷，而且對控 軋后的冷卻制度控制要求較高，將終軋后的帶鋼以20 40°C Λ，再通過冷卻集管組數(shù) 使帶鋼在近于空冷的條件下緩慢冷卻3 5s，然后再將鋼帶快速冷卻到卷取的目標(biāo)溫度 650 670°C。高要求的控制冷卻不僅增大了控制的難度，也減慢了生產(chǎn)節(jié)奏。CN200410054129.7提供了一種超細(xì)晶粒鋼的制造方法，它通過加入一定量的微 合金Nb，在澆鑄過程中加入形核劑，鋼水冷卻速度M80°C/min，來控制鑄坯晶粒尺寸， 軋制后升溫至Ac3以上，再以/s冷卻速度冷卻至Ar3點溫度附近，進(jìn)行連續(xù)不斷地 未再結(jié)晶控制軋制，累計壓下率勸0%，道次壓下率>15%。再以/s冷卻速度冷卻 到450°C以下，然后自然空冷到室溫，獲得<3.0μιη。該種方法不僅增加了價格昂貴的 微合金元素Nb，高要求的連鑄過程控制及嚴(yán)格的冷卻控制要求增加了生產(chǎn)難度與成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中制備超細(xì)晶粒鋼存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種超 細(xì)晶粒鋼的制備方法。該方法在不添加任何合金元素、不增大現(xiàn)有軋機負(fù)荷、正常冷卻 制度的前提下，結(jié)合控軋控冷工藝與形變誘導(dǎo)鐵素體相變技術(shù)，抑制形變誘導(dǎo)鐵素體相 變的逆相變的發(fā)生，充分利用道次間累積存儲能，促進(jìn)形核點，并隨后進(jìn)行一般的控制 冷卻，制備出由超細(xì)鐵素體與較細(xì)的珠光體片層的超細(xì)化鐵素體-珠光體組織；而且該 方法工藝簡單，耗能少，成本低。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種超細(xì)晶粒鋼的制造方法，其特征是對以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，含碳量在0.02 0.20%,含錳量介于0.40 1.60%之間的碳素鋼，采用如下熱變形工藝得到超細(xì)晶粒鋼(1)加熱加熱到溫度1200 1240°C，進(jìn)行充分的奧氏體化和奧氏體再結(jié)晶；(2)進(jìn)行三階段控制軋制；首先采用奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)兩階 段控制軋制，然后結(jié)合形變誘導(dǎo)鐵素體相變技術(shù)，再在Ar3溫度附近追加一道次的變形， 以抑制兩道次變形后生成的部分鐵素體向奧氏體的逆相變，同時，也累積了大量第二道 次的存儲能，增加鐵素體的形核點，促進(jìn)鐵素體體積分?jǐn)?shù)增加；(3)軋后冷卻工藝采用正常的冷卻制度，冷卻速度1 10°C /s ；終冷溫度 600 650O。本發(fā)明在進(jìn)行三階段控制軋制時，第一階段變形，變形溫度1000 1100°C，應(yīng) 變速率 =1 5s·1，名義變形量20 50% ；第二階段變形，變形溫度830 950°C，應(yīng)變 速率 25s·1，名義變形量30 50%;第三階段變形，變形溫度設(shè)定在Ar3溫度附近變形， 應(yīng)變速率 =1 5s·1,名義變形量30 50%。本發(fā)明得到超細(xì)晶粒鋼晶粒度在1-3 μ m。本發(fā)明選取普通的碳素鋼，不添加任何微合金元素，將控軋控冷技術(shù)與形變誘 導(dǎo)鐵素體相變技術(shù)相結(jié)合，制造出超細(xì)晶粒鋼，鐵素體晶?？杉?xì)化到3μιη以下。且本發(fā) 明采用簡單的熱變形方法，每道次只需較小的變形量，變形后無需較大的冷卻速度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、在不添加任何合金元素的前提下，通過一種簡單的熱壓縮變形處理方法，便 可獲得超細(xì)晶粒鐵素體鋼，鐵素體晶粒尺寸<3.0 μ m，且獲得的室溫超細(xì)鐵素體晶粒穩(wěn)定。2、通過三道次變形，彌補了控制軋制細(xì)化鐵素體晶粒鋼的能力不足，以抑制兩 道次變形后鐵素體向奧氏體的逆相變，同時，也累積了大量第二道次的存儲能，增加鐵 素體的形核點，促進(jìn)鐵素體體積分?jǐn)?shù)增加。3、本發(fā)明不需要在軋后進(jìn)行快速冷卻，無需增加具有在線淬火能力超快冷設(shè) 備，只需普通的空氣冷卻或一般的層流冷卻設(shè)備便可獲得超細(xì)鐵素體。4、本發(fā)明與形變誘導(dǎo)鐵素體相變技術(shù)相變，道次變形量小，減輕軋機負(fù)荷，工 藝簡便。


圖1是本發(fā)明的熱變形工藝示意4
圖2是實施例1得到超細(xì)化鐵素體晶粒鋼的顯微組織。圖3是實施例2得到的超細(xì)鐵素體晶粒鋼的顯微組織。
具體實施例方式實施例1一種本發(fā)明所述的超細(xì)晶粒鋼的制造方法，所用材料的化學(xué)成分見表1，對以質(zhì) 量分?jǐn)?shù)計，含碳量在0.18%、含錳量在0.54%之間的碳素鋼，采用如下熱變形工藝得到 超細(xì)晶粒鋼，變形工藝如圖1所示。將試樣加熱到1200°C，保溫5min完全奧氏體化以后，以5°C/s的冷卻速率，分 別冷卻到1000°C、850°C> 780°C道次變形溫度保溫IOs后進(jìn)行名義應(yīng)變量40%、50%, 50%,單軸壓縮實驗，所有變形道次的應(yīng)變速率為 =5一。隨后進(jìn)行5°C/s控制冷卻方法 進(jìn)行冷卻到600°C，最后置于空氣中冷卻。所獲得的組織如圖2所示。從圖2中可看 出組織中鐵素體是由等軸狀鐵素體與變形鐵素體組成，其中等軸狀鐵素體晶粒細(xì)小， 均勻，所占比例較多。珠光體片層較細(xì)小。通過截距法測得鐵素體平均晶粒尺寸為 2.91 μ m。表1實施例碳素鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％ )
權(quán)利要求
1.一種超細(xì)晶粒鋼的制造方法，其特征是對以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，含碳量在0.02 0.20%,含錳量介于0.40 1.60%之間的碳素鋼，采用如下熱變形工藝得到超細(xì)晶粒 鋼(1)加熱加熱到溫度1200 1240°C，進(jìn)行充分的奧氏體化和奧氏體再結(jié)晶；(2)進(jìn)行三階段控制軋制；首先采用奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)兩階段控 制軋制，然后結(jié)合形變誘導(dǎo)鐵素體相變技術(shù)，再在Ar3溫度附近追加一道次的變形，以抑 制兩道次變形后生成的部分鐵素體向奧氏體的逆相變，同時，也累積了大量第二道次的 存儲能，增加鐵素體的形核點，促進(jìn)鐵素體體積分?jǐn)?shù)增加；(3)軋后冷卻工藝采用正常的冷卻制度，冷卻速度1 10°C/s ；終冷溫度600 650 "C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)晶粒鋼的制造方法，其特征在于在進(jìn)行三階段控 制軋制時，第一階段變形，變形溫度1000 1100°C，應(yīng)變速率 =1 5s-1，名義變形量 20 50%;第二階段變形，變形溫度830 950°C，應(yīng)變速率 ≥5s-1,名義變形量30 50%；第三階段變形，變形溫度設(shè)定在Ar3溫度附近變形，應(yīng)變速率 =1 5s-1，名義變形 量30 50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)晶粒鋼的制造方法，其特征在于得到超細(xì)晶粒鋼晶 粒度在1-3 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超細(xì)晶粒鋼的制造方法，對以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，含碳量在0.02～0.20％、含錳量介于0.40～1.60％之間的碳素鋼，加熱到溫度1200～1240℃進(jìn)行奧氏體化，隨后采用奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)兩階段控制軋制，然后結(jié)合形變誘導(dǎo)鐵素體相變技術(shù)，再在Ar3溫度附近追加一道次的變形，以抑制兩道次變形后鐵素體向奧氏體的逆相變，同時，也累積了大量第二道次的存儲能，增加鐵素體的形核點，促進(jìn)鐵素體體積分?jǐn)?shù)增加。最后，以1～10℃/s冷卻速度冷卻到600～650℃，進(jìn)行空冷。制備出超細(xì)晶粒鐵素體鋼，鐵素體晶粒尺寸＜3.0μm。本發(fā)明無需大變形，無需超快冷的工藝方法，道次變形量小，軋機負(fù)荷小，工藝簡便，獲得的室溫超細(xì)鐵素體晶粒穩(wěn)定。
文檔編號C22C38/00GK102011045SQ201010289390
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者劉朝霞, 宋世佳, 李麗, 李曉玲, 楚覺非, 王曉文, 王端軍, 范益, 趙亞娟, 邱紅雷, 陳遠(yuǎn)姝 申請人:南京鋼鐵股份有限公司