一种纳米析出相强化及控制的超细晶粒马氏体钢的制备方法，属于马氏体钢制造技术领域。通过纳米尺寸的析出相产生强化和细化的效应，获得抗拉强度范围为１０００－２２００ＭＰａ的具有优异的冲击韧性和焊接性能的超细晶粒马氏体组织为主要组织的合金钢。实现高强度和超高强度马氏体钢的高韧性、优良的氢滞延迟断裂性能和工艺性能，并生产成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于马氏体钢制造
，特别是提供了一种。通过合金成分设计+控制轧制和冷却及热处理工艺共同控 制技术实现。
技术介绍
获得高强度高韧性，以及低成本化和具有优良的工艺性能的马氏体钢是钢铁工作 者持之以恒的追求目标。除珠光体组织的冷拔钢丝外，奥氏体、铁素体和珠光体组织的钢强 度通常在1000MPa以下。传统1000MPa级以上的高强度和超高强度马氏体钢主要分为三 类，即主要依靠碳强化的低合金马氏体钢；通过合金碳化物析出强化的中高合金的二次硬 化钢，以及通过合金相析出的高合金系马氏体时效钢。后两者通常含有Mo、 Cr、 V或Ni和 Co等贵金属元素，成本较高， 一般在关键部件上使用。由于，低合金马氏体钢经济性良好，得 到广泛使用。如前所述，传统低合金高强度和超高强度马氏体钢，其强化依靠碳的固溶强化 和铁基碳化物的析出强化。钢的强度与碳含量呈线性关系，获得强化的同时将对钢的韧性 和焊接性能产生较大危害。另外，高强度和超高强度马氏体钢的韧性和工艺性能提高是材 料研究者追求的目标。 本专利技术通过合理的成分设计，结合合理轧制工艺和冷却工艺获得纳米级的TiC等 细小弥散析出相，利用合理的热处理工艺使纳米析出相在钢板的重新奥氏体过程中钉轧新 形核的奥氏体晶粒，并阻止其长大。通过该技术可获得2-10 ii m的原奥氏晶粒，大幅度提高 钢的冲击韧性。纳米析出相产生了析出强化，将钢的强度提高100-300MPa。晶粒细化不仅 产生了韧化作用，同时产生了细晶强化，使钢的强度提高50-100MPa。通过上述两种强化方 式可有效降低钢中的碳含量，进一步提高钢的工艺性能。另外，钢中析出的细小的TiC相， 在焊接过程中阻止了晶粒的长大，可进一步提高钢的焊接性能。TiC作为氢陷阱可进一步提 高钢的氢滞延迟断裂性能。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种纳米析出相强化及控制的超细晶粒马氏体钢的制备方 法，通过纳米尺寸的析出相产生强化和细化的效应，获得抗拉强度范围为1000-2200MPa的 具有优异的冲击韧性和焊接性能的超细晶粒马氏体组织为主要组织的合金钢。实现高强度 和超高强度马氏体钢的高韧性、优良的氢滞延迟断裂性能和工艺性能，并生产成本低。 本专利技术基于合理化学成分设计和轧制、冷却及热处理工艺相结合的方法。关键在 于控制小于20nm的TiC等的析出相的数量及析出时间。在钢板奥氏体过程中，采用合理的 奥氏体化温度和时间，防止TiC长大，利于TiC的钉轧作用获得细小晶粒尺寸。 众所周知，Ti元素在现有钢板轧制工艺有四种析出形态，即液态和高温区析出的 TiN，其颗粒尺寸较大，对强化和细化原奥氏体晶粒作用不大，若含量较高还将进一步恶化 钢的性能，故需控制[N]的含量。在板坯加热的高温区还形成粗大的114(^2，其对性能有害无益。轧制过程中将有部分Ti析出形成TiC，此时TiC的尺寸范围在20-50nm，对钢材性能 的改善作用有限。在70(TC以下析出的TiC将可获得20nm以下的析出相尺寸，对钢的强度 提高和获得细小尺寸原奥氏体晶粒作用显著，但需要有一定的保温时间。另外，析出的TiC 还可能在重新钢材奥氏体过程中长大，影响其作用效果。 其针对钢种为Ti含量为，满足钢板的淬透性，从经济性角度出发，本专利技术以 C-Mn-Ti-B钢为基础钢。但可以通过其它合金元素的添加获得相同性能或对性能有所提高。 钢的化学成分、合金元素配分工艺和生产工艺等是本专利技术的关键。 本专利技术的制造工艺及条件为 试验过程模拟钢板的热轧、热连轧和冷连轧工艺，以及淬火热处理。 热连轧的流程为冶炼+铸造+热连轧+巻取及冷却(纳米TiC析出)+淬火(获得马氏体+控制TiC析出相不长大) 冷连轧的流程为冶炼+铸造+热轧轧+巻取冷却(保留固溶Ti， TiC不析出)+ 酸洗+冷轧+退火(纳米TiC析出)+淬火(获得马氏体+控制TiC析出相不长大) 热轧的流程冶炼+铸造+热轧+冷却(保留固溶Ti， TiC不析出)+退火(纳米 TiC析出)+淬火(获得马氏体+控制TiC析出相不长大) (1)钢的冶炼与凝固适用于转炉、电炉和感应炉冶炼，采用连铸生产铸坯或模铸生产铸锭。 (2)铸坯或铸锭的轧制根据最终产品的需求不同，主要涉及到三种轧制工艺，即 热连轧、热连轧+冷轧和中厚板热轧；本专利技术以板材生产为代表进行说明，对于棒、线和型 材的生产与上述热连轧工艺相近，在此不做详述。 热连轧板巻将连铸坯或铸坯加热到1150-135(TC，保温l-5h，以保证80%以上的 Ti实现固溶。随后通过5-15道次粗轧，将上述板坯轧制到30-60mm厚，并1000-1 IO(TC以 上完成粗轧，以减少较大尺寸的TiC在轧制过程中析出的数量。随后，钢板进行7道次热连 轧，终轧温度为700°C _950°C 。轧后层流冷却，在700-60(TC之间完成巻取温度，以保证小于 20nm的TiC在巻取的缓冷过程中析出。 热连轧+冷连轧冷连轧需要热连轧板提供坯料，由于国内冷连轧机组的轧制能 力要求，提供给冷轧的热连轧板的抗拉强度不得超过900MPa，故其生产工艺存在新的特点。 将连铸坯或铸坯加热到1150-135(TC，保温l-5h，以保证大部分Ti元素实现固溶。 随后通过5-15道次粗轧，将上述板坯轧制到30-60mm厚，并1000-1 IO(TC以上完成粗轧，以 减少较大尺寸的TiC在轧制过程中析出的数量。随后，钢板进行7道次热连轧，终轧温度为 Tw^日-95(TC (注T^^日为奥氏体不发生再结晶的最高温度)，轧后层次冷却，55(TC以下完 成巻取温度。连轧工艺需保证使钢板的抗拉强度低于900MPa，以便于冷轧。故如上所述提 高热连轧的终轧温度，以及降低热轧巻取温度，阻止钢中固溶的Ti析出，避免TiC析出带来 的钢板强度提高。随后，将上述热轧钢巻进行酸洗处理后，在冷轧连轧机组进行轧制，得到 冷轧钢板。再将冷轧钢板放入罩式退火炉进行550-65(TC保温0. 3-4h退火处理。其目的有 二 一、消除冷轧内应力和改善组织结构。二、使钢中固溶的Ti形成3-20nm的TiC析出相。 中厚板热轧将连铸坯或铸坯加热到1150-135(TC，保温l-5h，以保证80%以 上的Ti元素实现固溶；随后通过5-15道次粗轧，轧制到设定厚度规格；终轧温度控制在 750-95(TC;若将终轧温度控制在T^^以下5Q-15(TC之间，并且在T^^以下温度的轧制变形量在10-25%，可进一步提高钢的性能。轧后钢板以5°C /s 100°C /s的冷却至500°C以下，随后空冷至室温；轧后的钢板再进行退火炉550-65(TC保温l_4h退火处理。 (3)钢板或零件热处理工艺 TiC析出相的长大和奥氏体晶粒尺寸与加热温度和保温时间有较大关系。 小于、等于8mm的薄规格的钢板和热成形零件加热温度850-980 °C ，保温2-10min。当温度小于88(TC时，保温时间对晶粒长大作用不明显。当温度达到930°C以上时，要尽可能减少保温度时间，通常不超过5min。然后进行淬火处理。对于大于8mm厚的钢板加热温度为850-93(TC，保温5-30min，然后进行淬火处理。 本专利技术所述钢的主要化学成分范围为C :0. 08-0. 45wt 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米析出相强化及控制的超细晶粒马氏体钢的制备方法，其特征在于，制造工艺及条件为： （１）钢的冶炼与凝固：适用于转炉、电炉或感应炉冶炼，采用连铸生产铸坯或模铸生产铸锭； （２）铸坯或铸锭的轧制：采用热连轧、热连轧＋冷轧或中厚板热轧；热连轧板卷：将连铸坯或铸坯加热到１１５０－１３５０℃，保温１－５ｈ，以保证８０％Ｔｉ实现固溶；随后通过５－１５道次粗轧，将上述板坯轧制到３０－６０ｍｍ厚，并１０００－１１００℃完成粗轧，以减少较大尺寸的ＴｉＣ在轧制过程中析出的数量；随后，钢板进行７道次热连轧，终轧温度为７００℃－９５０℃；轧后层流冷却，在７００－６００℃之间完成卷取温度，以保证小于２０ｎｍ的ＴｉＣ在卷取的缓冷过程中析出； 热连轧＋冷轧：将连铸坯或铸坯加热到１１５０－１３５０℃，保温１－５ｈ，以保证大部分Ｔｉ元素实现固溶。随后通过５－１５道次粗轧，将上述板坯轧制到３０－６０ｍｍ厚，并１０００－１１００℃以上完成粗轧，以减少较大尺寸的ＴｉＣ在轧制过程中析出的数量；随后，钢板进行７道次热连轧，终轧温度为Ｔ再结晶－９５０℃，轧后层次冷却，５５０℃以下完成卷取温度；连轧工艺需保证使钢板的抗拉强度低于８００ＭＰａ，以便于冷轧；随后，将上述热轧钢卷进行酸洗处理后，在冷轧连轧机组进行轧制，得到冷轧钢板；再将冷轧钢板放入罩式退火炉进行５５０－６５０℃保温０．３－４ｈ退火处理；消除冷轧内应力和改善组织结构，使钢中固溶的Ｔｉ形成３－２０ｎｍ的ＴｉＣ析出相。 中厚板热轧：将连铸坯或铸坯加热到１１５０－１３５０℃，保温１－５ｈ，以保证８０％以上Ｔｉ元素实现固溶；随后通过５－１５道次粗轧，轧制到设定厚度规格；终轧温度控制在７５０－９５０℃；若将终轧温度控制在Ｔ再结晶以下５０－１５０℃之间，并且在Ｔ再结晶以下温度的轧制变形量１０－２５％，可进一步提高钢的性能。轧后钢板５℃／ｓ～１００℃／ｓ的冷却至５００℃以下，随后空冷至室温；轧后的钢板再进行退火炉５５０－６５０℃保温１－４ｈ退火处理； （３）钢板或零件热处理工艺： 小于、等于８ｍｍ的薄规格的钢板和热成形零件：加热温度８５０－９８０℃，保温２－１０ｍｉｎ；然后进行淬火处理； 对于大于８ｍｍ厚的钢板：加热温度为８５０－９３０℃，保温５－３０ｍｉｎ，然后进行淬火处理。...
【技术特征摘要】
一种纳米析出相强化及控制的超细晶粒马氏体钢的制备方法，其特征在于，制造工艺及条件为(1)钢的冶炼与凝固适用于转炉、电炉或感应炉冶炼，采用连铸生产铸坯或模铸生产铸锭；(2)铸坯或铸锭的轧制采用热连轧、热连轧+冷轧或中厚板热轧；热连轧板卷将连铸坯或铸坯加热到1150-1350℃，保温1-5h，以保证80％Ti实现固溶；随后通过5-15道次粗轧，将上述板坯轧制到30-60mm厚，并1000-1100℃完成粗轧，以减少较大尺寸的TiC在轧制过程中析出的数量；随后，钢板进行7道次热连轧，终轧温度为700℃-950℃；轧后层流冷却，在700-600℃之间完成卷取温度，以保证小于20nm的TiC在卷取的缓冷过程中析出；热连轧+冷轧将连铸坯或铸坯加热到1150-1350℃，保温1-5h，以保证大部分Ti元素实现固溶。随后通过5-15道次粗轧，将上述板坯轧制到30-60mm厚，并1000-1100℃以上完成粗轧，以减少较大尺寸的TiC在轧制过程中析出的数量；随后，钢板进行7道次热连轧，终轧温度为T再结晶-950℃，轧后层次冷却，550℃以下完成卷取温度；连轧工艺需保证使钢板的抗拉强度低于800MPa，以便于冷轧；随后，将上述热轧钢卷进行酸洗处理后，在冷轧连轧机组进行轧制，得到冷轧钢板；再将冷轧钢板放入罩式退火炉进行550-650℃保温0.3-4h退火处理；消除冷轧内应力和改善组织结构，使钢中固溶的Ti形成3-20nm的TiC析出相。中厚板热轧将连铸坯或铸坯加热到1150-1350℃，保温1-5h，以保证80％以上Ti元素实现固溶；随后通过5-15道次粗轧，轧制到设定厚度规格；...
【专利技术属性】
技术研发人员：董瀚，时捷，曹文全，王存宇，徐乐，惠卫军，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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