一種屈服強度800MPa級高韌性熱軋高強鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)鋼領(lǐng)域，特別涉及一種屈服強度SOOMPa級高初性熱社高強鋼及 其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在汽車起重機、混凝±泉車W及混凝±攬拌車等工程機械行業(yè)，越來越多的企業(yè) 逐步加大高強結(jié)構(gòu)鋼的使用比例，在新車型的設(shè)計上采用高強減薄，同時加快產(chǎn)品的升級 換代。目前，屈服強度在600和700MPa級別的的高強鋼已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。而屈服強度 在SOOMPa W上的高強鋼的應(yīng)用還較為有限。600和700MPa級的熱社高強鋼成分設(shè)計上大 多采用添加高鐵進行析出強化為主，組織也多為粒狀貝氏體。高鐵型的粒狀貝氏體組織高 強鋼的初脆轉(zhuǎn)變溫度通常在-4(TC左右，且沖擊性能波動較大。與此同時，有些工程機械用 戶要求的使用環(huán)境在-30~-4(TC之間，同時要求具有更高的強度。在此背景下，高鐵型的 熱社高強鋼不僅強度難W滿足，低溫沖擊初性更是難W保證，送就迫切需要開發(fā)一種具有 較低成本的高強度高初性鋼材。
[0003] 低碳或超低碳馬氏體是一種多尺度結(jié)構(gòu)。低碳或超低碳馬氏體的強度主要取決于 板條束尺寸，且與板條束尺寸之間呈化11-Petch關(guān)系，板條束尺寸越小，鋼的強度越高，初 性越好。細小的馬氏體板條束可更為有效的阻礙裂紋的擴展，從而提高低碳或超低碳馬氏 體鋼的低溫沖擊初性。本發(fā)明正是基于超低碳馬氏體送一設(shè)計思路而提出的。
[0004] 中國專利03110973. X公開了一種超低碳貝氏體鋼及其制造方法，由于其水冷后 的停冷溫度在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度Bs和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms之間或者Bs點W下0-15(TC范圍 內(nèi)，故其強度較低，即使加入了較高含量的化和Ni且經(jīng)過中高溫度回火，鋼板的最高屈服 強度未達到SOOMPa,其組織主要為超低碳貝氏體；而且化含量超過0. 4%之后必須進行回 火處理，增加了工藝流程和制造成本，故采用該專利只能制造出強度較低的系列高強鋼，無 法達到屈服強度SOOMPa W上。
[0005] 中國專利201210195411. 1公開一種超低碳貝氏體鋼及其制造方法，該專利的主 要設(shè)計思路仍采用超低碳貝氏體，盡量不添加化，Ni，化，Mo等較為貴重的合金元素，而是 采用中Μη的設(shè)計思路，即Μη含量控制在3. 0-4. 5%。眾所周知，Μη含量達到3% W上時， 雖然鋼板的力學性能較好，但是對于鋼廠而言，如此高的Μη含量在煉鋼尤其是連鑄時是極 其困難的，連鑄時鋼昆容易產(chǎn)生裂紋，且熱社社制時容易發(fā)生開裂，實用性較差；而且，其實 施例4中的碳含量達0. 07% W上，已經(jīng)不屬于通常意義上的超低碳范疇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種屈服強度SOOMPa級高初性熱社高強鋼及其制造方 法，獲得的鋼板在室溫到-8(TC的溫度范圍內(nèi)仍具有非常優(yōu)異的低溫沖擊初性，-8(TC沖擊 功可達100J W上。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[000引本發(fā)明采用超低碳馬氏體的設(shè)計思路，通過佩、Ti復合添加細化奧氏體晶粒尺 寸、化、Mo復合添加提高渾透性和抗回火軟化能力，利用熱連社工藝，通過直接渾火或低溫 卷取工藝獲得超低碳馬氏體組織，高強度結(jié)構(gòu)鋼屈服強度可達SOOMPa級，且具有優(yōu)異的低 溫沖擊初性。
[0009] 具體的，本發(fā)明的屈服強度SOOMPa級高初性熱社高強鋼，其化學成分的重量百分 比；C 0. 02 ~0. 05%，Si《0. 5%，Mn 1.5 ~2. 5%，P《0. 015%，S《 0. 005%，A1 0. 02 ~ 0. 10%, N《0. 006%,佩 0. 01 ~0. 05%, Ti 0. 01 ~0. 03%，0. 03%《佩巧i《0. 06%, Cr 0. 1 %~0. 5%, Mo 0. 1~0. 5%, B 0. 0005~0. 0025%，其余為化W及不可避免的雜 質(zhì)。
[0010] 進一步，所述熱社高強鋼的屈服強度> SOOMPa,抗拉強度> 900MPa，延伸率 > 13%，-80°C沖擊功達 100J W上。
[0011] 本發(fā)明所述熱社高強鋼的顯微組織為板條馬氏體。
[0012] 在本發(fā)明高強鋼成分設(shè)計中：
[0013] 碳是鋼中的基本元素，同時也是本發(fā)明中最重要的元素之一。碳作為鋼中的間隙 原子，對提高鋼的強度起著非常重要的作用，對鋼的屈服強度和抗拉強度影響最大。通常情 況下，鋼的強度越高，沖擊初性越差。為獲得超低碳馬氏體組織，鋼中的碳含量必須保持在 較低的水平。根據(jù)超低碳鋼的一般分類，碳含量應(yīng)控制在0. 05 % W下。同時，為了保證鋼的 屈服強度達到SOOMPa W上，鋼中的碳含量不能太低，否則鋼的強度難W保證，通常不低于 0. 02%。因此，鋼中比較合適的碳含量應(yīng)控制在0. 02-0. 05%，同時輔W細晶強化等可保證 鋼板具有高強度和良好的沖擊初性匹配。
[0014] 娃是鋼中的基本元素。娃在煉鋼過程中起到一定的脫氧作用，同時對強化鐵素體 基體有較強的作用。娃含量較高時如> 0. 8%，熱社時鋼板表面容易出現(xiàn)紅鐵皮缺陷。本發(fā) 明主要利用娃的脫氧作用，故其含量范圍控制在0. 5% W內(nèi)即可。
[0015] 儘是鋼中最基本的元素，同時也是本發(fā)明中最重要的元素之一。眾所周知，Μη是擴 大奧氏體相區(qū)的重要元素，可W降低鋼的臨界渾火速度，穩(wěn)定奧氏體，細化晶粒，推遲奧氏 體向珠光體的轉(zhuǎn)變。在本發(fā)明中，由于碳含量很低，增加 Μη含量一方面可W補償由于碳含 量降低帶來的強度損失，同時可W細化晶粒保證獲得較高的屈服強度和良好的沖擊初性。 為保證鋼板的強度，Μη含量一般應(yīng)控制在1. 5% W上，Μη的含量一般也不宜超過2. 5%， 煉鋼時容易發(fā)生Μη偏析，同時板昆連鑄時易發(fā)生熱裂，不利于生產(chǎn)效率的提高。同時，Μη 含量高使得鋼板的碳當量較高，焊接時容易產(chǎn)生裂紋。因此，鋼中Μη的含量一般控制在 1. 5-2. 5%之間，優(yōu)選范圍在1. 8-2. 2%。
[0016] 磯是鋼中的雜質(zhì)元素。Ρ極易偏聚到晶界上，鋼中Ρ的含量較高（>0.1%)時， 形成化2Ρ在晶粒周圍析出，降低鋼的塑性和初性，故其含量越低越好，一般控制在0. 015% W內(nèi)較好且不提高煉鋼成本。
[0017] 硫是鋼中的雜質(zhì)元素。鋼中的S通常與Μη結(jié)合形成MnS夾雜，尤其是檔S和Μη 的含量均較高時，鋼中將形成較多的MnS，而MnS本身具有一定的塑性，在后續(xù)社制過程中 MnS沿社向發(fā)生變形，降低鋼板的橫向拉伸性能。故鋼中S的含量越低越好，實際生產(chǎn)時通 常控制在0.005% W內(nèi)。
[0018] 鉛是鋼中常用的脫氧劑。此外，A1還可與鋼中的N結(jié)合形成A1N并細化晶粒。A1含 量在0. 02-0. 10%之間對細化奧氏體晶粒有明顯的效果，在此范圍之外，奧氏體晶粒過于粗 大，對鋼的性能不利。因此，鋼中A1含量需控制在合適的范圍內(nèi)，一般控制在0. 02-0. 1%。
[0019] 氮在本發(fā)明中屬于雜質(zhì)元素，其含量越低越好。N也是鋼中不可避免的元素，通常 情況下，鋼中N的殘余含量在0. 002-0. 004%之間，送些固溶或游離的N元素可W通過與酸 溶A1結(jié)合而固定。為了不提高煉鋼成本，N的含量控制在0. 006% W內(nèi)即可，優(yōu)選范圍為小 于 0. 004%。
[0020] 銀是本發(fā)明中的重要添加元素。眾所周知，鋼中加入微量的Nb可W提高鋼的未再 結(jié)晶溫度，在社制過程中，通過控制終社溫度和增加社制變形量獲得變形硬化的奧氏體晶 粒，有利于變形的奧氏體晶粒在隨后的冷卻相變過程中獲得更加細小的組織，提高鋼的強 度和沖擊初性；同時，理論和試驗已經(jīng)證明，Nb和Ti復合添加對細化奧氏體晶粒最為有效。 在本發(fā)明中，佩和Ti的復合添加量應(yīng)滿足0. 03%《佩巧i《0. 06%。
[0021] 鐵的加入量與鋼中氮的加入量相對應(yīng)。鋼中Ti和N的含量控制在較低的范圍內(nèi)， 熱社時可在鋼中形成大量細小彌散的TiN粒子；同時鋼中Ti/N需控制在3. 42 W下W保證 Ti全部形成TiN。細小且具有良好的高溫穩(wěn)定性的納米級TiN粒子在社制過程中可有效細 化奧氏體晶粒；若Ti/N大于3. 42,則鋼中容易形成比較粗大的TiN粒子，對鋼板的沖擊初 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，起不到細化奧氏體晶粒的作用。因此，鋼中鐵的含量要控制在合 適的范圍，通常鐵的加入量在0. 01-0. 03%。
[0022] 館是本發(fā)明中的重要元素。超低碳鋼若不加入其他合金元素，其自身的渾透性較 差，較厚的鋼板難W獲得全部馬氏體組織，可能含有一定量的貝氏體，送勢必降低鋼的強 度。館加入鋼中可W提高超低碳鋼的渾透性；同時，館的加入使得鋼在渾火冷卻之后獲得的 馬氏體組織更加細小，且呈類似針狀特征，對提高強度和沖擊初性有益；館的含量過低，對 提高超低碳鋼渾透性作用有限，故館的含量控制在0. 1-0. 5%較為合適。
[0023] 鋼是本發(fā)明中的重要元素。鋼能夠提高鋼的渾透性，顯著推遲珠光體轉(zhuǎn)變。本發(fā) 明中加入鋼的一個最主要目的是提高超低碳馬氏體鋼抗回火軟化能力。鋼的含量一般在 0. 1 % W上才能起到提高渾透性和抗回火軟化的作用；考慮到鋼屬于貴重金屬，其加入量一 般控制在0. 5 % W內(nèi)，故鋼的含量控制在0. 1-0. 5 %。館和鋼在提高渾透性和提高超低碳馬 氏體鋼抗回火軟化能力方面有一定相似性，二者可部分替換，本發(fā)明要求館和鋼的復合添 加量應(yīng)滿足0. 3 %《Cr+Mo《0. 6 %。
[0024] 測是本發(fā)明中的重要元素之一。測加入鋼中可W顯著提高超低碳鋼的臨界渾火冷 速，加入微量的測可使鋼的臨界冷卻速度提高2-3倍，從而使得規(guī)格較厚的鋼板在線渾火 時仍可W得到全部超低碳馬氏體組織；測加入鋼中還可W-直先共析鐵素體析出，從而獲 得超高強鋼；測含量必須大于5ppm，其渾透性作用才開始發(fā)揮，但測的含量不可添加過多， 否則多余的測偏聚在晶界附近，與鋼中的氮結(jié)合形成BN等脆性析出物，降低晶界的結(jié)合強 度，顯著降低鋼的低溫沖擊初性，故測的含量一般控制在5-25ppm即可獲得較好的效果；
[0025] 需要特別說明的是，在本發(fā)明成分設(shè)計中，佩、Ti、化、Mo、B送幾個元素實際上都 是很關(guān)鍵。由于鋼本身碳含量很低，渾透性相應(yīng)地也比較低，要獲得馬氏體需要很高的臨界 渾火速度，通常在l〇(TC /s W上或者更高。送種渾火速度對一些較厚的鋼卷而言是難W達 到的冷速。因此，為了降低