具有双峰尺度铁素体组织的高强钢及其低成本制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有双峰尺度铁素体组织的高强钢及其低成本制备方法，采用普通低碳钢为原料板，通过冷变形+两相区淬火处理，获得了细小的准多边形铁素体晶粒分布在粗大的多边形铁素体晶粒周围的双峰尺度组织，细小的准多边形铁素体晶粒起到了强化相的作用，而粗大的多边形铁素体晶粒则保证了钢的塑性。利用本发明专利技术的制备方法制得的高强钢具有优良的综合力学性能，屈服强度≥650MPa，抗拉强度≥800MPa，均匀伸长率≥10.0％，加工硬化指数≥0.20，屈强比低于0.90。同时工艺过程简单，生产成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及一种高强钢及其制备方法，尤其涉及一种具有双峰尺度铁素体晶粒分布的高强钢及其低成本制备方法。
技术介绍
先进钢铁材料的主要特征是超细晶、高洁净度和高均匀性，其核心理论和技术是实现钢材的超细晶或超细组织。目前，通过控制轧制和控制冷却技术的应用，已经能够使用Q235普通低碳钢生产出具有超细组织的高强钢，其屈服强度可实现翻一番。但有研究表明，超细晶粒或组织也会导致钢的加工硬化能力和均匀伸长率降低，裂纹敏感性增加，限制了其应用范围的扩展。针对Cu合金的研究表明，通过在面心立方合金的细晶基体中引入尺寸相对较大的晶粒，获得双峰晶粒尺寸分布，细小的晶粒保证材料具有高的强度，较大的晶粒则保证其塑形，从而可以得到更好的强度和塑性平衡。对于钢铁材料而言，通过单相晶粒的双峰尺度分布来实现性能的优化，也有利于提高其耐腐蚀性。目前，通过冷轧或温轧及多次热处理的使用，能够获得双峰尺寸超细晶铁素体+弥散碳化物的组织或“双峰铁素体晶粒+不均匀分布的纳米碳化物”的微细晶组织，但其塑性均较差，均匀伸长率低于6％，且工艺路线较长，生产过程控制难度较大，限制了进一步的推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高强度、高塑性、高加工硬化指数及低的屈强比的双峰晶粒尺度分布的700MPa级高强钢；本专利技术要解决的技术问题是上述具有双峰晶粒尺度分布的高强钢的低成本制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：通过板料冷轧和两相区热处理，控制冷变形晶粒的再结晶过程及相变过程，获得不同尺度的铁素体晶粒。本专利技术制备方法所用原料板为普通低碳钢板；所述原料板的化学成分的质
量百分含量为：C 0.10％～0.20％、Si 0.10％～0.20％、Mn 0.60％～0.70％、P≤0.015％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质，组织构成为铁素体及少量珠光体。本专利技术制备方法包括板料冷轧和一次热处理工序：所述冷轧工艺：总变形量不小于50％；所述热处理采用两相区热处理：保温温度位于两相区下限，对于普通低碳钢为720-760℃，保温时间为5-60min，水冷。利用本专利技术的制备方法制得的高强钢具有双峰尺度的晶粒尺寸分布，分布峰值分别在2-6μm和10-15μm。组织结构为粗大多边形铁素体晶粒和细小准多边形铁素体晶粒嵌合共存，细小晶粒均匀分布于粗大晶粒周围，且较小晶粒(小于10μm)在视场中所占的面积比例为45％-70％。利用本专利技术的制备方法制得的高强钢具有优良的综合力学性能，屈服强度≥650MPa，抗拉强度≥800MPa，均匀伸长率≥10.0％，加工硬化指数≥0.20，屈强比低于0.90。专利技术人还进一步发现，当冷变形累积变形量控制在50-60％时，热处理温度取730-750℃，保温时间为10-30min，水冷后得到的钢板具有最为优良的综合力学性能，其中平均屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥850MPa，同时也能保证更高的均匀伸长率。这可能是由于在上述工艺区间内所得到的钢组织中细小铁素体晶粒与粗大铁素体晶粒达到了最优的组合。本专利技术仅采用一次冷变形和一次热处理工艺，就得到了具有双峰尺度分布的单一铁素体组织的高强钢，所用原料板成本低廉、生产工艺简单。附图说明图1是本专利技术中采用冷轧后两相区保温30min后淬火得到的钢的组织照片。图2是本专利技术中采用冷轧后两相区保温30min后淬火得到的钢的晶粒尺度分布。图3是本专利技术中采用冷轧后650℃保温30min后淬火得到的钢的组织。图4是本专利技术中采用冷轧后800℃保温30min后淬火得到的钢的组织。图5是本专利技术中采用冷轧后800℃保温30min后淬火得到的钢的晶粒尺度分布。图6是本专利技术中采用冷轧后850℃保温5min后淬火得到的钢的组织。具体实施方式下面通过具体实施例并结合附图来详细描述本专利技术的具有双峰尺度铁素体组织的高强钢的低成本制备方法。本领域技术人员应该理解，下述实施例仅是对本专利技术的示例性说明，并非用来对本专利技术进行任何限制。实施例1原料板钢种化学成分按照质量百分数计：C 0.10％～0.20％、Si 0.10％～0.20％、Mn 0.60％～0.70％、P≤0.015％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质，板料厚度5.5mm，组织构成为铁素体和少量珠光体。利用冷轧机进行冷轧变形，累积变形量55％，然后进行一次两相区淬火，具体工艺为：750℃保温5min后即刻水冷，即可得到本专利技术的高强钢板。图1为本实施例得到的高强钢板的组织照片；由图1可见，本高强钢板的组织为粗大的多边形铁素体晶粒及细小的准多边形铁素体晶粒相互嵌和，其中小于10μm的小晶粒在视场中所占的面积比例约为68％。图2是本实施例得到的高强钢板的晶粒尺度分布，双尺度晶粒分布峰值分别在3-6μm和10-13μm。实施例2采用的原料板同实施例1，冷轧工艺的累积变形量50％，热处理工艺为：750℃保温15min后即刻水冷。得到的高强钢板经观察和晶粒尺度分析，结构和晶粒分布与实施例1类似，其中小于10μm的小晶粒在视场中所占的面积比例约为59％。双尺度晶粒分布峰值分别在3-5μm和11-15μm。实施例3采用的原料板同实施例1，冷轧工艺的累积变形量55％，热处理工艺为：730℃保温30min后即刻水冷。得到的高强钢板经观察和晶粒尺度分析，结构和晶粒分布与实施例1类似，其中小于10μm的小晶粒在视场中所占的面积比例约为45.5％。双尺度晶粒分布峰值分别在2-4μm和12-16μm。实施例4采用的原料板同实施例1，冷轧工艺的累积变形量60％，热处理工艺为：740℃保温10min后即刻水冷。得到的高强钢板经观察和晶粒尺度分析，结构和晶粒分布与实施例1类似，其中小于10μm的小晶粒在视场中所占的面积比例约为55.7％。双尺度晶粒分布峰值分别在3-5μm和12-15μm。实施例5采用的原料板同实施例1，冷轧工艺的累积变形量50％，热处理工艺为：730℃保温20min后即刻水冷。得到的高强钢板经观察和晶粒尺度分析，结构和晶粒分布与实施例1类似，其中小于10μm的小晶粒在视场中所占的面积比例约为47.2％。双尺度晶粒分布峰值分别在2-5μm和11-15μm。实施例6采用的原料板同实施例1，冷轧工艺的累积变形量55％，热处理工艺为：750℃保温50min后即刻水冷。得到的高强钢板经观察和晶粒尺度分析，结构和晶粒分布与实施例1类似，其中小于10μm的小晶粒在视场中所占的面积比例约为45％。双尺度晶粒分布峰值分别在3-6μm和10-15μm。实施例7采用的原料板同实施例1，冷轧工艺的累积变形量55％，热处理工艺为：760℃保温10min后即刻水冷。得到的高强钢板经观察和晶粒尺度分析，结构和晶粒分布与实施例1类似，其中小于10μm的小晶粒在视场中所占的面积比例约为57.6％。双尺度晶粒分布峰值分别在3-6μm和11-15μm。对比例1采用的原料板同实施例1，冷轧工艺的累积变形量55％，热处理工艺为：650℃保温15min后即刻水冷。图3为本对比例得到的高强钢板的组织照片，得到的钢板经观察和晶粒尺度分析，组织构成为均匀的铁素体和球化的珠光体，没有出现单一的铁素体及其晶粒的双峰尺度分布。对比例2采用的原料板同实施例1，冷轧工艺的累积变形量55％，热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有双峰尺度铁素体组织的高强钢的低成本制备方法，以普通低碳钢为原料板，经冷变形和一次热处理工序制得所述高强钢；其中采用的原料板的化学成分质量百分含量为：C 0.10％～0.20％、Si 0.10％～0.20％、Mn 0.60％～0.70％、P≤0.015％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质，其组织构成为铁素体+少量珠光体；所述冷变形为冷轧变形，总变形量为50％‑70％；所述一次热处理为两相区淬火处理，在普通低碳钢的两相区下限温度720～760℃保温5～60min后水冷。

【技术特征摘要】
1.一种具有双峰尺度铁素体组织的高强钢的低成本制备方法，以普通低碳钢为原料板，经冷变形和一次热处理工序制得所述高强钢；其中采用的原料板的化学成分质量百分含量为：C 0.10％～0.20％、Si 0.10％～0.20％、Mn 0.60％～0.70％、P≤0.015％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质，其组织构成为铁素体+少量珠光体；所述冷变形为冷轧变形，总变形量为50％-70％；所述一次热处理为两相区淬火处理，在普通低碳钢的两相区下限温度720～760℃保温5～60min后水冷。2.一种具有双峰尺度铁素体组织的高强钢，由权利要求1所述的低成本制备方法制得...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨跃辉，苑少强，
申请(专利权)人：唐山学院，
类型：发明
国别省市：河北;13