一种钛微合金化高强钢及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种钛微合金化高强钢，属于高强钢凝固组织细化方法技术领域。本发明专利技术利用合金化钢液冷却过程中，尺寸较小的TiC能够在铁基体中弥散析出，可产生强烈的沉淀强化效果，而且形变诱导析出的TiC、TiN能有效钉扎晶界，抑制奥氏体再结晶，以达到细晶作用。且脉冲磁致震荡处理作用于合金化钢液冷却过程中产生的熔体中并感生出振荡式电磁力，这种电磁力一方面能减小熔体内部温度梯度，从而增大形核面积；另一方面能加速晶核在液面以及固液界面处脱落并游离到整个熔体中，从而形成结晶雨效应细化金属凝固组织。在此两种协同作用下，获得的高强钢具有更加优异的综合性能，扩大了其使用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种钛微合金化高强钢及其制备方法和应用
本专利技术涉及高强钢凝固组织细化方法
，尤其涉及一种钛微合金化高强钢及其制备方法和应用。
技术介绍
20世纪20年代，钛开始作为一种碳氮化物形成元素加入钢中用来提高钢的焊接性能。因为TiN具有良好的高温热稳定性，能有效地抑制焊接热影响区奥氏体晶粒的长大。50年代，Hall和Petch研究了晶粒尺寸与力学性能的关系，并指出细化晶粒能同时提高强度与韧性。60年代，Davenport等人的研究表明：低合金钢在合适的工艺条件下可以形成一定体积分数的纳米析出粒子，产生明显的沉淀强化效果。钛微合金化技术被作为高强钢开发的重要思路，也因此获得国内外学者的青睐。微合金钢是在普通低碳钢或低合金钢的基础上添加微量合金元素Nb，V，Ti等强碳氮化物形成元素且添加量比钢中常规添加的合金元素含量少1～2个数量级，通过微合金化技术与控轧控冷技术的有机结合，控制微合金元素在钢中的固溶与析出行为，TiN和富氮Ti(C，N)具有良好的高温稳定性，高温均热时能钉扎晶界阻止奥氏体长大，这是铌和钒的碳、氮化物所无法代替的，因此能够提高钢的强韧性以及获得良好的成型性和焊接性等综合性能。但是现有技术中高强钢存在晶粒粗大的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种钛微合金化高强钢及其制备方法和应用。本专利技术提供的钛微合金化高强钢晶粒细化。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种钛微合金化高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：0.035～0.040％C，0.1～0.12％Si，1.46～1.50％Mn，0.021～0.024％Nb，0.112～0.115％Ti，余量的Fe；所述钛微合金化高强钢的制备方法，包括以下步骤：(1)将SAPH440钢种和纯铁混合进行真空熔化，得到熔化钢液；(2)将所述步骤(1)得到的熔化钢液进行精炼，得到精炼钢液；(3)在所述步骤(2)得到的精炼钢液中依次加入硅铁、铌铁和金属锰进行熔炼后，加入铝粒进行脱氧，脱氧后加入钛铁合金进行合金化，得到合金化钢液；(4)将所述步骤(3)得到的合金化钢液冷却，得到钛微合金化高强钢，所述冷却包括随炉冷却和脉冲磁致震荡处理。优选地，所述步骤(4)中脉冲磁致震荡处理的温度为1000～1500℃。优选地，所述步骤(4)中脉冲磁致震荡处理的脉冲频率为1～15KHz，脉冲电压为100～10000V，脉冲电流峰值为103～106A。优选地，所述脉冲频率为2～3KHz，脉冲电压为1000～5000V，脉冲电流峰值为103～104A。优选地，所述脉冲电压为2000V。优选地，所述步骤(1)中SAPH440钢种真空熔化前还包括：对所述SAPH440钢种预热，所述预热的温度为500～600℃，所述预热的时间为1～3h。优选地，所述步骤(1)中真空熔化包括以下步骤：抽真空度为18～20Pa，开始送电，送电功率为20～25kW，供电25min，进行热炉；功率到达60～65kW，送电40min，然后功率继续升至80～85kW，直至SAPH440钢种和纯铁完全熔化。优选地，所述步骤(2)中精炼的温度为1600～1750℃，精炼的时间为3～5h，精炼的真空度为4000～4500Pa。本专利技术还提供了上述技术方案所述钛微合金化高强钢的制备方法，包括以下步骤：(1)将SAPH440钢种和纯铁混合进行真空熔化，得到熔化钢液；(2)将所述步骤(1)得到的熔化钢液进行精炼，得到精炼钢液；(3)在所述步骤(2)得到的精炼钢液中依次加入硅铁、铌铁和金属锰进行熔炼后，加入铝粒进行脱氧，脱氧后加入钛铁合金进行合金化，得到合金化钢液；(4)将所述步骤(3)得到的合金化钢液冷却，得到钛微合金化高强钢，所述冷却包括随炉冷却和脉冲磁致震荡处理。本专利技术还提供了上述技术方案所述的钛微合金化高强钢或上述技术方案所述的制备方法制得的钛微合金化高强钢在舰船制造中的应用。本专利技术提供了一种钛微合金化高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：0.035～0.040％C，0.1～0.12％Si，1.46～1.50％Mn，0.021～0.024％Nb，0.112～0.115％Ti，余量的Fe；所述钛微合金化高强钢的制备方法，包括以下步骤：(1)将SAPH440钢种和纯铁混合进行真空熔化，得到熔化钢液；(2)将所述步骤(1)得到的熔化钢液进行精炼，得到精炼钢液；(3)在所述步骤(2)得到的精炼钢液中依次加入硅铁、铌铁和金属锰进行熔炼后，加入铝粒进行脱氧，脱氧后加入钛铁合金进行合金化，得到合金化钢液；(4)将所述步骤(3)得到的合金化钢液冷却，得到钛微合金化高强钢，所述冷却包括随炉冷却和脉冲磁致震荡处理。本专利技术利用合金化钢液冷却过程中，尺寸较小的TiC能够在铁基体中弥散析出，可产生强烈的沉淀强化效果，而且形变诱导析出的TiC、TiN能有效钉扎晶界，抑制奥氏体再结晶，以达到细晶作用，NbN在奥氏体中的固溶度较低，在一定程度上也可以起到阻止奥氏体晶粒长大的作用，Al能够有效地脱氧和生成的AlN起到细晶作用，适量Mn的添加降低奥氏体向铁素体的转变温度(Ar3)，从而细化晶粒碳化物的长大，且能增加铁素体中的过饱和碳含量，促进TiC在铁素体中的过饱和析出。且脉冲磁致震荡处理作用于合金化钢液冷却过程中产生的熔体中并感生出振荡式电磁力，这种电磁力一方面能减小熔体内部温度梯度，从而增大形核面积；另一方面能加速晶核在液面以及固液界面处脱落并游离到整个熔体中，从而形成结晶雨效应细化金属凝固组织。在此两种协同作用下，获得的高强钢具有更加优异的综合性能，扩大了其使用领域。附图说明图1为实施例1～4制得的钛微合金化高强钢的金相微观组织。具体实施方式本专利技术提供了一种钛微合金化高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：0.035～0.040％C，0.1～0.12％Si，1.46～1.50％Mn，0.021～0.024％Nb，0.112～0.115％Ti，余量的Fe；所述钛微合金化高强钢的制备方法，包括以下步骤：(1)将SAPH440钢种和纯铁混合进行真空熔化，得到熔化钢液；(2)将所述步骤(1)得到的熔化钢液进行精炼，得到精炼钢液；(3)在所述步骤(2)得到的精炼钢液中依次加入硅铁、铌铁和金属锰进行熔炼后，加入铝粒进行脱氧，脱氧后加入钛铁合金进行合金化，得到合金化钢液；(4)将所述步骤(3)得到的合金化钢液冷却，得到钛微合金化高强钢，所述冷却包括随炉冷却和脉冲磁致震荡处理。本专利技术提供的钛微合金化高强钢中尺寸较小的TiC能够在铁基体中弥散析出，可产生强烈的沉淀强化效果，而且形变诱导析出的TiC、TiN能有效钉扎晶界，抑制奥氏体再结晶，已达到细晶作用，NbN在奥氏体中的固溶度较低，在一定程度上也可以起到阻止奥氏体晶粒长大的作用，Al能够有效地脱氧和生成的AlN起到细晶作用，适量Mn的添加降低奥氏体向铁素体的转变温度(Ar3)，从而细化晶粒碳化物的长大，且能增加铁素体中的过饱和碳含量，促进TiC在铁素体中的过饱和析出。本专利技术提供了上述技术方案所述钛微合金化高强钢的制备方法，包括以下步骤：(1)将SAPH440钢种和纯铁混合进行真空熔化，得到熔化钢液；(2)将所述步骤(1)得到的熔化钢液进行精炼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛微合金化高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：0.035～0.040％C，0.1～0.12％Si，1.46～1.50％Mn，0.021～0.024％Nb，0.112～0.115％Ti，余量的Fe；所述钛微合金化高强钢的制备方法，包括以下步骤：(1)将SAPH440钢种和纯铁混合进行真空熔化，得到熔化钢液；(2)将所述步骤(1)得到的熔化钢液进行精炼，得到精炼钢液；(3)在所述步骤(2)得到的精炼钢液中依次加入硅铁、铌铁和金属锰进行熔炼后，加入铝粒进行脱氧，脱氧后加入钛铁合金进行合金化，得到合金化钢液；(4)将所述步骤(3)得到的合金化钢液冷却，得到钛微合金化高强钢，所述冷却包括随炉冷却和脉冲磁致震荡处理。

【技术特征摘要】
1.一种钛微合金化高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：0.035～0.040％C，0.1～0.12％Si，1.46～1.50％Mn，0.021～0.024％Nb，0.112～0.115％Ti，余量的Fe；所述钛微合金化高强钢的制备方法，包括以下步骤：(1)将SAPH440钢种和纯铁混合进行真空熔化，得到熔化钢液；(2)将所述步骤(1)得到的熔化钢液进行精炼，得到精炼钢液；(3)在所述步骤(2)得到的精炼钢液中依次加入硅铁、铌铁和金属锰进行熔炼后，加入铝粒进行脱氧，脱氧后加入钛铁合金进行合金化，得到合金化钢液；(4)将所述步骤(3)得到的合金化钢液冷却，得到钛微合金化高强钢，所述冷却包括随炉冷却和脉冲磁致震荡处理。2.根据权利要求1所述的钛微合金化高强钢，其特征在于，所述步骤(4)中脉冲磁致震荡处理的温度为1000～1500℃。3.根据权利要求1或2所述的钛微合金化高强钢，其特征在于，所述步骤(4)中脉冲磁致震荡处理的脉冲频率为1～15KHz，脉冲电压为100～10000V，脉冲电流峰值为103～106A。4.根据权利要求3所述的钛微合金化高强钢，其特征在于，所述脉冲频率为2～3KHz，脉冲电压为1000～5000V，脉冲电流峰值为103～104A。5.根据权利要求4所述的钛微合金化高强钢，其特征在于，所述脉冲电压为2000V。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟庆东，陈串，罗均，鲁雄刚，孙中渠，蒲华燕，彭艳，谢少荣，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31