CN1079447C - 无界面碳化物低碳马氏体高强度钢 - Google Patents
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Abstract
一种无界面碳化物低碳马氏体高强度钢，在热轧(或锻)后，自然冷却条件下，可获得以低碳马氏体为主的显微组织，且板条马氏体界面无碳化物，钢的化学成分如下：(重量%)C0.06～0.29%、Si1.6～3.5%、Mn1.51～4.0%、Cr0.3～2.5%、S＜0.035%、P＜0.035%、Fe余量、钢材中H＜2PPM、钢水中H＜4PPM。该钢种生产工艺简单，成本低，性能好，强度高。适用于重大工程结构用钢及需要高强度、高韧性钢的地方。
Description
本发明属于一种合金钢，特别涉及一种无界面碳化物低碳马氏体高强度钢。
在JP平4-289126A专利文件中公开了一种高强度热轧钢板，钢的化学成分中有C、Si、Mn、Cr，但是该钢中还含有Al，且生产制造过程中必须控制轧制和冷却，终轧温度是800～900℃，冷却速度为15℃/秒，在350～550℃时卷板，因而工艺复杂。在JP平9-310145A专利文件中也公开了一种钢，该钢中C和Mn的含量偏低，且只用于制造钢丝。在JP平8-291335A专利文件中也公开了一种钢，该钢中Mn和Cr的含量偏低，且只用于制造冷冲高强度冷轧钢板。在EP445519专利文件中也公开了一种钢，该钢中只含C、Si、Mn成分，而没有Cr，且该钢是一种耐磨钢。在EP265273A专利文件中也公开了一种钢，该钢中含C高，含Mn低，是一种中高碳钢。在CN1076223A专利文件中也公开了一种钢，这种钢虽然也属于低碳钢，但它是用控轧新工艺生产的，钢的成分中只含有C、Si、Mn，而无Cr。
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种无界面碳化物低碳马氏体高强度钢。
本发明的技术解决方案如下：
无界面碳化物低碳马氏体高强度钢是，在热轧(或锻)后，自然冷却条件下，可获得以低碳马氏体为主的显微组织，且在板条马氏体的界面处无明显碳化物析出，钢的化学成分如下：(重量％)
C 0.06～0.29％、 Si 1.6～3.5％、 Mn 1.51～4.0％
Cr 0.3～2.5％、 Fe 余量，
S ＜0.035％ 、 P ＜0.035％，
在钢材中H＜2PPM，在钢水中H＜4PPM。
钢中各元素的作用及其用量范围选择的意义如下：
碳(C)：碳主要起固溶强化的作用，尤其是对马氏体组织而言，碳的强化作用更为显著。由于碳是钢中最廉价的元素，因此也是首选的强化元素。但是，碳含量过高，将使钢的塑性和韧性下降。故本钢种碳的用量范围定为0.06～0.29％。
硅(SI)：钢中的硅主要起强化铁素体以及提高钢的四大稳定性的作用。在本钢种中，通过它和其它元素的交互作用，还能阻止界面碳化物的析出，是本钢种的关键元素之一。在本钢种中硅的用量范围定为1.6～3.5％。
锰(Mn)：锰的主要作用是增加奥氏体的稳定性，使钢的CCT曲线右移，阻止冷却过程中形成铁素体和珠光体，使马氏体含量增高，从而可获得较高的抗拉强度。在本钢种中锰的用量范围定为1.51～4.0％。
铬(Cr)：铬的主要作用是阻止珠光体的形成，使钢的CCT曲线右移，有利于获得更多的马氏体组织，从而达到较高的强度。此外铬还可改善钢的耐腐蚀能力。在本钢种中铬的用量范围定为0.3～2.5％。
S、P、H2均为钢中的有害杂质，他们的主要影响是降低钢的塑性和韧性，尤其当钢的强度级别超过1200Mpa时，其有害作用更加显著。当σb达1500MPa时，还会因出现“延迟断裂”而失效，此时，尤其应提高钢的纯净度，特别是应严格控制H2的含量。而且还要考虑钢的工作环境中是否有含H2介质的存在。
本发明主要通过钢的成分设计控制钢的连续冷却转变图(“CCT”曲线)，使本新钢种在热轧(或热锻)自然冷却条件下，可获得以低碳马氏体为主的显微组织，并可通过调整Mn、Cr等元素的含量来改变马氏体的百分比，从而可得到一系列不同级别(抗拉强度σb 650MPa～1700MPa)的高强度钢。与此同时，通过上述成分设计以及合金元素之间的交互作用，保证钢材在缓慢冷却或回火处理中，在板条马氏体的界面处无明显的碳化物析出。从而可保证钢具有足够的塑性和韧性。
本发明与现有技术相比有如下优点：
1、本钢种可达到的抗拉强度范围宽(σb 650MPa～1700MPa)。可达到的最高强度远高于珠光体型非调质钢以及贝氏体和准贝氏体高强度钢种(除非贝氏体钢也获得以马氏体为主的组织)。
2、由于本钢种的强化手段是通过获得低碳马氏体，因此只须用Mn、Cr等廉价元素合金化，而不象贝氏体钢必须加入MO、B等特殊元素。因此成本低廉。
3、本钢种生产工艺简单。不采用控轧和控冷等先进工艺，即可达到较理想的强度和塑性。也不象硼钢(含硼0.0005～0.001％)冶炼中成分难以控制，甚至会因B加入过量，使钢发生脆断失效。易于保证产品质量的一致性和可靠性。因此对工人的操作水平无更高的要求。
4、本钢种的性能超过我国已鉴定的八五攻关项目“予应力高强度精轧螺纹粗钢筋”(40Si2MnMoV)和德国DIN名牌产品的标准(σb≥1230MPaδ5≥7％)，尤其塑性指标几乎提高一倍。因而可保证产品的可靠性。可取代进口，经济效益显著。
附图的图面说明如下：
图1是本发明钢种扫描金相照片(放大1100倍)；
图2是本发明钢种断口扫描照片(放大3000倍)。
从图1可以看出本钢种的金相组织为无界面碳化物马氏体加少量的准贝氏体。从图2可以看出本钢种的断面为无界面碳化物低碳马氏体，经低温回火后，有韧窝。
下面结合附图对本实用新型实施例作进一步详述：
实施例1
1、按以下成分配比选料：(重量％)
C 0.10％ Si 2.2％ Mn 1.9％
Cr 0.35％ Fe 余量
2、感应炉冶炼，加热温度1150～1200℃，开锻温度1150℃，
终锻温度900℃，锻后空气中自然冷却。
经化验钢材中含杂质：S 0.03％ P 0.025％
H＜2PPM(钢材中)
经测试钢的主要力学性能为：抗拉强度σb＝787MPa
延伸率 δ5＝25.2％
-20℃冲击力AKV＝48J实施例21、按以下成分配比选料：(重量％)
C 0.29％ Si 2.6％ Mn 1.5％
Cr 2.01％ Fe 余量2、感应炉加真空冶炼，加热温度1150～1200℃，开锻温度1100℃，终锻温度950℃，回火时效280℃ 4小时。
经化验钢材中含杂质：S 0.015％ P 0.01％
H＜2PPM(钢材中)
经测试钢的主要力学性能为：抗拉强度σb＝1738MPa
延伸率 δ5＝10.9％
实施例31、按以下成分配比选料：(重量％)
C 0.22％ Si 1.8％ Mn 3.4％
Cr 0.8％ Fe 余量2、感应炉加真空冶炼，加热温度1150～2200℃，开锻温度1150℃，终锻温度900℃，回火时效320℃ 2小时。
经化验钢材中含杂质：S 0.01％ P 0.01％
H＜2PPM(钢材中)
经测试钢的主要力学性能为：抗拉强度σb＝1433MPa
延伸率 δ5＝13％
Claims (1)
1、一种无界面碳化物低碳马氏体高强度钢，其特征在于：在热轧(或锻)后，自然冷却条件下，可获得以低碳马氏体为主的显微组织，且马氏体的界面处无碳化物，钢的化学成分如下：(重量％)C 0.06～0.29％、 Si 1.6～3.5％、 Mn 1.51～4.0％Cr 0.3～2.5％、 Fe 余量，S ＜0.035％ 、 P ＜0.035％，在钢材中H＜2PPM，在钢水中H＜4PPM。
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