一种低成本超高强韧性钢及其制备方法技术

本发明专利技术为一种低成本超高强韧性钢及其制备方法。所述钢材低碳低合金钢，包括以下质量百分比的化学成分为C：0.06％～0.25％、Mn：0.60％～2.50％、Si：0.20％～1.50％；Cr：0.30％～0.85％；V：0～0.12％；余量为Fe。该钢棒用钢在普通C‑Si‑Mn低碳钢的基础上,添加适量的微合金元素如V，Cr，以及限定了钢中硅锰比,达到最优化的合金元素比例。本发明专利技术得到的钢棒用钢兼具较高的强度和较好的韧性。

A low cost super high strength and toughness steel and its preparation method

The invention is a low cost super high strength and toughness steel and a preparation method thereof. The low carbon low alloy steel of the steel, including the following mass percentages of C:0.06% to 0.25%, Mn:0.60% to 2.50%, Si:0.20% to 1.50%, Cr:0.30% to 0.85%, V:0 to 0.12%, and the residual amount of Fe. On the basis of common C Si Mn low carbon steel, the steel bar steel added a proper amount of microalloying elements such as V, Cr, as well as limiting the ratio of silicon and manganese in steel to the optimum proportion of alloy elements. The steel bar obtained by the invention has higher strength and better toughness.

【技术实现步骤摘要】
一种低成本超高强韧性钢及其制备方法
本专利技术涉及一种低成本超高强韧性钢及其强韧化方法领域。具体指一种具有超高强韧性性能的低成本钢，以及其获得超高强韧性性能的制备方法。
技术介绍
我国钢材产能、实际产量和消费量已连续20多年保持世界第一，是名副其实的钢铁大国。但我国钢铁产品中高端产品较少，低端普通产品占据相当大部分产能，大量高端产品需进口，因此我国虽然是钢铁大国，但距离钢铁强国还有较大差距。一般情况下，钢的强度与塑韧性是一对矛盾，钢的强化即提高强度的手段都是以降低钢的塑性和韧性为代价，强度的提高会造成塑韧性下降，脆性增加。高强钢在获得高强度的同时，也具有较高的脆性。现代工业技术的发展对工程材料提出了越来越高的要求，特别是结构材料的综合性能要求越来越高，各种恶劣气候条件对材料也提出了极高的服役性能要求，要求高的强韧性的配合，以及高温、低温严寒条件下良好的塑韧性要求。目前常用的强韧化方法使通过复杂的合金化和微合金化，再附加繁复的热处理工艺来获得较高的强韧性的配合。但该方法却造成钢材资源成本的直接升高和加工费用上升，同时复杂的加工工艺也造成成品率下降，资源浪费以及环境污染。因此，如何使得钢材兼具低成本、较高的强度和良好的韧性，特别是低温韧性成为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低成本超高强韧性钢及其制备方法。所述钢兼具低成本，高的强度和良好的韧性，特别是低温韧性。该钢棒用钢在普通C-Si-Mn低碳钢的基础上,添加适量的微合金元素如V，Cr，以提高淬透性,并达到最优化的合金元素比例。通过复合合金化在充分发挥各种合金元素作用基础上,各合金元素交互作用达到材料强韧性的配合。制备方法中用低成本、高效率、制备方法简单的轧制工艺生产高质量特殊钢品种，实现钢材的特殊性能。本专利技术得到的钢棒用钢兼具较高的强度和较好的韧性。本专利技术的技术方案为：一种低成本超高强韧性钢，所述钢材为低碳低合金钢，包括以下质量百分比的化学成分：C：0.06％～0.25％；Mn：0.60％～2.50％；Si：0.20％～1.50％；Cr：0.30％～0.85％；V：0～0.12％；余量为Fe。所述组分中V的含量优选为0.03％～0.12％。所述的低成本超高强韧性钢的加工方法，包括以下步骤：(1)通过冶炼、铸锭/连铸，锻造/热轧，以获得尺寸为29×29mm2—31×31mm2钢棒；(2)对上述钢棒加热到900～950℃，保温50～80min后淬火，水冷至室温；(3)淬火后的钢棒加热到450～600℃，保温40～60min后用槽轧机轧制成13mm～15mm的钢棒；其中，轧制过程为：共经过8～10次轧制，每道次轧制的变形量为6％～18％，轧辊速度控制在0.35m/s～0.5m/s，总变形率为70％—80％；轧制过程中钢棒温度不低于轧制开始温度100℃，当钢棒的下降温度超过100℃时，将钢棒回炉，加热并在原加热温度保温10～20min；(4)轧制完成后钢棒空冷到室温。所述的步骤(2)中的加热温度优选为完全奥氏体区温度。本专利技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：1、在本专利技术中，钢中只含有少量的锰与硅或铬元素和微量的钒元素，具有较低的成本。锰起固溶强化作用，硅以稳定奥氏体为主，在热处理过程中延迟奥氏体分解，通过相变诱发塑性强化钢材的同时获得良好的塑韧性；铬的主要作用是提高淬透性，淬火是得到低碳板条状马氏体组织，为获得良好的使用性能做好组织准备。钒的主要作用是细化晶粒和弥散强化。2、淬火后在450—600℃之间加热并进行较大变形量的轧制变形，最终获得细小纤维状晶粒，获得良好的冲击韧性，特别是在低温状态获得较高的冲击韧性。具体体现为：(1)成分上，在普通C-Si-Mn低碳钢的基础上,添加适量的微合金元素如Cr以及V，以提高淬透性，并达到最优化的合金元素比例。(2)价格上，普通的低温韧性钢通常含有高镍高锰，而本专利技术用钢含有少量锰且不含镍，总体来说成本上可降低20％以上。(3)热加工工艺上，温轧具有明显的优势，既可以解决冷加工变形抗力大的问题，还可以避免热加工产生的氧化、脱碳、过热等缺陷，且节省能源。最终本专利技术得到的钢棒用钢的力学性能在兼具高强度的同时(平均抗拉强度为1125MPa)具有较高的冲击韧性，室温下冲击功的平均值为159J,是传统热处理工艺(淬火+回火)的15倍多。且在﹣100℃时冲击功可达到54J，具有较高的低温冲击韧性。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。作为本专利技术的第一个方面，提供一种通过特殊加工可以获得超高强韧性的低成本钢，其中，所述低成本钢包括以下质量百分比的化学成分：C：0.06％至0.25％；Mn：0.60％至2.50％；Si：0.20％至1.50％；Cr：0.30％至0.85％；V：0％至0.12％；余量为Fe。本专利技术所提供的低成本钢属于低碳低合金微合金钢。在所述低成本钢中，碳含量较低，可以具有较好的塑韧性。碳是钢中的主要强化因素，碳含量对钢的强度有明显影响。对于低碳钢，0.01％的碳可以使钢的强度提高20MPa至30MPa，淬火时可以是得到的马氏体具有较高的强度，同时，可能会使钢的延伸率降低。在本专利技术中，碳的质量百分比为0.06％至0.25％，从而可以确保所述低成本钢兼具较高的强度和较好的塑性，淬火后得到具有一定强度和硬度的板条马氏体组织。锰具有扩大钢的奥氏体相区、固溶强化、细晶强化等作用，可以提高钢的强度，并且在钢中添加锰对钢的韧性和塑性损坏最小。在本专利技术中，锰的质量比为0.60％至2.50％，可以钢具有较高的强度，和较高的强韧性配合，并且组织、性能具有较好的整体均匀性。硅在钢中可以起固溶强化作用，并且可以稳定奥氏体，有利于钢中马氏体形成。在本专利技术中，硅的质量比为0.20％至1.50％，从而可以在起到固溶强化、稳定奥氏体作用的同时，避免降低钢的韧性。铬可以提高钢的淬透性，在钢中形成高强度的马氏体组织。经过不同温度回火后可获得不同强韧性组合，满足不同服役条件需求。此外，铬还能与碳化物起到细化晶粒和弥散强化的作用。在本专利技术中，铬的质量比为低于0.85％，在提高钢的强度的同时保持钢的组织均匀性和韧性。钒是微合金化元素，属于强碳化物形成元素，在钢中主要以金属间化合物VC的形式存在，形成细小弥散分布的碳化钨产生非常强的弥散强化和细晶化作用，提高钢强度的同时使钢获得较好的韧性。在本专利技术中，钒的质量比为低于0.12％，可以提高钢的强度的同时保持钢的塑性和韧性。作为本专利技术的第二个方面，提供一种上述低成本钢获得超高强韧性，特别是低温韧性的加工方法。所述制备方法包括：(1)利用所述钢棒用钢的原料进行冶炼、铸锭或连铸、锻造或热轧、冷却，获得一定尺寸的热轧钢棒。其中，热轧开轧温度为1150℃至1050℃，终轧温度为1000℃至950℃，冷却为空冷。(2)热轧钢棒加热到完全奥氏体区，保温一定时间后淬火，淬火冷却方式为水冷至室温。(3)淬火钢棒加热至450—600℃，保温一定时间后用槽轧机轧制为一定尺寸的棒材，其中，轧制过程中钢棒的下降温度应小于100℃，温降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本超高强韧性钢，其特征为所述钢材的组分包括以下质量百分比的化学成分：C：0.06％～0.25％、Mn：0.60％～2.50％、Si：0.20％～1.50％；Cr：0.30％～0.85％；V：0～0.12％；余量为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种低成本超高强韧性钢，其特征为所述钢材的组分包括以下质量百分比的化学成分：C：0.06％～0.25％、Mn：0.60％～2.50％、Si：0.20％～1.50％；Cr：0.30％～0.85％；V：0～0.12％；余量为Fe。2.如权利要求1所述的低成本超高强韧性钢，其特征为所述组分中V的含量为0.03％～0.12％。3.权利要求1所述的一种低成本超高强韧性钢的加工方法，包括以下步骤：(1)通过冶炼、铸锭/连铸，锻造/热轧，以获得尺寸为29×29mm2—31×31mm2的钢棒；(2)对上述钢棒加热到900～950℃，保温50～80m...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭会芬，梁萌，殷福星，冯建航，章凡勇，张昕，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12