釩硼微合金化高強(qiáng)鋼及其熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的熱處理工藝，包括：預(yù)淬火、亞溫淬火和低溫回火，得到的所述釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量包括：C≤0.25%、Mn≤1.7%、Si≤0.8%、S≤0.03%、P≤0.03%、V≤0.1%、B0.001%-0.003%，余量為Fe和雜質(zhì)。本發(fā)明還公開了一種釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的熱處理工藝，包括：預(yù)淬火、亞溫淬火和低溫回火。本發(fā)明的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能，可以應(yīng)用在板材產(chǎn)品、建材產(chǎn)品及特殊性能用鋼產(chǎn)品上。本發(fā)明的熱處理方法使鋼的強(qiáng)度顯著增加，同時具有良好的延性。
【專利說明】釩硼微合金化高強(qiáng)鋼及其熱處理工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼鐵材料熱處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種釩硼微合金化高強(qiáng)鋼及其熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]在鋼材產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，通常采用一定的熱處理工藝改善鋼的性能。亞溫淬火又稱臨界區(qū)淬火，是將具有平衡態(tài)或非平衡態(tài)原始組織的亞共析結(jié)構(gòu)鋼加熱至鐵素體與奧氏體共存的兩相區(qū)(即臨界區(qū)溫度區(qū)間)，保溫一定時間，然后進(jìn)行淬火的熱處理工藝。與常規(guī)完全淬火工藝不同，亞溫淬火的加熱溫度在相變點(diǎn)Acl、Ac3之間，較常規(guī)完全淬火降低50~100°C。亞溫淬火溫度較低，但是亞溫淬火不能得到較高的屈服強(qiáng)度，因此鋼的屈強(qiáng)比較低，強(qiáng)度較低，疲勞壽命較低。因此，需要對鋼的成分進(jìn)行調(diào)整，采用改進(jìn)的熱處理工藝來提高鋼的強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種釩硼微合金化高強(qiáng)鋼，具有較好的力學(xué)性倉泛。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種釩硼微合金化高強(qiáng)鋼，其材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量包括:C ( 0.25%、Mn ( 1.7%、Si ( 0.8%、S ( 0.03%,P ( 0.03%、V ( 0.1%、B0.001%-0.003%，余量為 Fe 和雜質(zhì)。
[0006]進(jìn)一步，所述釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.21%、Mnl.35%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.07%、B0.0018% ;或者，C0.25%、Mnl.50%、Si0.45%、S0.02%,P0.015%,V0.09%,B0.0025% ;或者，C0.24%、Mnl.7%、Si0.8%,S0.03%,P0.03%,V0.1%、B0.003% ;或者，C0.22%、Mnl.40%、Si0.40%、S0.01%、P0.015%、V0.08%、B0.001%。
[0007]本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供一種釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的熱處理工藝，可以生產(chǎn)具有較好力學(xué)性能的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼。
[0008]本發(fā)明的另一技術(shù)方案如下:
[0009]一種釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的熱處理工藝，包括:預(yù)淬火、亞溫淬火和低溫回火，得到的所述釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量包括:c ≤ 0.25%、Mn ≤1.7%、Si ≤0.8%、S ≤ 0.03%、P ≤ 0.03%、V≤0.1%、B0.001%-0.003%,余量為 Fe 和雜質(zhì)。
[0010]進(jìn)一步:所述預(yù)淬火的加熱溫度為900-940°C，在900-940°C保溫60-180分鐘，然
后水淬。
[0011]進(jìn)一步:所述亞溫淬火的加熱溫度為780°C -820°c，在780°C _820°C保溫時間為30-120分鐘，然后水淬。
[0012]進(jìn)一步:所述低溫回火的回火溫度為200-240°C，在200-240°C保溫時間為60-300
分鐘，然后隨爐冷卻。[0013]進(jìn)一步，得到的所述釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量包括:C0.21%、Mnl.35%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.07%、B0.0018% ;或者，C0.25%、Mnl.50%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.09%、B0.0025% ；或者，C0.24%、Mnl.7%、Si0.8%、S0.03%、P0.03%、V0.1%、B0.003% ；或者，C0.22%、Mnl.40%、Si0.40%、S0.01%、P0.015%、V0.08%、B0.001%。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
[0015]1、本發(fā)明的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度達(dá)到1200-1320MPa,屈服強(qiáng)度 950_1050MPa，延伸率 19-24%。
[0016]2、本發(fā)明的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼可以應(yīng)用在板材產(chǎn)品、建材產(chǎn)品及特殊性能用鋼產(chǎn)品上。
[0017]3、本發(fā)明的熱處理方法使鋼的強(qiáng)度顯著增加，同時具有良好的延性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明釩硼微合金化高強(qiáng)鋼熱處理工藝的流程圖；
[0019]圖2為本發(fā)明釩硼微合金化高強(qiáng)鋼熱處理工藝的示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1圓鋼棒熱軋態(tài)的金相組織圖；
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1預(yù)淬火后圓鋼棒的金相組織圖；
[0022]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1亞溫淬火后圓鋼棒的金相組織圖；
[0023]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1低溫回火后圓鋼棒的金相組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明初始鋼材材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為C≤0.25%、Mn ≤ 1.7%、Si ≤0.8%、S ≤ 0.03%、P ≤0.03%、V ≤ 0.1%、B0.001%-0.003%，余量為 Fe 和雜質(zhì)。本發(fā)明為顯著提高鋼材的力學(xué)性能，添加硼元素這種高淬透性元素。為了防止硼化物沿奧氏體晶界析出而形成斷續(xù)的網(wǎng)，鋼中硼的最佳留存量為0.001%~0.003%。固溶的釩可以提高鋼的淬透性，V (C、N)析出物可以明顯提高鋼的耐高溫性能。
[0025]如圖1和2所示，分別為本發(fā)明釩硼微合金化高強(qiáng)鋼熱處理工藝的流程圖和示意圖。本發(fā)明熱處理工藝的步驟如下:
[0026]步驟S1:預(yù)淬火
[0027]預(yù)淬火的加熱溫度為900_940°C，在900_940°C保溫60-180分鐘，然后進(jìn)行水淬。
[0028]步驟S2:亞溫淬火
[0029]亞溫淬火的加熱溫度為780°C _820°C，在780°C _820°C保溫30-120分鐘，然后進(jìn)
行水淬。
[0030]步驟S3:低溫回火
[0031]低溫回火的回火溫度為200-240°C，在200-240°C保溫60-300分鐘，然后該高強(qiáng)鋼
隨爐冷卻。
[0032]經(jīng)過上述熱處理工藝得到釩硼微合金化高強(qiáng)鋼。經(jīng)過上述熱處理后的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為C≤0.25%、Mn ≤ 1.7%、Si ≤0.8%、S≤0.03%、P ≤ 0.03%、V≤0.1%、B0.001%-0.003%,余量為 Fe 和雜質(zhì)。[0033]實(shí)施例1
[0034]實(shí)施例1為018的圓鋼棒。該圓鋼棒的化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為:C0.21%、Mnl.35%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.07%、B0.0018%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。如圖3所示，為本發(fā)明實(shí)施例1圓鋼棒熱軋態(tài)的金相組織圖。從圖3可以看出，該熱軋態(tài)的金相組織為鐵素體和珠光體。
[0035]用Formaster-F自動相變儀測定實(shí)施例1鋼的臨界相變溫度，分別為鋼加熱時開始形成奧氏體的溫度Acl、亞共析鋼加熱時所有鐵素體都轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度Ac3、鋼高溫奧氏體化后冷卻時奧氏體分解為鐵素體和珠光體的溫度Arl、亞共析鋼高溫奧氏體化后冷卻時鐵素體開始析出的溫度Ar3。實(shí)施例1的Acl=724°C、Ac3=863°C、Arl=605°C和Ar3=750°C。
[0036]將018的圓鋼棒進(jìn)行熱處理，具體過程如下:
[0037]將018的圓鋼棒預(yù)淬火。預(yù)淬火的溫度為900°C并在900°C保溫60min，然后水淬。將圓鋼棒試樣打磨后拋光，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察。如圖4所示，為本發(fā)明實(shí)施例1預(yù)淬火后圓鋼棒的金相組織圖。從圖4可以看出，該組織為馬氏體。再將圓鋼棒試樣亞溫淬火。亞溫淬火的溫度為780°C并在780°C保溫50min，然后水淬。將圓鋼棒試樣打磨后拋光，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察。如圖5所示，為本發(fā)明實(shí)施例1亞溫淬火后圓鋼棒的金相組織圖。從圖5可以看出，該金相組織為馬氏體、貝氏體和鐵素體。然后將圓鋼棒試樣低溫回火。低溫回火的溫度為200°C并在200°C保溫120min，然后隨爐冷卻。將圓鋼棒試樣打磨后拋光，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察。如圖6所示，為本發(fā)明實(shí)施例1低溫回火后圓鋼棒的金相組織圖。從圖6可以看出，該金相組織為貝氏體、鐵素體和回火馬氏體。
[0038]經(jīng)過上述步驟得到實(shí) 施例1的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為:C0.21%、Mnl.35%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.07%、B0.0018%，余量為 Fe 和不可避
免的雜質(zhì)。
[0039]用圖像分析儀測定實(shí)施例1釩硼微合金化高強(qiáng)鋼鐵素體和馬氏體兩相的相對量，測量結(jié)果見表1。在拉力試驗(yàn)機(jī)上對實(shí)施例1的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼進(jìn)行拉力試驗(yàn)。其力學(xué)性能檢測值見表2。
[0040]實(shí)施例2
[0041]實(shí)施例2為025的圓鋼棒。該圓鋼棒的化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為:C0.25%、Mnl.50%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.09%、B0.0025%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。該圓鋼棒的規(guī)格較之實(shí)施例1的規(guī)格大，提高淬透性元素含量(C、V、Mn、B)是該鋼化學(xué)成分的設(shè)計(jì)思路，該熱軋態(tài)的金相組織為鐵素體和珠光體。
[0042]用Formaster-F自動相變儀測定實(shí)施例2鋼的臨界相變溫度，分別為鋼加熱時開始形成奧氏體的溫度Acl、亞共析鋼加熱時所有鐵素體都轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度Ac3、鋼高溫奧氏體化后冷卻時奧氏體分解為鐵素體和珠光體的溫度Arl、亞共析鋼高溫奧氏體化后冷卻時鐵素體開始析出的溫度Ar3。實(shí)施例2的Acl=725°C、Ac3=860°C、Arl=606°C和Ar3=745°C。
[0043]將O 25的圓鋼棒進(jìn)行熱處理，具體過程如下:
[0044]將025的圓鋼棒預(yù)淬火。預(yù)淬火的溫度為920°C并在920°C保溫60min，然后水淬。將圓鋼棒試樣打磨后拋光，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察，預(yù)淬火后圓鋼棒的金相組織為馬氏體。再將圓鋼棒試樣亞溫淬火，亞溫淬火的溫度為800°C并在800°C保溫60min，然后水淬。將圓鋼棒試樣打磨后拋光，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察，該金相組織為馬氏體、貝氏體和鐵素體。然后將圓鋼棒試樣低溫回火。低溫回火的溫度為230°C并在230°C保溫120min，然后隨爐冷卻。將圓鋼棒試樣打磨后拋光，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察，該金相組織為貝氏體、鐵素體和回火馬氏體。
[0045]經(jīng)過上述步驟得到實(shí)施例2的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為:C0.25%、Mnl.50%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.09%、B0.0025%,余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
[0046]用圖像分析儀測定實(shí)施例2釩硼微合金化高強(qiáng)鋼鐵素體和馬氏體兩相的相對量，測量結(jié)果見表1。在拉力試驗(yàn)機(jī)上對實(shí)施例2的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼進(jìn)行拉力試驗(yàn)。其力學(xué)性能檢測值見表2。
[0047]實(shí)施例3
[0048]實(shí)施例3為025的圓鋼棒。該圓鋼棒的化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為:C0.24%、Mnl.7%,Si0.8%,S0.03%,P0.03%、V0.1%、B0.003%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。該圓鋼棒的規(guī)格較之實(shí)施例1的規(guī)格大，提高淬透性元素含量(C、V、Mn、B)是該鋼化學(xué)成分的設(shè)計(jì)思路，該熱軋態(tài)的金相組織為鐵素體和珠光體。
[0049]用Formaster-F自動相變儀測定實(shí)施例3鋼的臨界相變溫度，分別為鋼加熱時開始形成奧氏體的溫度Acl、亞共析鋼加熱時所有鐵素體都轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度Ac3、鋼高溫奧氏體化后冷卻時奧氏體分解為鐵素體和珠光體的溫度Arl、亞共析鋼高溫奧氏體化后冷卻時鐵素體開始析出的溫度Ar3。實(shí)施例2的Acl=725°C、Ac3=862°C、Arl=604°C和Ar3=748°C。
[0050]將O 25的圓鋼棒進(jìn)行熱處理，具體過程如下:
[0051]將025的圓鋼棒預(yù)淬火。預(yù)淬火的溫度為940°C并在940°C保溫120min，然后水淬。將圓鋼棒試樣打磨后拋光，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察，預(yù)淬火后圓鋼棒的金相組織為馬氏體。再將圓鋼棒試樣亞溫淬火，亞溫淬火的溫度為810°C并在810°C保溫30min，然后水淬。將圓鋼棒試樣打磨后拋光，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察，該金相組織為馬氏體、貝氏體和鐵素體。然后將圓鋼棒試樣低溫回火。低溫回火的溫度為220°C并在220°C保溫300min，然后隨爐冷卻。將圓鋼棒試樣打磨后拋光，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察，該金相組織為貝氏體、鐵素體和回火馬氏體。
[0052]經(jīng)過上述步驟得到實(shí)施例3的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為:C0.24%、Mnl.7%、Si0.8%、S0.03%、P0.03%、V0.1%、B0.003%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
[0053]用圖像分析儀測定實(shí)施例3釩硼微合金化高強(qiáng)鋼鐵素體和馬氏體兩相的相對量，測量結(jié)果見表1。在拉力試驗(yàn)機(jī)上對實(shí)施例3的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼進(jìn)行拉力試驗(yàn)。其力學(xué)性能檢測值 見表2。
[0054]實(shí)施例4
[0055]實(shí)施例4為018的圓鋼棒。該圓鋼棒的化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為:C0.22%、Mnl.40%、Si0.40%、S0.01%,P0.015%、V0.08%,B0.001%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。該熱
軋態(tài)的金相組織為鐵素體和珠光體。
[0056]用Formaster-F自動相變儀測定實(shí)施例4鋼的臨界相變溫度，分別為鋼加熱時開始形成奧氏體的溫度Acl、亞共析鋼加熱時所有鐵素體都轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度Ac3、鋼高溫奧氏體化后冷卻時奧氏體分解為鐵素體和珠光體的溫度Arl、亞共析鋼高溫奧氏體化后冷卻時鐵素體開始析出的溫度Ar3。實(shí)施例1的Acl=723°C、Ac3=861°C、Arl=607°C和Ar3=751°C。
[0057]將018的圓鋼棒進(jìn)行熱處理，具體過程如下:
[0058]將O 18的圓鋼棒預(yù)淬火。預(yù)淬火的溫度為910°C并在910°C保溫180min，然后水淬。將圓鋼棒試樣打磨后拋光，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察，預(yù)淬火后圓鋼棒的金相組織為馬氏體。再將圓鋼棒試樣亞溫淬火。亞溫淬火的溫度為820°C并在820°C保溫120min，然后水淬。將圓鋼棒試樣打磨后拋光，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察，該金相組織為馬氏體、貝氏體和鐵素體。然后將圓鋼棒試樣低溫回火。低溫回火的溫度為240°C并在240°C保溫60min，然后隨爐冷卻。將圓鋼棒試樣打磨后拋光，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察，該金相組織為貝氏體、鐵素體和回火馬氏體。
[0059]經(jīng)過上述步驟得到實(shí)施例4的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為:C0.22%、Mnl.40%、Si0.40%、S0.01%、P0.015%、V0.08%、B0.001%，余量為 Fe 和不可避
免的雜質(zhì)。
[0060]用圖像分析儀測定實(shí)施例4釩硼微合金化高強(qiáng)鋼鐵素體和馬氏體兩相的相對量，測量結(jié)果見表1。在拉力試驗(yàn) 機(jī)上對實(shí)施例4的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼進(jìn)行拉力試驗(yàn)。其力學(xué)性能檢測值見表2。
[0061]表1本發(fā)明各實(shí)施例的鐵素體和馬氏體兩相的相對量(％)
[0062]
【權(quán)利要求】
1.一種釩硼微合金化高強(qiáng)鋼，其特征在于，其材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量包括:C ≤ 0.25%、Mn ( 1.7%、Si ( 0.8%、S ≤0.03%、P ≤0.03%、V^0.1%、B0.001%-0.003%,余量為Fe和雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼，其特征在于，其材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.21%、Mnl.35%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.07%、B0.0018% ;或者，C0.25%、Mnl.50%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.09%、B0.0025% ;或者，C0.24%、Mnl.7%、Si0.8%、S0.03%、P0.03%、V0.1%、B0.003% ；或者，C0.22%、Mnl.40%、Si0.40%、S0.01%、P0.015%、V0.08%、B0.001%。
3.一種釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的熱處理工藝，其特征在于，包括:預(yù)淬火、亞溫淬火和低溫回火，得到的所述釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量包括:c ( 0.25%、Mn ( 1.7%、Si ( 0.8%、S ( 0.03%,P ( 0.03%、V ( 0.1%、B0.001%-0.003%，余量為 Fe 和雜質(zhì)。
4.如權(quán)利要求3所述的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的熱處理工藝，其特征在于:所述預(yù)淬火的加熱溫度為900-940°C，在900-940°C保溫60-180分鐘，然后水淬。
5.如權(quán)利要求3所述的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的熱處理工藝，其特征在于:所述亞溫淬火的加熱溫度為780°C -820°C，在780°C _820°C保溫時間為30-120分鐘，然后水淬。
6.如權(quán)利要求3所述的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的熱處理工藝，其特征在于:所述低溫回火的回火溫度為200-240°C，在200-240°C保溫時間為60-300分鐘，然后隨爐冷卻。
7.如權(quán)利要求3~6任一項(xiàng)所述的釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的熱處理工藝，其特征在于，得到的所述釩硼微合金化高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量包括:C0.21%、Mnl.35%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.07%、B0.0018% ;或者，C0.25%、Mnl.50%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.09%、B0.0025% ；或者，C0.24%、Mnl.7%、Si0.8%、S0.03%、P0.03%、V0.1%、B0.003% ;或者，C0.22%、Mnl.40%、Si0.40%、S0.01%、P0.015%、V0.08%、B0.001%。
【文檔編號】C22C38/04GK103589950SQ201310532733
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】馮巖青, 康利明 申請人:內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司