铜硼系低碳及超低碳贝氏体高强钢制造技术

本发明专利技术涉及一种铜硼系低碳及超低碳贝氏体高强钢。其成分设计上采用超低碳至低碳、低量铜及Ｎｂ－Ｔｉ－Ｂ的复合加入，利用铜硼等元素促使贝氏体相变，同时利用ε－Ｃｕ和Ｎｂ、Ｔｉ复合沉淀析出作用获取高强度。本发明专利技术钢经控制轧制，具有极优综合机械性能、冷热加工性和焊接性能。本发明专利技术为非调质工艺生产高强钢、工艺简单、价格低廉，在各冶金钢铁厂均可实施。本发明专利技术钢可广泛用于工程机械、管线、贮油罐、汽车、船舶及海洋设施等。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种铜-硼系低碳及超低碳贝氏体高强钢，属低合金钢制造领域。在本专利技术以前，有如台湾中钢联申请的专利(TW258757；专利技术人JANG J等)“具有好的可焊性和抗腐蚀性的低锰系超低碳贝氏体钢(ULCB)的生产工艺”，应用Mo-Ni-Nb系获得超低碳贝氏体钢。其不足之处在於，在大生产中由于冶炼后合金的加入会使钢水增碳，因此0.02～0.05％的碳含量很难控制，成功率较低。此外，Mo、Ni等合金的加入使钢的成本价格上升，且对促进全部组织的贝氏体转变效果不十分理想，因而钢的强度水平不高。又如文献(1903757 MA Accossion Number:199607-31-2238)美国Bcthlchcm Steel发表的关于贝氏体钢的研究论文中，有关超低碳贝氏体钢的成分，其不足之处仍是碳含量过低0.015～0.035％，较难在生产中控制。其次它的高Cr(2.23％)或高Mo(2.35％)，致使钢的成本提高，且过高Cr、Mo会导致回火裂纹、降低钢的韧性。本专利技术的目的是专利技术一种新型的贝氏体钢种，使其既能降低超低碳贝氏体钢的成本、适合大生产操作，又能以加入最少量、最合理的微合金元素达到提高钢的强度和韧性。本专利技术为了达到上述目的，设计了一种全新的铜-硼系低碳及超低碳贝氏体高强钢，其特征在于钢的化学成分(按重量百分比)含有C:0.01～0.08、Si:0.1～0.5、Mn:0.5～2.0、Cu:0.05～0.5、Nb:0.01～0.07、Ti:0.005～0.04、B:0.0002～0.005、Al:0.005～0.08、P、S≤0.025。本专利技术中的碳含量选择在0.01～0.08％，碳含量在此范围，使本专利技术与国外钢单纯超低碳或仅为低碳钢完全不同，较灵活的跨越超低碳到低碳的范围。当C＜0.04％时，钢中完全没有淬硬倾向，即为超低碳(相对高强钢而言)。但在大生产实际操作中即使转炉终点碳控制很低，当加入合金特别是加入锰铁合金后，会使碳又回升0.02％～0.03％，因此，在生产中较难控制和冶炼超低碳。碳含量跨越超低碳到低碳的范围，这样既不降低贝氏体钢板的强韧性又适合于生产操作，提高其在大生产中的适用性和可行性。本专利技术中的硅含量选择在0.1～0.5％，Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，但不可含量过高，以免降低钢的韧性。本专利技术中的锰含量选择在0.5～2.0％，当碳含量在低～超低碳范围时，钢中的固溶强化就显得尤为重要，Mn是固溶强化和提高钢的抗张强度最重要元素，尤其Mn为1.3～1.8％时Mn使钢的抗张强度大幅度上升，因此在超低碳、高强度类型钢中，普遍提高锰的含量，最高可达2％。本专利技术中的铜含量选择在0.05～0.5％，本专利技术为铜硼系钢，利用铜在回火(550～650℃)时生成ε-Cu的沉淀析出，进一步强化基体以获得高强度。这种回火工艺在热连轧生产线上钢板卷曲后处于保温阶段可自然实现；在中厚板厂由于回火工艺简单，成本低，且易于实施。Cu的析出硬化作用表现在ε-Cu析出在位错、板条边缘和亚晶界上，钉扎了位错，使强度增加。在含Cu的贝氏体铁素体上，具有异乎寻常高的位错密度。Cu的另一个作用可以改善淬硬倾向。此外，铜作为合金元素除增加强度外，还有利于获得良好低温韧性，促使板条状贝氏体的生成，增加钢的抗疲劳裂纹扩展能力。铜还具有出色的耐腐蚀性及抑制氢致诱导裂纹即抗HIC的作用，这是由于加入铜量偏上限值时，在钢的表面形成一层稳定的保护膜，可减少氢的吸附，以及加入Cu可使夹杂物的形状得到控制等原因所致。因此，加入Cu不但可满足强度的需要，还为寻找多种用途提供多种优点。在本专利技术钢中仅加入＜0.5％的Cu，从CCT图得知冷却速度＞2℃/s时，钢中只有少量先共析相铁素体，其转变温度范围850～720℃，而贝氏体转变范围650～550℃；冷却速度＞4℃时，钢中全部转变为贝氏体。与不含Cu的超低碳贝氏体钢相比，其需要冷却速度＞6℃/s，才能全部实现贝氏体相变。Cu的显著作用即为直接促进贝氏体相变作用，这对一些中厚板厂，轧后冷却速度不足的工艺状况很适用。本专利技术钢中仅加入低量Cu＜0.5％，可减少加入其它贵重金属，这种设计既可起到强化作用又节约合金、降低成本，并可满足民用工程机械、管线、船舶、海洋设施及高强结构件的强韧性需求。本专利技术采用Nb-Ti-B的复合加入方法，Nb:0.01～0.07％、Ti:0.005～0.04％、B:0.0002～0.005％。硼为强烈提高渗透性元素，在碳量很低情况下，硼的加入，可更有效地抑制先共析铁素体的形核及生成。在各种条件下，硼直接影响γ-α相变，并降低再结晶温度，延迟奥氏体的再结晶，由于硼在奥氏体晶界上的非平衡偏析，强烈抑制γ-α相变，促使奥氏体生成细小低碳的贝氏体结构。在非再结晶区形变，硼可偏聚在形变边界和亚晶上，随着硼含量的增加，形变温度下降，可使显微结构更细化。当钢中同时含有Nb和Ti时，B的作用更为突出。Nb+B两者结合更有效的抑制γ-α转变，其原理是Nb的存在抑制了Fe23(CB)6析出，增加硼的固溶作用，可使在较低的冷却速度下获得贝氏体结构。而Ti的加入，通过Ti固定N，减少B与N结合的机会，以增加固溶硼的作用。本专利技术特点利用硼、铜强烈促进贝氏体相变元素加入以促使贝氏体相变强化，但为了促进和保证硼元素的有效作用必须加入Nb、Ti以固定氮元素，进一步增加固溶硼的作用。此外，为了增加本专利技术钢的强度，除贝氏体强化外，还要采用析出强化以获取更高的强度。因此，在钢中加入沉淀析出强化元素Nb、Ti，利用Ti细化晶粒作用。Ti的加入以国际上九十年代微Ti处理的形式，即Ti≤0.04％即可起到作用，对于强度富余量大，延伸率稍显不足的贝氏体类钢，Ti含量不可过高。本专利技术采用Nb-Ti-B的复合加入，缺一不可，这使本专利技术的钢可以不加V元素。本专利技术中的P、S≤0.025％，这是由于钢中的S、P含量必须控制在较低的范围，只有冶炼纯净钢，才能保证本专利技术钢的性能。下面本专利技术将结合实施例作进一步说明。实施例1在武钢冶炼本专利技术的铜-硼系低碳及超低碳贝氏体高强钢，其实际成分(按重量百分比)含有C:0.023、Si:0.32、Mn:1.47、P:0.016、S:0.004、Cu:0.1、Nb:0.042、Ti:0.02、B:0.0016，轧成6mm钢板。其力学性能屈服强度为570MPa、抗张强度为635MPa、伸长率δ5为22％、冲击功CVN-40℃为183J、-80℃为124J、20mm～100mm宽冷弯试验(d=弯心直径、a=试样厚度)也可作到d=0、180°完好。钢的脆性转变温度FATT和ITT均为＜-80℃、落锤撕裂DWTT(SA=50％)为＜-80℃、撕裂功占总功之比Ep/Et为70-85％。该钢已用于制造汽车起重机的吊臂、支腿和车架及推土机等工程机械的结构件。还可用于制造汽车大梁、高强度框架和油、气输送管线。实施例2在武钢冶炼本专利技术的铜-硼系低碳及超低碳贝氏体高强钢，其实际成分(按重量百分比)含有C:0.069、Si:0.33、Mn:1.53、P:0.014、S:0.005、Cu:0.16、Nb:0.06、Ti:0.02、B:0.0026，轧成12、16mm厚钢板。其力学性能屈服强度为540MPa、抗张本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜硼系低碳及超低碳贝氏体高强钢，其特征在于钢的化学成分（按重量百分比）含有Ｃ：０．０１～０．０８、Ｓｉ：０．１～０．５、Ｍｎ：０．５～２．０、Ｃｕ：０．０５～０．５、Ｎｂ：０．０１～０．０７、Ｔｉ：０．００５～０．０４、Ｂ：０．０００２～０．００５、Ａｌ：０．００５～０．０８、Ｐ、Ｓ≤０．０２５。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪美蔷，贺信莱，叶铭佳，戴连生，陈良，温阿清，舒朝晖，朱振宇，
申请(专利权)人：武汉钢铁集团公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]