具有雙峰尺度鐵素體組織的高強(qiáng)鋼及其低成本制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有雙峰尺度鐵素體組織的高強(qiáng)鋼及其低成本制備方法，采用普通低碳鋼為原料板，通過冷變形+兩相區(qū)淬火處理，獲得了細(xì)小的準(zhǔn)多邊形鐵素體晶粒分布在粗大的多邊形鐵素體晶粒周圍的雙峰尺度組織，細(xì)小的準(zhǔn)多邊形鐵素體晶粒起到了強(qiáng)化相的作用，而粗大的多邊形鐵素體晶粒則保證了鋼的塑性。利用本發(fā)明的制備方法制得的高強(qiáng)鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度≥650MPa，抗拉強(qiáng)度≥800MPa，均勻伸長(zhǎng)率≥10.0％，加工硬化指數(shù)≥0.20，屈強(qiáng)比低于0.90。同時(shí)工藝過程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低。
【專利說明】
具有雙峰尺度鐵素體組織的高強(qiáng)鋼及其低成本制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明總體設(shè)及一種高強(qiáng)鋼及其制備方法，尤其設(shè)及一種具有雙峰尺度鐵素體晶 粒分布的高強(qiáng)鋼及其低成本制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 先進(jìn)鋼鐵材料的主要特征是超細(xì)晶、高潔凈度和高均勻性，其核屯、理論和技術(shù)是 實(shí)現(xiàn)鋼材的超細(xì)晶或超細(xì)組織。目前，通過控制社制和控制冷卻技術(shù)的應(yīng)用，已經(jīng)能夠使用 Q235普通低碳鋼生產(chǎn)出具有超細(xì)組織的高強(qiáng)鋼，其屈服強(qiáng)度可實(shí)現(xiàn)翻一番。但有研究表明， 超細(xì)晶粒或組織也會(huì)導(dǎo)致鋼的加工硬化能力和均勻伸長(zhǎng)率降低，裂紋敏感性增加，限制了 其應(yīng)用范圍的擴(kuò)展。
[0003] 針對(duì)化合金的研究表明，通過在面屯、立方合金的細(xì)晶基體中引入尺寸相對(duì)較大的 晶粒，獲得雙峰晶粒尺寸分布，細(xì)小的晶粒保證材料具有高的強(qiáng)度，較大的晶粒則保證其塑 形，從而可W得到更好的強(qiáng)度和塑性平衡。對(duì)于鋼鐵材料而言，通過單相晶粒的雙峰尺度分 布來實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化，也有利于提高其耐腐蝕性。
[0004] 目前，通過冷社或溫社及多次熱處理的使用，能夠獲得雙峰尺寸超細(xì)晶鐵素體+彌 散碳化物的組織或"雙峰鐵素體晶粒+不均勻分布的納米碳化物"的微細(xì)晶組織，但其塑性 均較差，均勻伸長(zhǎng)率低于6%，且工藝路線較長(zhǎng)，生產(chǎn)過程控制難度較大，限制了進(jìn)一步的推 廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種具有高強(qiáng)度、高塑性、高加工硬化指數(shù)及低的屈強(qiáng)比的 雙峰晶粒尺度分布的700MPa級(jí)高強(qiáng)鋼;本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是上述具有雙峰晶粒尺度 分布的高強(qiáng)鋼的低成本制備方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:通過板料冷社和兩相區(qū)熱處 理，控制冷變形晶粒的再結(jié)晶過程及相變過程，獲得不同尺度的鐵素體晶粒。
[0007] 本發(fā)明制備方法所用原料板為普通低碳鋼板;所述原料板的化學(xué)成分的質(zhì)量百分 含量為：(：0.10%~0.20%、510.10%~0.20%、]\1110.60%~0.70%、？《0.015%、5《 0.01%，余量為化和不可避免的雜質(zhì)，組織構(gòu)成為鐵素體及少量珠光體。
[000引本發(fā)明制備方法包括板料冷社和一次熱處理工序:所述冷社工藝：總變形量不小 于50% ;所述熱處理采用兩相區(qū)熱處理:保溫溫度位于兩相區(qū)下限，對(duì)于普通低碳鋼為720- 760 °C，保溫時(shí)間為5-60min，水冷。
[0009] 利用本發(fā)明的制備方法制得的高強(qiáng)鋼具有雙峰尺度的晶粒尺寸分布，分布峰值分 別在2-6皿和10-15皿。組織結(jié)構(gòu)為粗大多邊形鐵素體晶粒和細(xì)小準(zhǔn)多邊形鐵素體晶粒嵌合 共存，細(xì)小晶粒均勻分布于粗大晶粒周圍，且較小晶粒(小于ΙΟμπι)在視場(chǎng)中所占的面積比 例為 45 %-70 %。
[0010] 利用本發(fā)明的制備方法制得的高強(qiáng)鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度> 650MPa，抗拉強(qiáng)度>800MPa，均勻伸長(zhǎng)率> 10. ο %，加工硬化指數(shù)>0.20，屈強(qiáng)比低于ο. 90。
[0011] 發(fā)明人還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)冷變形累積變形量控制在50-60%時(shí)，熱處理溫度取730- 750°C，保溫時(shí)間為10-30min，水冷后得到的鋼板具有最為優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，其中平均 屈服強(qiáng)度>700MPa，抗拉強(qiáng)度>850MPa，同時(shí)也能保證更高的均勻伸長(zhǎng)率。運(yùn)可能是由于在 上述工藝區(qū)間內(nèi)所得到的鋼組織中細(xì)小鐵素體晶粒與粗大鐵素體晶粒達(dá)到了最優(yōu)的組合。
[0012] 本發(fā)明僅采用一次冷變形和一次熱處理工藝，就得到了具有雙峰尺度分布的單一 鐵素體組織的高強(qiáng)鋼，所用原料板成本低廉、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明中采用冷社后兩相區(qū)保溫30min后澤火得到的鋼的組織照片。
[0014] 圖2是本發(fā)明中采用冷社后兩相區(qū)保溫30min后澤火得到的鋼的晶粒尺度分布。 [001引圖3是本發(fā)明中采用冷社后650°C保溫30min后澤火得到的鋼的組織。
[0016] 圖4是本發(fā)明中采用冷社后800°C保溫30min后澤火得到的鋼的組織。
[0017] 圖5是本發(fā)明中采用冷社后800°C保溫30min后澤火得到的鋼的晶粒尺度分布。
[0018] 圖6是本發(fā)明中采用冷社后850°C保溫5min后澤火得到的鋼的組織。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的具有雙峰尺度鐵素體組織 的高強(qiáng)鋼的低成本制備方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，下述實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的示例 性說明，并非用來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制。
[0020] 實(shí)施例1
[0021] 原料板鋼種化學(xué)成分按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)：C 0.10 %~0.20 %、Si 0.10 %~ 0.20%、Mn 0.60%~0.70%、？《0.015%、5《0.01%，余量為化和不可避免的雜質(zhì)，板料厚 度5.5mm，組織構(gòu)成為鐵素體和少量珠光體。
[0022] 利用冷社機(jī)進(jìn)行冷社變形，累積變形量55%，然后進(jìn)行一次兩相區(qū)澤火，具體工藝 為:750°C保溫5min后即刻水冷，即可得到本發(fā)明的高強(qiáng)鋼板。
[0023] 圖1為本實(shí)施例得到的高強(qiáng)鋼板的組織照片；由圖1可見，本高強(qiáng)鋼板的組織為粗 大的多邊形鐵素體晶粒及細(xì)小的準(zhǔn)多邊形鐵素體晶粒相互嵌和，其中小于10皿的小晶粒在 視場(chǎng)中所占的面積比例約為68%。
[0024] 圖2是本實(shí)施例得到的高強(qiáng)鋼板的晶粒尺度分布，雙尺度晶粒分布峰值分別在3-6 皿和10-13皿。
[00巧]實(shí)施例2
[00%]采用的原料板同實(shí)施例1，冷社工藝的累積變形量50%，熱處理工藝為:750°C保溫 15min后即刻水冷。
[0027]得到的高強(qiáng)鋼板經(jīng)觀察和晶粒尺度分析，結(jié)構(gòu)和晶粒分布與實(shí)施例1類似，其中小 于1 Own的小晶粒在視場(chǎng)中所占的面積比例約為59 %。雙尺度晶粒分布峰值分別在3-5WI1和 11-15咖。
[002引實(shí)施例3
[0029]采用的原料板同實(shí)施例1，冷社工藝的累積變形量55%，熱處理工藝為:730°C保溫 30min后即刻水冷。
[0030] 得到的高強(qiáng)鋼板經(jīng)觀察和晶粒尺度分析，結(jié)構(gòu)和晶粒分布與實(shí)施例1類似，其中小 于1 Ομηι的小晶粒在視場(chǎng)中所占的面積比例約為45.5 %。雙尺度晶粒分布峰值分別在2-4μηι 和12-1觸?。
[0031] 實(shí)施例4
[0032] 采用的原料板同實(shí)施例1，冷社工藝的累積變形量60%，熱處理工藝為:740°C保溫 lOmin后即刻水冷。
[0033] 得到的高強(qiáng)鋼板經(jīng)觀察和晶粒尺度分析，結(jié)構(gòu)和晶粒分布與實(shí)施例1類似，其中小 于1 Ομπι的小晶粒在視場(chǎng)中所占的面積比例約為55.7 %。雙尺度晶粒分布峰值分別在3-5μπι 和12-1如m。
[0034] 實(shí)施例5
[0035] 采用的原料板同實(shí)施例1，冷社工藝的累積變形量50%，熱處理工藝為:730°C保溫 20min后即刻水冷。
[0036] 得到的高強(qiáng)鋼板經(jīng)觀察和晶粒尺度分析，結(jié)構(gòu)和晶粒分布與實(shí)施例1類似，其中小 于1 Ομπι的小晶粒在視場(chǎng)中所占的面積比例約為47.2 %。雙尺度晶粒分布峰值分別在2-5μπι 和11-1如m。
[0037] 實(shí)施例6
[0038] 采用的原料板同實(shí)施例1，冷社工藝的累積變形量55%，熱處理工藝為:750°C保溫 50min后即刻水冷。
[0039] 得到的高強(qiáng)鋼板經(jīng)觀察和晶粒尺度分析，結(jié)構(gòu)和晶粒分布與實(shí)施例1類似，其中小 于1 Own的小晶粒在視場(chǎng)中所占的面積比例約為45 %。雙尺度晶粒分布峰值分別在3-6WI1和 1〇-15皿。
[0040] 實(shí)施例7
[0041 ]采用的原料板同實(shí)施例1，冷社工藝的累積變形量55%，熱處理工藝為:760°C保溫 lOmin后即刻水冷。
[0042]得到的高強(qiáng)鋼板經(jīng)觀察和晶粒尺度分析，結(jié)構(gòu)和晶粒分布與實(shí)施例1類似，其中小 于1 Ομπι的小晶粒在視場(chǎng)中所占的面積比例約為57.6 %。雙尺度晶粒分布峰值分別在3-6μπι 和11-1如m。
[00創(chuàng)對(duì)比例1
[0044] 采用的原料板同實(shí)施例1，冷社工藝的累積變形量55%，熱處理工藝為:650°C保溫 15min后即刻水冷。
[0045] 圖3為本對(duì)比例得到的高強(qiáng)鋼板的組織照片，得到的鋼板經(jīng)觀察和晶粒尺度分析， 組織構(gòu)成為均勻的鐵素體和球化的珠光體，沒有出現(xiàn)單一的鐵素體及其晶粒的雙峰尺度分 布。
[0046] 對(duì)比例2
[0047] 采用的原料板同實(shí)施例1，冷社工藝的累積變形量55%，熱處理工藝為:800°C保溫 30min后即刻水冷。
[0048] 圖4為本對(duì)比例得到的高強(qiáng)鋼板的組織照片，圖5是本實(shí)施例得到的高強(qiáng)鋼板的晶 粒尺度分布，得到的鋼板經(jīng)觀察和晶粒尺度分析，組織構(gòu)成為鐵素體和馬氏體，沒有得到單 一鐵素體組織，未出現(xiàn)晶粒尺度的雙峰分布。
[0049] 對(duì)比例3
[0050] 采用的原料板同實(shí)施例1，冷社工藝的累積變形量55%，熱處理工藝為:850°C保溫 5min后即刻水冷。
[0051] 圖6為本對(duì)比例得到的高強(qiáng)鋼板的組織照片，得到的鋼板經(jīng)觀察和晶粒尺度分析， 組織構(gòu)成為馬氏體及極少量的鐵素體，沒有得到單一鐵素體組織及晶粒的雙峰尺度分布。
[0052] 上述各實(shí)施例及對(duì)比例得到的鋼板樣品按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見 表1。
[0053] 表1:樣品性能 [0化4]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有雙峰尺度鐵素體組織的高強(qiáng)鋼的低成本制備方法，以普通低碳鋼為原料 板，經(jīng)冷變形和一次熱處理工序制得所述高強(qiáng)鋼;其中 采用的原料板的化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為:c 0.10%~0.20%、Si 0.10%~0.20%、 Μη 0.60%~0.70 %、P彡0.015%、S彡0.01 %，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其組織構(gòu)成為 鐵素體+少量珠光體； 所述冷變形為冷乳變形，總變形量為50 %-70 % ; 所述一次熱處理為兩相區(qū)淬火處理，在普通低碳鋼的兩相區(qū)下限溫度720~760°C保溫 5~60min后水冷。2. -種具有雙峰尺度鐵素體組織的高強(qiáng)鋼，由權(quán)利要求1所述的低成本制備方法制得， 所述高強(qiáng)鋼的組織為粗大多邊形鐵素體晶粒和細(xì)小準(zhǔn)多邊形鐵素體晶粒嵌合共存，細(xì)小晶 粒均勻分布于粗大晶粒周圍，晶粒尺寸具有雙峰尺度分布。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有雙峰尺度鐵素體組織的高強(qiáng)鋼，所述高強(qiáng)鋼晶粒尺寸分 布峰值分別在2_6μπι和10-15μπι。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有雙峰尺度鐵素體組織的高強(qiáng)鋼，所述高強(qiáng)鋼中小于ΙΟμπι 的小晶粒在視場(chǎng)中所占的面積比例為45%-70%。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有雙峰尺度鐵素體組織的高強(qiáng)鋼，所述高強(qiáng)鋼的力學(xué)性能 指標(biāo)為：屈服強(qiáng)度彡650MPa，抗拉強(qiáng)度彡800MPa，均勻伸長(zhǎng)率彡10 %，加工硬化指數(shù)大于 0.2,屈強(qiáng)比低于0.9。
【文檔編號(hào)】C22C38/04GK106011422SQ201610628277
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月3日
【發(fā)明人】楊躍輝, 苑少?gòu)?qiáng)
【申請(qǐng)人】唐山學(xué)院