一種高強(qiáng)度熱軋q&p鋼及其制造方法
【專利摘要】一種高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼及其制造方法，其化學(xué)成分重量百分比為：C0.20~0.50%，Si?0.8~2.0%，Mn?1.5~3.0%，P≤0.015%，S≤0.005%，Al0.02~0.08%，N≤0.006%，Ti?0.005~0.015%，Cr?0.5~1.5%，其余為Fe及不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明在傳統(tǒng)C-Mn鋼的成分基礎(chǔ)上，通過提高Si含量抑制滲碳體析出，同時加入微量的Ti控制加熱時的奧氏體晶粒尺寸以獲得淬火時細(xì)小的板條馬氏體，加入一定量的Cr元素提高鋼板的淬透性并推遲分配階段殘余奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)低成本制造出高強(qiáng)度熱軋耐磨鋼，其抗拉強(qiáng)度>1500MPa，同時具有良好的延伸率(>10%)，表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)塑性匹配。
【專利說明】一種高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于耐磨鋼制造領(lǐng)域，特別涉及一種高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼及其制造方法，其抗拉強(qiáng)度>1500MPa，延伸率>10%。
【背景技術(shù)】
[0002]淬火-配分鋼即Q&P鋼是最近十年高強(qiáng)鋼領(lǐng)域的研究熱點。
[0003]目前，Q&P鋼已經(jīng)被公認(rèn)為汽車用鋼領(lǐng)域第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼。Q&P鋼的主要工藝為:將鋼加熱到完全奧氏體區(qū)或部分奧氏體區(qū)，均勻化處理一段時間后，迅速淬火到Ms和Mf (Ms和Mf分別表示馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度和結(jié)束溫度)之間的某一溫度以獲得具有一定量殘余奧氏體的馬氏體+殘余奧氏體組織，隨后在淬火停冷溫度或略高于停冷溫度下保溫一定時間使碳原子從過飽和的馬氏體中向殘余奧氏體中擴(kuò)散富集，從而穩(wěn)定殘余奧氏體，然后再次淬火至室溫。馬氏體和殘余奧氏體的相對含量通常決定了鋼的最終性能，且可以通過控制淬火停冷溫度加以調(diào)整。通過這種工藝處理之后的鋼通常具有很高的強(qiáng)度和較好的塑性，即具有很高的強(qiáng)塑積。其抗拉強(qiáng)度可達(dá)2000MPa以上，而延伸率≥10%。Q&P鋼在室溫時的典型組織為板條馬氏體和薄膜狀殘余奧氏體，有時可能含有少量的片狀馬氏體和塊狀馬氏體。Q&P鋼力學(xué)性能主要由板條馬氏體和薄膜狀殘余奧氏體的板條寬度、馬氏體中的含碳量以及殘余奧氏體體積百分?jǐn)?shù)決定。
[0004]Q&P鋼的概念一經(jīng)提出，世界上許多研究小組都對這一類新鋼種從理論和試驗方面進(jìn)行了詳細(xì)而深入的研究， 其中最有名的是美國科羅拉多礦業(yè)大學(xué)的Speer課題組。
[0005]綜合已有的研究成果不難發(fā)現(xiàn)，試驗的工藝路線基本都是采用熱處理的方法或兩步法，即鋼經(jīng)過奧氏體化之后，先進(jìn)行淬火然后再將鋼重新加熱至略高于淬火停冷溫度下保溫一段時間后，最后再淬火至室溫。這一工藝路線對冷軋或熱鍍鋅產(chǎn)品的生產(chǎn)來說比較合適。但對熱連軋過程而言，由于在層流冷卻和卷取之間沒有快速再加熱過程或者卷取之后對整卷進(jìn)行再加熱的能力。因此，在目前的國內(nèi)熱連軋產(chǎn)線裝備條件下，按照兩步法生產(chǎn)Q&P鋼幾乎是不可能實現(xiàn)的，只能采用層流冷卻淬火至一定溫度然后進(jìn)行卷取的一步法工藝路線。
[0006]中國專利CN102226248A介紹了一種碳硅錳熱軋Q&P鋼，但合金成分設(shè)計上沒有進(jìn)行微Ti處理和添加Cr元素，而且鋼板的抗拉強(qiáng)度明顯低于1400MPa。中國專利CN101775470A介紹了一種復(fù)相Q&P鋼的生產(chǎn)工藝，實際上是一種兩步法生產(chǎn)Q&P鋼的工藝。中國專利CN101487096A介紹了一種用兩步熱處理法生產(chǎn)C-Mn-Al系Q&P鋼，其主要特點是延伸率很高，但強(qiáng)度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼及其制造方法，通過合理的成分設(shè)計，采用熱連軋工藝即可生產(chǎn)出抗拉強(qiáng)度>1500MPa級高強(qiáng)度熱軋耐磨鋼，同時具有良好的延伸率(>10%)，表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)塑性匹配。[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]本發(fā)明在傳統(tǒng)C-Mn鋼的成分基礎(chǔ)上，通過提高Si含量抑制滲碳體析出，同時加入微量的Ti控制加熱時的奧氏體晶粒尺寸以獲得淬火時細(xì)小的板條馬氏體，加入一定量的Cr元素提高鋼板的淬透性并推遲分配階段殘余奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)低成本制造出高強(qiáng)度熱軋耐磨鋼。
[0010]具體地，本發(fā)明的一種高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼，其化學(xué)成分重量百分比為:c
0.20%~0.50%, Si 0.8%~2.0%, Mn 1.5%~3.0%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.005%, Al 0.02~0.08%,N≤0.006%, Ti 0.005%~0.015%, Cr 0.5%~1.5%，其余為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
[0011]在本發(fā)明鋼的成分設(shè)計中:
[0012]碳，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。碳作為鋼中的間隙原子，對提高鋼的強(qiáng)度起到非常重要的作用，對鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度影響最大。鋼中碳的含量若低于0.2%，在不添加其他合金元素的情況下，熱軋Q&P鋼的強(qiáng)度難以達(dá)到很高的強(qiáng)度如1500MPa以上；而且，在卷取等溫的過程中，碳從馬氏體向奧氏體中擴(kuò)散富集的程度不足以保證殘余奧氏體在室溫時的穩(wěn)定性。若鋼中的碳含量大于0.5%，雖然可以保證在卷取等溫過程中有足夠的碳原子向奧氏體中富集，但由于碳含量高導(dǎo)致Ms和Mf點降低，在相同的工藝條件下，殘余奧氏體的含量增加，相應(yīng)的殘余奧氏體中的碳濃度也會減少，穩(wěn)定性降低。另外，碳含量太高對鋼板的沖擊韌性以及焊接性等都有不利影響。因此，鋼中碳含量控制在0.20-0.50%的范圍內(nèi)可保證鋼板具有良好的高強(qiáng)度和較好的塑性匹配。
[0013]硅，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。與傳統(tǒng)的熱軋高強(qiáng)鋼相比，高強(qiáng)度Q&P鋼目前基本都是采用高硅的成分設(shè)計原則。Q&P鋼中加入高硅的主要目的是在卷取緩冷階段抑制滲碳體的析出，促進(jìn)碳在殘余奧氏體中富集，穩(wěn)定奧氏體。若硅在鋼中的加入量低于0.8%，則鋼在淬火到Ms-Mf之間卷取緩冷過程中將析出碳化物如滲碳體，降低了殘余奧氏體中的碳含量，使得殘余奧氏體變得不穩(wěn)定。在繼續(xù)緩慢冷卻到室溫的過程中，殘余奧氏體有可能發(fā)生分解，對鋼的性能造成不利影響；另一方面，硅在鋼中的含量也不能太高，若硅含量超過2.0%，鋼中容易形成硅的氧化物，使鋼發(fā)生脆性斷裂。因此，鋼中硅的含量控制在0.8-2.0%，優(yōu)選范圍在1.2-1.8%之間。
[0014]錳，是擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，可以降低鋼的臨界冷卻速度，穩(wěn)定奧氏體，推遲奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變。在本發(fā)明中，為保證鋼板的強(qiáng)度，錳的含量一般應(yīng)控制在1.5%以上；另一方面，錳含量也不能太高，如超過3.0%，鋼板的強(qiáng)度反而容易降低，這主要是由于錳含量增加提高奧氏體的穩(wěn)定性，淬火到Ms和Mf之間得到比較多的殘余奧氏體，降低了鋼板的強(qiáng)度。因此，本發(fā)明中錳的含量一般控制在1.5-3.0%之間可得到綜合性能良好的鋼板。
[0015]磷，是鋼中的雜質(zhì)元素。鋼中磷的含量較高(≤0.1%)時，形成Fe2P在晶粒周圍析出，降低鋼的塑性和韌性，故其含量越低越好，一般控制在0.015%以內(nèi)較好且不提高煉鋼成本。
[0016]在鋼中硫含量較高時以FeS-Fe共晶體的形式存在于鋼的晶粒周圍，降低鋼的力學(xué)性能，其含量與磷類似，也是越低越好，實際生產(chǎn)時通?？刂圃?.005%以內(nèi)；
[0017]鋁，鋁在鋼中的作用主要是在煉鋼過程中進(jìn)行脫氧。除此之外，鋁還可與鋼中的氮結(jié)合形成A1N，若鋼中氮的含量較高，加入的鈦不足以固定氮原子時，鋁也可以起到固氮的作用。因此，鋼中鋁的含量要控制在合適的范圍內(nèi)，通?？刂圃?.02-0.08%即可，優(yōu)選范圍為 0.03-0.06%O
[0018]鈦，加入量與鋼中氮的加入量相對應(yīng)。鋼中Ti/N控制在TiN的化學(xué)計量比3.42以下為宜。若Ti/N大于3.42，則鋼中容易形成比較粗大的TiN粒子，對鋼板的沖擊韌性造成不利影響，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(xì)化奧氏體晶粒的作用。因此，鋼中鈦的含量要控制在合適的范圍，通常鈦的加入量控制在0.005-0.015%之間，優(yōu)選范圍控制在0.008-0.012%。
[0019]鉻，是本發(fā)明中的重要元素。鉻加入鋼中一方面提高鋼的淬透性，另一方面鉻能極大地降低碳在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)，可以顯著推遲鋼在淬火-分配過程中殘余奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變。鉻的含量若低于0.5%，對推遲殘余奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變推遲不用不明顯；若鉻的含量高于1.5%，鉻推遲殘余奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變的作用基本飽和，故鋼中鉻的含量控制在0.5-1.5%之間；
[0020]氮，在本發(fā)明中屬于雜質(zhì)元素，其含量越低越好。氮也是鋼中不可避免的元素，通常情況下，鋼中氮的殘余含量在0.002-0.004%之間，這些氮元素可以通過與酸溶鋁和Ti結(jié)合而固定。為了不提高煉鋼成本，氮的含量控制在0.006%以內(nèi)即可，優(yōu)選范圍為小于
0.004%。
[0021]氧，是煉鋼過程中不可避免的元素，對本發(fā)明而言，鋼中氧的含量通過鋁脫氧之后一般都可以達(dá)到30ppm以下，對鋼板的性能不會造成明顯不利影響。因此，將鋼中的氧含量控制在30ppm以內(nèi)即可。
[0022]本發(fā)明的一種高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼的制造方法，其包括如下步驟:
[0023]I)冶煉、鑄造
[0024]采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉按下述成分，化學(xué)成分重量百分比為:C 0.20^0.50%,Si 0.8~2.0%, Mn 1.5~3.0%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.005%, A10.02~0.08%, N ≤ 0.006%, Ti
0.005、.015%，Cr 0.5^1.5%，其余為Fe以及不可避免的雜質(zhì)；經(jīng)真空爐二次精煉、鑄造成鋼還或鋼錠；
[0025]2)加熱
[0026]鋼坯或鋼錠加熱溫度:110(Tl200°C，保溫時間:廣2小時；
[0027]3)軋制
[0028]開軋溫度:100(Tll0(rC，在950°C以上多道次大壓下且累計變形量≤50%,隨后中間坯待溫至90(T95(TC，然后進(jìn)行最后3飛個道次軋制；
[0029]4)冷卻
[0030]在鐵素體析出開始溫度之上即850-900 V之間，以>50 V /s的冷速冷卻至10(T30(TC，獲得馬氏體+殘余奧氏體組織，最后卷取后緩慢冷卻至室溫。
[0031]在本發(fā)明的制造方法中:
[0032]鋼坯(錠)加熱溫度:110(Tl20(rC，保溫時間:I~2小時，開軋溫度:100(Tll0(rC，在950°C以上多道次大壓下且累計變形量≤50%，主要目的是細(xì)化奧氏體晶粒；隨后中間坯待溫至900-95(TC，然后進(jìn)行最后3-5個道次軋制；在鐵素體析出開始溫度之上850-900°C之間以>50°C /s的冷速冷卻至100-300°C (Ms-Mf之間)某一溫度以獲得馬氏體+ —定量的殘余奧氏體組織，最后卷取后緩慢冷卻至室溫。
[0033]優(yōu)選地，中間坯的厚度與最終鋼板的厚度比一般在3.0以上，可以保證變形均勻性。
[0034]鋼坯的加熱溫度若低于1100°C以及保溫時間過短，則不利于合金元素的均勻化；而當(dāng)溫度高于1200°C時，不僅提高了制造成本，而且使得鋼坯的加熱質(zhì)量有所下降。因此，鋼坯的加熱溫度一般控制在110(Tl200°C比較合適。
[0035]類似地，保溫時間也需要控制在一定范圍內(nèi)。保溫時間過短，溶質(zhì)原子如Si，Mn等的擴(kuò)散不夠充分，鋼坯的加熱質(zhì)量得不到保證；而保溫時間過長則使得奧氏體晶粒粗大以及提高了制造成本，故保溫時間應(yīng)控制在廣2小時之間。加熱溫度越高，相應(yīng)的保溫時間可適當(dāng)縮短。
[0036]本發(fā)明的有益效果:
[0037]1.本發(fā)明鋼板的合金成本大幅降低。本發(fā)明與傳統(tǒng)的低合金高強(qiáng)鋼相比，沒有添加貴重金屬元素如Nb、V、Cu、N1、Mo等，添加的微量合金元素Ti不僅價格低廉，而且加入量很低。合金元素Cr雖然加入量較多，但Cr與上述幾種合金元素相比，價格仍然很低。此外，采用熱連軋工藝生產(chǎn)比用厚板線生產(chǎn)還可進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。因此，鋼板的生產(chǎn)成本很低。
[0038]2.本發(fā)明鋼板的力學(xué)性能大幅提高，用戶使用成本降低，鋼板的抗拉強(qiáng)度和延伸率與傳統(tǒng)的低合金高強(qiáng)鋼相比有明顯提高。因此，在一些使用厚板耐磨鋼的領(lǐng)域可以用更薄規(guī)格的超高強(qiáng)度耐磨鋼，減輕重量，降低成本。
[0039]3.采用本發(fā)明制造出的鋼板具有低成本超高強(qiáng)度和高硬度優(yōu)勢，特別適合于需要提高耐磨性的領(lǐng)域，特別是鋼中保留的殘余奧氏體(5%以上)，在磨粒磨損等條件下可以轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，進(jìn)一步提高鋼板的耐磨性。
【專利附圖】

【附圖說明】`
[0040]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
[0041]圖2為本發(fā)明實施例2鋼板的金相顯微組織照片。
[0042]圖3為本發(fā)明實施例4鋼板的金相顯微組織照片。
[0043]圖4為本發(fā)明實施例6鋼板的金相顯微組織照片。
【具體實施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0045]參見圖1，本發(fā)明的工藝流程:采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉，經(jīng)真空爐二次精煉、鑄造成鋼坯或鋼錠；加熱，鋼坯或鋼錠加熱溫度:110(Tl20(rC，保溫時間:廣2小時；軋制，開軋溫度:100(Tll0(rC，在950°C以上多道次大壓下且累計變形量≤50%，隨后中間坯待溫至90(T950°C，然后進(jìn)行最后3飛個道次軋制；冷卻，在鐵素體析出開始溫度之上即85(T900°C之間，以>50°C /s的冷速冷卻至10(T30(TC，獲得馬氏體+5%以上殘余奧氏體組織，最后卷取后緩慢冷卻至室溫。
[0046]本發(fā)明實施例成分參見表1，工藝和性能參見表2。
[0047]表1單位:重量百分比
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼，其化學(xué)成分重量百分比為:c 0.20-θ.50%，Si 0.8~2.0%，Mn 1.5~3.0%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.005%, Al 0.02~0.08%, N ≤ 0.006%, Ti 0.005~0.015%, Cr.0.5^1.5%，O ≤ 30ppm，其余為Fe以及不可避免的雜質(zhì)；熱軋Q&P鋼的顯微組織為馬氏體+殘余奧氏體組織，抗拉強(qiáng)度≥1500MPa，延伸率>10%。
2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼，其特征是，所述的Si含量為1.2^1.8%，重量百分比計。
3.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼，其特征是，所述的Al含量為0.03、.06%,重量百分比計。
4.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼，其特征是，所述的N含量<0.004%，重量百分比計。
5.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼，其特征是，所述的Ti含量為0.008、.012%，重量百分比計。
6.一種高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼的制造方法，其包括如下步驟: 1)冶煉、鑄造 采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉按下述成分，化學(xué)成分重量百分比為:C 0.20%~0.50%，Si.0.8%~2.0%, Mn 1.5%~3.0%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.005%, Al 0.02%~0.08%, N ≤ 0.006%, Ti.0.005%~0.015%，Cr 0.5%~?.5%，其余為Fe以及不可避免的雜質(zhì)；經(jīng)真空爐二次精煉、鑄造成鋼還或鋼錠； 2)加熱 鋼坯或鋼錠加熱溫度:110(Tl20(rC，保溫時間2小時； 3)軋制 開軋溫度:100(Tll0(rC，在950°C以上多道次大壓下且累計變形量≥50%，隨后中間坯待溫至90(T95(TC，然后進(jìn)行最后至少3個道次軋制；中間坯的厚度與最終鋼板的厚度比在.3.0以上； 4)冷卻 在鐵素體析出開始溫度之上即85(T900°C之間，以>50°C /s的冷速冷卻至10(T300°C，獲得馬氏體+殘余奧氏體組織，最后卷取后緩慢冷卻至室溫；獲得的熱軋超高強(qiáng)耐磨鋼板抗拉強(qiáng)度≥1500MPa，延伸率>10%。
7.如權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼的制造方法，其特征是，所述的Si含量為.1.2~1.8%，重量百分比計。
8.如權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼的制造方法，其特征是，所述的Al含量為.0.03、.06%，重量百分比計。
9.如權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼的制造方法，其特征是，所述N含量≤0.004%，重量百分比計。
10.如權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)度熱軋Q&P鋼的制造方法，其特征是，所述的Ti含量為.0.008^0.012%，重量百分比計。
【文檔編號】C22C38/38GK103805869SQ201210461022
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月15日
【發(fā)明者】李自剛, 王煥榮, 王巍, 李建業(yè) 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司