一种相变强化冷加工高强度钢、钢管及钢管的制造方法技术

一种相变强化冷加工高强度钢、钢管及钢管的制造方法，该钢化学成分重量百分比为：C：0.11～0.17％，Si：0.1～0.5％，Mn：0.5～2.0％，Al：0.01～0.05％，Ca：0.001～0.01％，P≤0.015％，O≤0.003％，S≤0.005％，N≤0.004％，其余为Fe以及不可避免的杂质，且同时需满足：0.3％<C*Mn+Cr+2Mo<1.1％。本发明专利技术通过相变强化复合应变强化工艺制备出冷加工高强度钢管，该钢管的屈服强度达到890MPa以上，延伸率≥10％，其组织为形变铁素体+回火马氏体，具有优良的阻尼减震性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高强度钢管，具体涉及一种相变强化冷加工高强度钢、钢管及钢管的制造方法，尤其涉及采用相变强化工艺生产的、屈服强度890MPa以上的冷拔/冷轧高强度钢、钢管及钢管的制造方法。
技术介绍
工程机械及钢结构向着大承重、轻量化方向发展是社会发展的必然趋势。特别是对于承受高载荷的钢结构件来说，提高材料的强度等级，不仅可以减少结构的自重，降低材料成本，还有利于提高钢结构件的承载能力。因此，如何低成本、高效地提高钢的强度一直是材料科学工作者追求的目标。对于汽车工业，随着对汽车安全性能的要求越来越高，对汽车用高强度防撞管、减震管、车轴用管等的要求不断增加，所需要材料的强度等级越来越高，例如，汽车为了增加车门的刚度，车门内大都安装有防撞管。由高强度钢制成的防撞管形成第一道抗碰撞的屏障，可将侧面或前面的撞击载荷均匀地传递到车身的主要构件上。目前汽车防撞管的制管工艺主要采用钢板焊接制管工艺，控制钢板轧制后的卷曲温度使其具有良好的加工性和均匀细化的初始晶粒，将热轧板剪切后，采用焊管工艺制管，然后进行高频感应淬火+低温回火的热处理。如日本专利JP04063242A所公开的，其化学成分为C：0.15～0.25％，Si≤0.5％，Mn：0.8～l.5％，Ti≤0.04％，B≤0.0035％，N≤0.0080％，Cr≤0.50％，Ni≤0.50％，Mo≤0.50％和Fe。其采用钢板焊管工艺制成钢管，通过高频淬火后，其强度可达到1176Mpa，延伸性能达到10％。但是，由于该工艺采用焊接制管工艺，其焊缝及热影响区在高频感应淬火后无法得到超细晶粒，该区域的强度比钢管母材低30％左右，从而导致整管性能下降。中国专利CN200810033166.8公开了一种汽车用高强度防撞管及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C：0.15～0.25％、Mn：0.8～1.5％、Si：0.2～0.5％、Ti：0.01～0.04％、B：0.001～0.004％、V：0.05～0.15％、0.008％＜N≤0.015％，采用穿孔+冷轧或冷加工工艺制成无缝钢管，然后对钢管进行正火+高频感应淬火+退火工艺的热处理。由于采用高频感应加热淬火，仅可以生产出最大壁厚为2.5mm的汽车防撞管，对于生产大口径、壁厚大于3mm的高强度钢管难度极大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种相变强化冷加工高强度钢、钢管及钢管的制造方法，可以生产壁厚达3～20mm的厚壁无缝钢管，该钢管的屈服强度≥890MPa，延伸率≥10％，获得形变铁素体和回火马氏体的混合微观组织，具有优良的阻尼减震性能，可应用于汽车用高强管，还可用作建筑用高强度桩管以及涉及军事工程或防灾减灾工程中作为防护结构的挡墙用管等。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种相变强化冷加工高强度钢，其化学成分重量百分比为：C：0.11～0.17％，Si：0.1～0.5％，Mn：0.5～2.0％，Al：0.01～0.05％，Ca：0.001～0.01％，P≤0.015％，O≤0.003％，S≤0.005％，N≤0.004％，其余为Fe以及不可避免的杂质，且上述元素同时需满足如下关系：0.3％<C*Mn+Cr+2Mo<1.1％。进一步，所述相变强化冷加工高强度钢的化学成分中还包括：0<Nb≤0.06％，0<V≤0.12％，0<Mo≤0.5％，0<Ti≤0.03％，0<Cr≤0.3％，0<Ni≤0.2％，0<Cu≤0.3％中的至少两种，以重量百分比计。所述相变强化冷加工高强度钢的微观组织为形变铁素体+回火马氏体的混合组织。本专利技术所述相变强化冷加工高强度钢的屈服强度≥890MPa，延伸率≥10％。本专利技术一种相变强化冷加工高强度钢管，其化学成分重量百分比为：C：0.11～0.17％，Si：0.1～0.5％，Mn：0.5～2.0％，Al：0.01～0.05％，Ca：0.001～0.01％，P≤0.015％，O≤0.003％，S≤0.005％，N≤0.004％，其余为Fe以及不可避免的杂质，且上述元素同时需满足如下关系：0.3％<C*Mn+Cr+2Mo<1.1％。进一步，所述相变强化冷加工高强度钢管的化学成分中还包括：0<Nb≤0.06％，0<V≤0.12％，0<Mo≤0.5％，0<Ti≤0.03％，0<Cr≤0.3％，0<Ni≤0.2％，0<Cu≤0.3％中的至少两种，以重量百分比计。所述相变强化冷加工高强度钢管的微观组织为形变铁素体+回火马氏体的混合组织。本专利技术所述相变强化冷加工高强度钢管的屈服强度≥890MPa，延伸率≥10％。又，所述相变强化冷加工高强度钢管成品尺寸为壁厚3～20mm，外径20～457mm。本专利技术钢的成分设计原理为：C：C是提高钢强度的主要元素之一，其通过碳化物的形成能够有效地提高钢的强度，且添加成本低。当C含量低于0.11％时，无缝钢管很难达到890MPa以上的强度，但是当C含量高于0.17％时，无缝钢管的低温冲击性能会受到影响。因此，本专利技术控制C含量为0.11～0.17％。Si：在炼钢过程中Si作为还原剂和脱氧剂，其在钢中不形成碳化物，且在钢中的固溶度较大，能够强化钢中的铁素体以提高钢的强度。然而，一旦Si含量超过0.5％时则会大大降低钢管的韧性。因此，本专利技术将Si含量控制为0.10～0.5％。Mn：Mn主要通过固溶强化来提高钢的强度。增加Mn含量能够使钢的相变温度降低，减小相变临界冷却速度，Mn含量达到0.5％以上时，能够显著增大钢的淬透性；不过，若Mn含量超过2.0％时，成分偏析严重。故本专利技术将Mn含量控制为0.5～2.0％。Al：Al在钢中具有脱氧作用且其有助于提高钢的韧性和加工性。当Al含量达到0.01％以上时，其提高钢的韧性和加工性的效果较为显著，但是当Al含量超过0.05％时，炼钢难度显著增加。因此，本专利技术将Al含量控制为0.01～0.05％。Nb：Nb是强碳氮化物的形成元素，热轧时可以推迟奥氏体再结晶而达到细化晶粒的作用，在再加热过程中，可以阻碍奥氏体晶粒长大。不过当Nb含量过高，则成本增加。因此，本专利技术将Nb含量控制为0～0.06％。V：V是强碳化物的形成元素，其与碳的结合能力很强，形成的细小弥散的VC质点能够起到弥散强化的作用，使钢的强度明显增加。但是如果V的含量过高，则成本增加，为此，本专利技术控制钢中V含量为0～0.12％。Ti：Ti是强碳氮化物的形成元素，形成TiN、TiC在均热和再加热过程中均可以细化奥氏体晶粒；若Ti含量太高，易形成粗大的TiN，达不到添加的目的。本专利技术宜采用Ti含量为0～0.03％。Mo：Mo可以有效地提高材料的强度水平，具有显著的固溶强化和提高淬透性的效果，考虑到成本因素，本专利技术宜采用Mo含量为0～0.5％。Cr：Cr是中强碳化物的形成元素。钢中Cr的一部分置换成铁形成合金渗碳体，以提高其稳定性，另一部分Cr则溶于铁素体中起到固溶强化作用，提高铁素体的强度和硬度。与此同时，Cr也是提高钢的淬透性的主要元素。考虑添加成本的因素，本专利技术将Cr含量控制为0～0.3％。Cu：Cu可以增强钢的韧性，即便是含量较少的Cu也能获得相应的效果，如果Cu含量超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变强化冷加工高强度钢，其化学成分重量百分比为：C：0.11～0.17％，Si：0.1～0.5％，Mn：0.5～2.0％，Al：0.01～0.05％，Ca：0.001～0.01％，P≤0.015％，O≤0.003％，S≤0.005％，N≤0.004％，其余为Fe以及不可避免的杂质，且同时需满足如下关系：0.3％<C*Mn+Cr+2Mo<1.1％，其微观组织为形变铁素体+回火马氏体。

【技术特征摘要】
1.一种相变强化冷加工高强度钢，其化学成分重量百分比为：C：0.11～0.17％，Si：0.1～0.5％，Mn：0.5～2.0％，Al：0.01～0.05％，Ca：0.001～0.01％，P≤0.015％，O≤0.003％，S≤0.005％，N≤0.004％，其余为Fe以及不可避免的杂质，且同时需满足如下关系：0.3％<C*Mn+Cr+2Mo<1.1％，其微观组织为形变铁素体+回火马氏体。2.根据权利要求1所述的相变强化冷加工高强度钢，其特征在于，所述相变强化冷加工高强度钢的化学成分中还包括：0<Nb≤0.06％，0<V≤0.12％，0<Mo≤0.5％，0<Ti≤0.03％，0<Cr≤0.3％，0<Ni≤0.2％，0<Cu≤0.3％中的至少两种，以重量百分比计。3.根据权利要求1或2所述的相变强化冷加工高强度钢，其特征在于，所述相变强化冷加工高强度钢的屈服强度≥890MPa，延伸率≥10％。4.一种相变强化冷加工高强度钢管，其化学成分重量百分比为：C：0.11～0.17％，Si：0.1～0.5％，Mn：0.5～2.0％，Al：0.01～0.05％，Ca：0.001～0.01％，P≤0.015％，O≤0.003％，S≤0.005％，N≤0.004％，其余为Fe以及不可避免的杂质，且同时需满足如下关系：0.3％<C*Mn+Cr+2Mo<1.1％，其微观组织为形变铁素体+回火马氏体。5.根据权利要求4所述的相变强化冷加工高强度钢管，其特征在于，所述冷加工高强度钢管的化学成分中还包括：0<Nb≤0.06％，0<V≤0.12％，0<Mo≤0.5％，0<Ti≤0.03％，0<Cr≤0.3％，0<Ni≤0.2％，0<Cu≤0....

【专利技术属性】
技术研发人员：田青超，万化忠，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31