專利名稱：一種低碳420MPa級復(fù)合強化超細(xì)晶粒帶鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低碳高強度鋼，特別是涉及一種低碳結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)控軋控冷形成的低碳420MPa級復(fù)合強化超細(xì)晶粒帶鋼。
背景技術(shù)：
目前，鋼鐵材料仍然是結(jié)構(gòu)材料的主體。但是，隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，鋼鐵工業(yè)所面臨的節(jié)省資源、節(jié)約能源、保護環(huán)境的壓力越來越大。所以，對傳統(tǒng)的鋼鐵材料采用特殊的加工工藝，大幅度提高其性能，延長使用壽命，有效地提高資源的利用率和回收率，已經(jīng)成為鋼鐵材料研究領(lǐng)域的熱點。
日本、韓國相繼于1997年和1998年啟動了面向21世紀(jì)的結(jié)構(gòu)材料研究計劃，其目標(biāo)是在成分基本不變的前提下，將現(xiàn)有鋼材的實用強度和結(jié)構(gòu)壽命提高一倍。所采取的技術(shù)路線是低溫大變形、多軸壓下等極限手段，追求TMCP晶粒細(xì)化的極限目標(biāo)小于1μm。這種加工制造難度極大，而且材料的延伸率下降明顯，屈強比過高，在實際應(yīng)用中受到很大限制。
中國從1998年啟動了國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目，其目標(biāo)之一是對現(xiàn)有200MPa級別的普通鋼，在成分基本不變的條件下，通過特殊的加工工藝，使屈服強度提高一倍，并且有良好的塑性和韌性。本專利申請人東北大學(xué)所屬的軋制技術(shù)及連軋自動化實驗室的研究者們，經(jīng)過幾年的艱苦研制，已初步使普通SS400鋼的屈服強度達(dá)到400MPa，并在“鋼鐵”雜志，2001年，第36卷第5期39頁中發(fā)表了題為“超級super-SS400鋼的工業(yè)軋制試驗”論文。文章中公開了實驗經(jīng)過實驗室模擬試驗和兩次工業(yè)實驗。其結(jié)論是當(dāng)終軋溫度為800℃，卷取溫度低于450℃時，super-SS400鋼的顯微組織為鐵素體與珠光體和少量貝氏體，屈服強度超過了400MPa，抗拉強度超過540MPa，延伸率超過27％，寬冷彎合格。但是，從第一次工業(yè)實驗super-SS400鋼的力學(xué)性能看，盡管大部分屈服強度達(dá)到400MPa以上，但抗拉強度相對較低，這樣屈強比較大。從第二次實驗力學(xué)性能看鋼的屆服強度大部分低于400MPa，只有一次當(dāng)卷取溫度低于450℃時，屈服強度達(dá)到400MPa。無論從上述鋼的力學(xué)性能還是從鋼的金相組織都可說明，實驗得到的super-SS400抗拉強度仍然偏低，屈強比較大，使應(yīng)用中成型性較差；另外從兩次試驗力學(xué)性能數(shù)據(jù)的差距較大，說明該項技術(shù)方案使現(xiàn)有屈強度為200MPa級的碳錳鋼提高到400MPa級結(jié)構(gòu)鋼的工藝條件仍然有待進一步的研究，加以解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述已知技術(shù)不足之處，在super-SS400結(jié)構(gòu)鋼的基本成分基礎(chǔ)上通過化學(xué)成分的重新設(shè)計，控軋控冷工藝的進一步完善，達(dá)到真正使目前的屈服強度為200MPa級的碳錳結(jié)構(gòu)鋼的屈服強度提高一倍以上，達(dá)到420～450MPa，抗拉強度在530～550MPa，延伸率在27～32％，同時具有良好使用性能的結(jié)構(gòu)帶鋼，其金相組織晶粒尺寸為3～5μm的鐵素體，5～10％的貝氏體以及＜5％的珠光體的復(fù)相組織。
本發(fā)明低碳400MPa級復(fù)合強化超細(xì)晶粒帶鋼，是由化學(xué)成分C、Si、Mn、P、S和Fe化學(xué)成分組成，其特征在于化學(xué)成分重量配比C0.10～0.14％，Si0.18～0.40％，Mn0.85～1.10％，P＜0.01％，S＜0.01％，其余為平衡量的Fe。其帶鋼的金相組織為晶粒尺寸3～5μm的鐵素體基體，其它為5～10％的貝氏體和＜5％的珠光體的復(fù)相組織。
上述本發(fā)明的化學(xué)成分的設(shè)計，尤其是C含量控制在0.10～0.14％是為了保證強度的同時，避免C含量提高對塑性、韌性以及焊接性的損害。Mn含量控制在0.85～1.10％是為了適當(dāng)擴大奧氏體未在結(jié)晶的范圍，降低應(yīng)變誘導(dǎo)的相變發(fā)生溫度Ad3，以充分利用奧氏體未再結(jié)晶控制軋制和軋后控制冷卻。
實現(xiàn)本發(fā)明低碳420MPa級復(fù)合強化超細(xì)晶粒帶鋼，是通過一種新的控軋控冷工藝方法制備而成，其具體工藝方法是1)軋制工藝坯料加熱溫度為1190～1210℃；在奧氏體再結(jié)晶區(qū)、未再結(jié)晶區(qū)及形變誘導(dǎo)相變區(qū)控制軋制，粗軋開軋溫度為1140～1160℃，粗軋溫度為1040～1050℃，中間坯厚度為38～50mm，精軋開軋溫度為945～955℃，精軋終軋溫度為770～790℃，在精軋機架間進行水冷。
2)軋后冷卻工藝?yán)鋮s速度為20～30℃/s，卷取溫度為430～470℃。
本發(fā)明低碳420MPa級復(fù)合強化超細(xì)晶粒帶鋼是一種新的組織狀態(tài)，它不同于一般低碳結(jié)構(gòu)鋼和超細(xì)晶鋼的鐵素體珠光組織，而是以超細(xì)3～5μm的鐵素體為基體，其它為5～10％的貝氏體和＜5％的珠光體的復(fù)相組織。
本發(fā)明超細(xì)晶粒帶鋼與已知技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和效果由于本發(fā)明超細(xì)帶鋼的化學(xué)成分設(shè)計了合適的配比，以及采用的控軋控冷工藝的依據(jù)是通過高溫區(qū)的奧氏體再結(jié)晶控制軋制，充分細(xì)化奧氏體晶粒；通過精軋階段的道次間水冷，降低軋件溫度，增加奧氏體未再結(jié)晶區(qū)的變形，精軋終軋溫度控制在770～790℃，使軋制過程中產(chǎn)生少量形變誘導(dǎo)鐵素體；通過軋后快速冷卻及較低溫度的卷取，得到超細(xì)化的鐵素體基體上分布適量貝氏體的復(fù)相組織。超細(xì)化的鐵素體基體材料具有較高的屈服強度，良好的塑性，同時材料的韌性，特別是材料的低溫韌性得到很大改善。組織中引入適量的貝氏體，可以有效的提高抗拉強度，改善加工硬化能力，降低屈強比，使材料在提高強度的同時，還具有良好的成型性。
基于上述本發(fā)明結(jié)構(gòu)的化學(xué)成分合理選配及工藝條件的完善，使本發(fā)明超細(xì)晶粒帶鋼的綜合性能均達(dá)到了予求的標(biāo)準(zhǔn)σs420～450MPa，σb530～550MPa，δ527～32％，Tc-85℃，寬冷變B＝35mm，d＝0.5a，完好。
由于本發(fā)明真正使現(xiàn)有200MPa級別的碳素鋼屈服強度提高一倍，可以代替同強度級別的低合金高強度鋼，開辟了節(jié)省合金元素、降低鋼材成本，大幅度提高性能，促進鋼材品種更新?lián)Q代的新途徑。


圖1是本發(fā)明低碳420MPa級復(fù)合強化超細(xì)晶粒帶鋼的金相組織圖片。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明超細(xì)晶帶鋼設(shè)定的化學(xué)成分范圍，選取兩組，編號為A、B分別在200噸轉(zhuǎn)爐上冶煉，并連鑄成250mm×1300mm×10020mm的連鑄坯，在2050熱連軋機上軋制。所選取的化學(xué)成分列入表1，TMCP工藝條件列入表2，相應(yīng)的機械性能列入表3，金相組織檢測結(jié)果列入表4，金相組織如圖1所示。
表1 實施例超細(xì)晶帶鋼的化學(xué)成分(重量，％)編號C Si Mn PSFeA 0.13 0.200.85 0.0090.01余量B 0.10 0.191.09 0.0070.009 余量表2 TMCP工藝制度試樣 粗軋開軋 粗軋終軋 精軋開軋精軋終軋 冷卻速度 卷取編號 ℃℃ ℃ ℃℃/S ℃A11150 105095078020 430A21150 105094579024 470A31150 104594578528 450B11150 105095077030 450B21150 104095578521 460B31150 104595079026 440表3力學(xué)性能檢測結(jié)果試樣編號 σsσbδ5akv， 冷變，B＝35，MPaMPa％J/mm2d＝0.5aA1 42054028123 合格A2 43053029130 合格A3 45053030126 合格B1 43554631133 合格B2 42954131145 合格B3 43355030128 合格表4金相組織檢測結(jié)果鐵素體晶粒尺寸，貝氏體量珠光體量試樣編號μm％ ％A1 3.05.05.0A2 4.58.04.0A3 3.810.0 3.0B1 3.56.03.0B2 4.86.54.5B3 5.05.55.0
權(quán)利要求
1.一種低碳420MPa級復(fù)合強化超細(xì)晶粒帶鋼，是由C、Si、Mn、P、S和Fe化學(xué)成分組成，其特征在于化學(xué)成分重量配比C0.10～0.14％，Si0.18～0.40％，Mn0.85～1.10％，P＜0.01％，S＜0.01％，其余為平衡量的Fe，其帶鋼的金相組織為晶粒尺寸3～5μm的鐵素體基體，其它為5～10％的貝氏體和＜5％的珠光體的復(fù)相組織。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種低碳420MPa級復(fù)合強化超細(xì)晶粒帶鋼，其特征在于帶鋼的屈服強度為420～450MPa，抗拉強度為530～550MPa。
3.按照權(quán)利要求1所述的低碳420MPa級復(fù)合強化超細(xì)晶粒帶鋼的制備方法，以化學(xué)成分C、Si、Mn、P、S和Fe為原料，進行冶煉，并連鑄成坯料，將坯料加熱至溫度1190～1210℃后，進行控軋控冷，軋后冷卻速度控制為20～30℃/S，其特征在于化學(xué)成分重量比為C0.10～0.14％，Si0.18～0.40％，Mn0.85～1.10％，P＜0.01％，S＜0.01％，其余為平衡量的Fe；在奧氏體再結(jié)晶區(qū)、未再結(jié)晶區(qū)及形變誘導(dǎo)相變區(qū)控制軋制，粗軋開軋溫度為1140～1160℃，粗軋終軋溫度為1040～1050℃，中間坯厚度為38～50mm，精軋開軋溫度為945～955℃，精軋終軋溫度為770～790℃，在精軋機架間進行水冷，卷取溫度為430～470℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低碳420MPa級復(fù)合強化超細(xì)晶粒帶鋼，其化學(xué)成分重量百分比C0.10～0.14％，Si0.18～0.40％，Mn0.85～1.10％，P＜0.01％，S＜0.01％，其余為平衡量的Fe，其帶鋼的金相組織為晶粒尺寸3～5 μm的鐵素體基體，其它為5～10％的貝氏體和＜5％的珠光體的復(fù)相組織；本發(fā)明超細(xì)晶粒帶鋼是以上述化學(xué)成分為原料，經(jīng)過冶煉，連鑄成坯料，加熱后進行控軋控冷，精軋終軋溫度為770～790℃，在精軋機架間進行水冷；軋后冷卻速度為20～30℃/s，卷取溫度430～470℃，所獲帶鋼的屈服強度為420～450MPa，抗拉強度為530～550MPa，本發(fā)明產(chǎn)品可以替代同強度級別的低合金高強度鋼，開辟了節(jié)省合金元素、降低鋼材成本，大幅度提高性能，促進鋼材品種更新?lián)Q代新途徑。
文檔編號C21D8/02GK1537965SQ20031010486
公開日2004年10月20日 申請日期2003年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月20日
發(fā)明者王國棟, 劉相華, 杜林秀, 王昭東, 吳迪, 丁樺 申請人:東北大學(xué)