專利名稱：：一種高強度低溫用低碳貝氏體鋼及其生產工藝的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種鋼及其生產工藝，具體的說是一種高強度低溫用低碳貝氏體鋼及其生產工藝。
背景技術：
：低碳貝氏體鋼是國際上近年來發(fā)展起來的高強度、高韌性、焊接性能優(yōu)良的新鋼種，被譽為21世紀的鋼鐵材料，是現代冶金技術發(fā)展的最新產物。早在20世紀60年代，Irwin和Pickering發(fā)現當鋼中碳的質量分數接近零時，鋼的連續(xù)冷卻轉變曲線中的貝氏體鼻子就會左移，以至于在很寬范圍的冷卻速率下形成貝氏體組織，而且在該條件下馬氏體和貝氏體組織兩者之間的強度差異達到可以忽略的程度。Coldren等人給出貝氏體開始轉變溫度與強度的線性關系，由于缺少碳的強化作用，可以通過固溶強化獲得超過690MPa的高屈服強度。另外，McEvily等人于1967年發(fā)表了鋼的一份研究報告，研制出成份為0.03%C、0.7簡n、3%Mo、3%Ni、0.05%Nb的超低碳貝氏體鋼，經熱機械控制工藝(TMCP)處理后，該鋼的屈服強度達到了770MPa,并具有良好的低溫韌性，而且該鋼種焊接性能優(yōu)良，同時也強調鋼的潔凈度同超低碳一樣能改善軋制鋼板的韌性，但缺點是鋼中加入了大量的貴重合金元素，價格昂貴，沒有得到廣泛應用。美國BcthlchcmSteel發(fā)表的關于低碳貝氏體鋼的文獻中，低碳貝氏體鋼的化學成分設計存在同樣的問題，其Cr、Mo的含量分別達到了2.239&和2.359&，不但成本較高，而且Cr、Mo含量的過度增加顯著降低了鋼的韌性，同樣沒有得到廣泛應用。日本Nippon鋼鐵公司于20世紀80年代成功開發(fā)了寒冷地帶使用的大直徑高壓管線ULCB鋼，這種鋼的成份(重量百分比)0.02%C、2.0%Mn、0.4%Ni、0.3%Mo、0.04%Nb、0.02%Ti、0.001%B，利用Nb-B，，Ti-B或Mo-Nb-B抑制多邊鐵素體形核，促進相變強化的有力作用，經控制軋制得到厚20mm的板材，可以獲得550MPa級的屈服強度，并具有優(yōu)異的低溫韌性，而且大幅降低了鋼中的合金含量，標志著低碳貝氏體鋼進入新的發(fā)展階段。進入21世紀，日本和美國對ULCB鋼的研究異?；钴S，日本川崎制鐵公司在2003年采用軋后直接淬火并回火工藝生產了HT780ULCB，其成分為0.02C、0.23Si、2.00Mn、0.035Al、0.013Ti，另有一定量Cu、Ni、Cr、Mo，冷裂紋敏感性指數Pcm=0.21%，50mm厚度鋼板的屈服強度為713MPa，抗拉強度為830MPa，延伸率為21%,Akv-40。C為179J。據最新報道，日本最近開發(fā)出了抗拉強度590MPa的橋梁和建筑用75mm特厚超低碳貝氏體鋼。隨著我國經濟的持續(xù)快速發(fā)展，各工業(yè)領域對厚規(guī)格高強韌鋼板的需求進一步擴大，由于低碳貝氏體鋼具有優(yōu)良的強韌性匹配、生產工藝流程短、成本相對較低等優(yōu)點，因此國內各主要鋼鐵企業(yè)都相繼開展了厚規(guī)格的低碳貝氏體鋼的研制工作，并形成了一定的生產規(guī)模，積累了較豐富的經驗。舞鋼采用電爐及爐外精煉、4200mm軋機控軋、軋后控冷等工藝，經過多次合金設計，通過嚴格控制加熱、軋制及冷卻參數，并對鋼板進行適當的時效處理，開發(fā)出了強韌性匹配良好的低碳貝氏體鋼，鋼板的最大厚度達到50mm。力學性能達到下列要求屈服強度^〉590MPa、抗拉強度^>685、延伸率5>19%、-20。C的Akv^47J。濟鋼于近年進行了低碳貝氏體鋼的試制工作，主要使用270mm的厚板坯在雙機架中厚板軋機上進行軋制，采用TMCP工藝+軋后熱處理的工藝，其產品的屈服強度達到550640MPa，抗拉強度達到720770MPa，(TC沖擊功超過IOOJ，延伸率相對較低，為1618%。安鋼于2007年開發(fā)了屈服強度600MPa的D級低碳貝氏體鋼。采用TMCP工藝，軋后不經熱處理，其產品具有良好的綜合性能及可焊性，屈服強度550620MPa，抗拉強度在670710MPa,延伸率平均為19%，并在-2(TC具有良好的沖擊韌性，其產品己形成批量規(guī)模，成功應用于煤機行業(yè)，取得了良好的經濟效益。可見，目前國外均采用淬火+回火的熱處理方法生產高強度低溫用低碳貝氏體鋼板，其工藝流程長，能耗高。國內大部分高強度低溫用低碳貝氏體鋼板采用中厚板軋機進行，一般使用厚板坯(〉200mrn)，采用TMCP工藝進行軋制，軋后進行回火處理，其屈服強度只達到600Mpa左右的水平，低溫韌性不高，只能滿足-2(TC的一般要求。從目前的發(fā)展來看，對強度更高、低溫韌性更優(yōu)良的鋼板需求將越來越大，對于屈服強度達到700Mpa以上且低溫韌性更高的E級鋼板的生產尚無相關的報道。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是針對以上現有技術的缺點，提出一種高強度低溫用低碳貝氏體鋼及其生產工藝，利用該工藝能生產出屈服強度達700MPa，且在-4(TC的情況下仍能保持很高的沖擊韌性，并能達到不預熱焊接使用的E級鋼板(厚度《30咖)。為了實現上發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案是高強度低溫用低碳貝氏體鋼的成分重量百分比設計為C:0.030.10%，Mm1.001.80%，Nb:0.020.10%,Si:0.020.04%，P:00.015%，S:00.005%，Ti:0.010.03%，Cr:0.050.5%，Mo:0.10.5%,Fe:余量。高強度低溫用低碳貝氏體鋼的生產工藝按以下工序進行(1)冶煉采用轉爐煉鋼，頂低復合吹煉深脫碳，采用RH真空處理進一步脫碳，并進行微合金化；(2)TMCP(熱機械控制工藝)采用再結晶和未再結晶兩階段控軋，高溫階段軋制溫度在10501150°C，低溫階段軋制溫度在800950°C，終軋溫度800880。C;(3)回火在50070(TC進行高溫回火。在TMCP中，軋前鋼坯加熱溫度為11601230°C，以便使Nb、Ti等微合金元素充分溶入鋼中，在隨后的熱變形過程中充分析出，提高鋼的強度，并有利于軋后冷卻過程中貝氏體的形成。軋后快速冷卻，終冷溫度控制在500600°C，以得到貝氏體組織。進行高溫回火時，控制升溫速率和保溫時間，升溫速率1.23.0分鐘/mm，保溫時間1.02.0小時，使鋼中的微合金元素再次析出，進一步提高鋼的強度和韌性。本發(fā)明的優(yōu)點是成分中加入Nb，使得鋼的再結晶停止溫度升高到95(TC以上，從而保證了鋼可以在非再結晶區(qū)進行大量變形，大幅提高冷卻時的相變形核率，細化組織。成分中加入了一定量的Cr、Mo等提高淬透性的元素，能夠在較寬的冷速范圍內得到貝氏體組織，適量的Ti等微合金元素則作為強化元素。本發(fā)明提供的化學成分和采用TMCP+回火工藝能夠生產高強度鋼板，其屈服強度超過700MPa，厚度達30咖，屈強比低于0.95，且低溫韌性更加優(yōu)良，-4(TC的沖擊功超過150J，耐寒性強，綜合性能穩(wěn)定，其性能完全能夠滿足我國工程機械、采掘設備、港機等領域對高強度、高韌性、易焊接、長壽命、低成本鋼的要求。本發(fā)明的的鋼種貴重合金含量低，成本低廉，產品性價比高，市場競爭力強。本發(fā)明的鋼種碳當量低，焊接性能優(yōu)良，不預熱焊接，鋼板不易變形，可簡化焊接工序。另外，本發(fā)明的生產工藝與現在調質處理鋼相比，可免除加熱淬火工序，直接采用TMCP+回火工藝，縮短了工藝流程，減少了工時及生產設備，節(jié)約了大量能源，降低了成本，實施后經濟效益顯著，并且在冶煉、熱加工工藝方面具有工藝簡單、操作方便等優(yōu)點，在工業(yè)中應用有著廣泛的前景。具體實施例方式實施例一本實施例是規(guī)格為12mm的高強度低溫用低碳貝氏體鋼的生產工藝，其成分重量百分比如下表表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>生產工藝按以下工序進行(1)冶煉采用轉爐煉鋼，頂低復合吹煉深脫碳，采用RH真空處理進一步脫碳，并進行微合金化。(2)TMCP(熱機械控制工藝)軋前鋼坯加熱溫度為1160°C，以便使Nb、Ti等微合金元素充分溶入鋼中，在隨后的熱變形過程中充分析出，提高鋼的強度，并有利于軋后冷卻過程中貝氏體的形成。采用再結晶和未再結晶兩階段控軋，高溫階段軋制在1050°C，通過軋制道次之間的再結晶充分細化奧氏體晶粒；低溫階段的軋制在800°C，經過多道次大壓下量的積累，使奧氏體晶粒充分變形而不發(fā)生再結晶，為隨后冷卻過程中的相變提供更多的形核位置，使組織進一步細化，而有意避開部分再結晶區(qū)，以防止發(fā)生部分再結晶導致出現混晶，終軋溫度80(TC。軋后快速冷卻，終冷溫度控制在500°C，以得到貝氏體組織。(3)回火進行50(TC的高溫回火，升溫速率1.2分鐘/mm，保溫時間1.0小時，使鋼中的微合金元素再次析出，進一步提高鋼的強度和韌性。實施例二本實施例是規(guī)格為16mm的高強度低溫用低碳貝氏體鋼的生產工藝，其成分重量百分比如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>生產工藝按以下工序進行(1)冶煉采用轉爐煉鋼，頂低復合吹煉深脫碳，采用RH真空處理進一步脫碳，并進行微合金化。(2)TMCP(熱機械控制工藝)軋前鋼坯加熱溫度為118(TC，以便使Nb、Ti等微合金元素充分溶入鋼中，在隨后的熱變形過程中充分析出，提高鋼的強度，并有利于軋后冷卻過程中貝氏體的形成。采用再結晶和未再結晶兩階段控軋，高溫階段軋制在1080°C，通過軋制道次之間的再結晶充分細化奧氏體晶粒；低溫階段的軋制在850°C，經過多道次大壓下量的積累，使奧氏體晶粒充分變形而不發(fā)生再結晶，為隨后冷卻過程中的相變提供更多的形核位置，使組織進一步細化，而有意避開部分再結晶區(qū)，以防止發(fā)生部分再結晶導致出現混晶，終軋溫度82(TC。軋后快速冷卻，終冷溫度控制在520°C，以得到貝氏體組織。(3)回火進行55(TC的高溫回火，升溫速率1.5分鐘/mm，保溫時間1.2小時，使鋼中的微合金元素再次析出，進一步提高鋼的強度和韌性。實施例三本實施例是規(guī)格為20mm的高強度低溫用低碳貝氏體鋼的生產工藝，其成分重量百分比如下表表3<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>生產工藝按以下工序進行(1)冶煉采用轉爐煉鋼，頂低復合吹煉深脫碳，采用RH真空處理進一步脫碳，并進行微合金化。(2)TMCP(熱機械控制工藝)軋前鋼坯加熱溫度為1200°C，以便使Nb、Ti等微合金元素充分溶入鋼中，在隨后的熱變形過程中充分析出，提高鋼的強度，并有利于軋后冷卻過程中貝氏體的形成。采用再結晶和未再結晶兩階段控軋，高溫階段軋制在IIO(TC，通過軋制道次之間的再結晶充分細化奧氏體晶粒；低溫階段的軋制在900°C，經過多道次大壓下量的積累，使奧氏體晶粒充分變形而不發(fā)生再結晶，為隨后冷卻過程中的相變提供更多的形核位置，使組織進一步細化，而有意避開部分再結晶區(qū)，以防止發(fā)生部分再結晶導致出現混晶，終軋溫度85(TC。軋后快速冷卻，終冷溫度控制在55(TC，以得到貝氏體組織。(3)回火進行600。C的高溫回火，升溫速率1.8分鐘/mm，保溫時間1.5小時，使鋼中的微合金元素再次析出，進一步提高鋼的強度和韌性。實施例四<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>生產工藝按以下工序進行(1)冶煉采用轉爐煉鋼，頂低復合吹煉深脫碳，采用RH真空處理進一步脫碳，并進行微合金化。(2)TMCP(熱機械控制工藝)軋前鋼坯加熱溫度為1210°C，以便使Nb、Ti等微合金元素充分溶入鋼中，在隨后的熱變形過程中充分析出，提高鋼的強度，并有利于軋后冷卻過程中貝氏體的形成。采用再結晶和未再結晶兩階段控軋，高溫階段軋制在1130°C，通過軋制道次之間的再結晶充分細化奧氏體晶粒；低溫階段的軋制在920°C，經過多道次大壓下量的積累，使奧氏體晶粒充分變形而不發(fā)生再結晶，為隨后冷卻過程中的相變提供更多的形核位置，使組織進一步細化，而有意避開部分再結晶區(qū)，以防止發(fā)生部分再結晶導致出現混晶，終軋溫度870'C。軋后快速冷卻，終冷溫度控制在580°C，以得到貝氏體組織。(3)回火進行65(TC的高溫回火，升溫速率3.0分鐘/mm，保溫時間1.8小時，使鋼中的微合金元素再次析出，進一步提高鋼的強度和韌性。實施例五本實施例是規(guī)格為30mm的高強度低溫用低碳貝氏體鋼的生產工藝，其成分重量百分比如下表-表5<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>生產工藝按以下工序進行-(1)冶煉采用轉爐煉鋼，頂低復合吹煉深脫碳，采用RH真空處理進一步脫碳，并進行微合金化。(2)TMCP(熱機械控制工藝)軋前鋼坯加熱溫度為1230°C，以便使Nb、Ti等微合金元素充分溶入鋼中，在隨后的熱變形過程中充分析出，提高鋼的強度，并有利于軋后冷卻過程中貝氏體的形成。采用再結晶和未再結晶兩階段控軋，高溫階段軋制在1150°C，通過軋制道次之間的再結晶充分細化奧氏體晶粒；低溫階段的軋制在950°C，經過多道次大壓下量的積累，使奧氏體晶粒充分變形而不發(fā)生再結晶，為隨后冷卻過程中的相變提供更多的形核位置，使組織進一步細化，而有意避開部分再結晶區(qū)，以防止發(fā)生部分再結晶導致出現混晶，終軋溫度88(TC。軋后快速冷卻，終冷溫度控制在60(TC，以得到貝氏體組織。(3)回火進行70(TC的高溫回火，升溫速率3.0分鐘/mm，保溫時間2.0小時，使鋼中的微合金元素再次析出，進一步提高鋼的強度和韌性。實施例一到實施例五所得的高強度低溫用低碳貝氏體鋼的性能如下表所示表6<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>權利要求1.一種高強度低溫用低碳貝氏體鋼，其成分重量百分比為C0.03～0.10％，Mn1.00～1.80％，Nb0.02～0.10％，Si0.02～0.04％，P0～0.015％，S0～0.005％，Ti0.01～0.03％，Cr0.05～0.5％，Mo0.1～0.5％，Fe余量。2.如權利要求1所述的高強度低溫用低碳貝氏體鋼的生產工藝，其特征在于按以下工序進行(1)冶煉采用轉爐煉鋼，頂低復合吹煉深脫碳，采用RH真空處理進一步脫碳，并進行微合金化；(2)TMCP:采用再結晶和未再結晶兩階段控軋，高溫階段軋制溫度在10501150°C，低溫階段軋制溫度在800950'C，終軋溫度800880°C;(3)回火在50070(TC進行高溫回火。3.如權利要求2所述的高強度低溫用低碳貝氏體鋼的生產工藝，其特征在于所述工序(2)中，軋前鋼坯加熱溫度為11601230°C。4.如權利要求2所述的高強度低溫用低碳貝氏體鋼的生產工藝，其特征在于所述工序(2)中，軋后快速冷卻，終冷溫度為500600。C。5.如權利要求2所述的高強度低溫用低碳貝氏體鋼的生產工藝，其特征在于所述工序(3)中，升溫速率1.23.0分鐘/mm，保溫時間1.02.0小時。全文摘要本發(fā)明涉及一種鋼及其生產工藝，是一種高強度低溫用低碳貝氏體鋼及其生產工藝，其成分重量百分比為C0.03～0.10％，Mn1.00～1.80％，Nb0.02～0.10％，Si0.02～0.04％，P0～0.015％，S0～0.005％，Ti0.01～0.03％，Cr0.05～0.5％，Mo0.1～0.5％，Fe余量。按以下工序進行冶煉采用轉爐煉鋼，頂低復合吹煉深脫碳，采用RH真空處理進一步脫碳，并進行微合金化；TMCP采用再結晶和未再結晶兩階段控軋，高溫階段軋制溫度在1050～1150℃，低溫階段軋制溫度在800～950℃，終軋溫度800～880℃；回火在500～700℃進行高溫回火。利用該工藝能生產出屈服強度達700MPa，且在-40℃的情況下仍能保持很高的沖擊韌性。文檔編號B21B37/74GK101338400SQ200810022600公開日2009年1月7日申請日期2008年8月18日優(yōu)先權日2008年8月18日發(fā)明者偉余,劉麗華,逖張,林國強,武會賓,王道遠,祝瑞榮,耿建寧,郭懷兵申請人:南京鋼鐵股份有限公司