一种高强韧性非调质钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强韧性非调质钢及其制备方法，属于合金结构钢技术领域，通过增加N含量、合理添加Mn、Cr及V以及精确控制V/N质量比解决了现有技术中非调质钢无法兼顾强度、韧性和使用成本的难题。高强韧性非调质钢的组成按质量百分比为：C：0.23～0.27％；Si：0.22～0.35％；Mn：1.81～1.90％；Cr：0.50～0.55％；S：0.045‑0.06％；P：≤0.02％；V：0.11～0.14％；N：0.025～0.040％，其余为铁和不可避免的杂质。高强韧性非调质钢抗拉强度≥950MPa，夏比冲击功KU2(20℃)≥55J。高强韧性非调质钢的制备方法包括冶炼、锻造和锻后冷却过程。本发明专利技术可用于汽车保安件。

A kind of high strength and toughness non-quenched and tempered steel and its preparation method

The invention discloses a high strength and toughness non-quenched and tempered steel and its preparation method, which belongs to the technical field of alloy structural steel. By increasing N content, reasonably adding Mn, Cr and V, and accurately controlling V/N quality ratio, the problem that non-quenched and tempered steel in the prior art can not take into account strength, toughness and service cost is solved. The composition of high strength and toughness non-quenched and tempered steel is as follows: C:0.23-0.27%; Si:0.22-0.35%; Mn:1.81-1.90%; Cr:0.50-0.55%; S:0.045_0.06%; P:<0.02%; V:0.11-0.14%; N:0.025-0.040%; the rest are iron and unavoidable impurities. The tensile strength of high strength and toughness non-quenched and tempered steel is greater than 950 MPa, and the Charpy impact energy KU2 (20 C) is greater than 55J. The preparation methods of high strength and toughness non-quenched and tempered steel include smelting, forging and cooling after forging. The invention can be used for automobile security parts.

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧性非调质钢及其制备方法
本专利技术属于合金结构钢
，涉及一种高强韧性非调质钢及其制备方法。
技术介绍
非调质钢在锻后或轧后无须进行调质就可以获得较高的强度，是一种可以提高生产效率、降低生产成本、有利于节能减排及环境保护的绿色钢材，广泛应用于汽车、工程机械、农用机械等领域。目前应用量大且面广的是珠光体-铁素体型非调质钢，其不足之处在于：在同样的强度级别下，其韧性较调质钢低。与珠光体-铁素体型非调质钢相比，贝氏体型非调质钢在同样的强度级别下，韧性更好，有着很好的应用前景。25Mn2CrVS是目前使用的一种贝氏体型非调质钢，其典型成分：C：0.22～0.28％；Si：0.20～0.40％；Mn：1.80～2.10％；S：0.035-0.065％；P：≤0.03％；Cr：0.40～0.60％；V：0.10～0.15％。在GB/T15712(非调质机械结构钢)标准中提到，为了保证钢材的力学性能，推荐N含量0.008％～0.020％；在中国汽车工程学会标准中，规定N含量为0.01～0.02％。目前的25Mn2CrVS材料的锻后力学性能指标：抗拉强度为900-1040MPa，夏比冲击功KU2(20℃)≥45J，此种钢材的强韧性还有待提高。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种高强韧性非调质钢及其制备方法，通过增加N含量，合理添加Mn、Cr及V以及精确控制V/N质量比，解决了现有技术中无法兼顾合金性能和使用成本以提高非调质钢综合性能的难题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种高强韧性非调质钢，其特征在于，组成按质量百分比为：C：0.23～0.27％；Si：0.22～0.35％；Mn：1.81～1.90％；Cr：0.50～0.55％；S：0.045-0.06％；P：≤0.02％；V：0.11～0.14％；N：0.025～0.040％，其余为铁和不可避免的杂质；高强韧性非调质钢中，V/N的质量比为：3.7≤V/N&lt;5.0。进一步地，组成按质量百分比为：C：0.24～0.25％；Si：0.24～0.30％；Mn：1.81～1.85％；Cr：0.50～0.52％；S：0.045-0.055％；P：≤0.01％；V：0.11～0.14％；N：0.025～0.032％，其余为铁和不可避免的杂质。进一步地，高强韧性非调质钢中，V/N的质量比为：4.14≤V/N≤4.40。进一步地，高强韧性非调质钢的平均有效晶粒尺寸小于或等于7.5μm。进一步地，高强韧性非调质钢的抗拉强度≥950MPa，高强韧性非调质钢在20℃的夏比冲击功≥55J。本专利技术还提供了一种高强韧性非调质钢的制备方法，用于制备上述高强韧性非调质钢，制备方法包括如下步骤：步骤1：对高强韧性非调质钢的原料进行冶炼，得到合金锭；步骤2：将合金锭锻造成棒材；步骤3：将锻造后棒材冷却至室温。进一步地，步骤2中，始锻温度高于1150℃，终锻温度在840～1000℃之间。进一步地，步骤2中，始锻温度在1180-1200℃，终锻温度在860～950℃之间。进一步地，步骤3中，将锻造后的棒材在空气中冷却至700～750℃，然后以1～2℃/s的冷却速度冷却至450℃以下。与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：(1)本专利技术提供的高强韧性非调质钢在25Mn2CrVS基础上，通过提高N的含量，增加奥氏体中V(N,C)粒子的析出驱动力，使V(N,C)粒子的析出速度更快，并且增加奥氏体中V(N,C)粒子的析出数量。这些粒子一方面能够钉扎奥氏体晶界，抑制其长大，另一方面它们对锻后或轧后冷却过程中的贝氏体相变产生有利影响：独立析出或附着在MnS上析出的V(N,C)粒子作为针状铁素体的形核核心，促进针状铁素体形成；于奥氏体内部形成的针状铁素体对未相变的奥氏体晶粒起到分割作用，相当于细化奥氏体晶粒，最终细化相变后的贝氏体组织，提高钢的强韧性；N同样促进V(N,C)粒子在贝氏体中的析出，使粒子更加细小且弥散，强化基体。同时添加合理配比的Mn、Cr、Si及V进行基体固溶强化，以提高钢板的强度和韧性。(2)本专利技术提供的高强韧性非调质钢，通过精确控制V/N的质量比，使V充分而且稳定地发挥其调控组织和析出强化的作用，在不增加钢生产成本的条件下，提高现有钢的强度和韧性。(3)本专利技术提供的高强韧性非调质钢，通过控制锻造工艺保证锻材的力学性能稳定：抗拉强度≥950MPa，夏比冲击功KU2(20℃)≥55J，显著提高钢的强度和韧性。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书和权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为实施例2锻造棒材二分之一半径处的金相组织；图2为比较例1锻造棒材二分之一半径处的金相组织。具体实施方式下面具体描述本专利技术的优选实施例。本专利技术提供了一种高强韧性非调质钢，其组成按质量百分比为：C：0.23～0.27％；Si：0.22～0.35％；Mn：1.81～1.90％；Cr：0.50～0.55％；S：0.045-0.06％；P：≤0.02％；V：0.11～0.14％；N：0.025～0.040％，其余为铁和不可避免的杂质。与现有技术相比，本专利技术提供的高强韧性非调质钢在25Mn2CrVS基础上，通过提高N的含量来增加奥氏体中V(N,C)粒子的析出，最终细化相变后的贝氏体组织，同时添加合理配比的Mn、Cr、Si及V进行基体固溶强化，以提高钢板的强度和韧性。此外通过精确控制V/N的质量比值，使V充分而且稳定地发挥其调控组织和析出强化的作用，在不增加钢生产成本的条件下，提高现有钢的综合性能。上述高强韧性非调质钢中各元素的作用如下：C：C是最经济的强化元素，能显著提高钢的强度，提高钢的淬硬性，减少铁素体生成；但是C含量过高会降低钢材的韧性；C的含量宜控制在0.23～0.27％的范围内。Mn：Mn固溶于奥氏体中时，增加其淬透性，降低相变温度，促进贝氏体组织的形成，Mn还可以提高钒在钢中的溶解度，以使钒充分发挥作用，Mn与钢中的S结合形成MnS，可以改善钢的切削加工性能；但Mn在钢中也易于偏析。Mn的含量宜控制在1.81～1.90％的范围内。Cr：Cr固溶于奥氏体中时，增加其淬透性，促进贝氏体组织的形成；Cr的含量过高时，会影响合金的组织稳定性和加工性能。Cr的含量宜控制在0.50～0.55％的范围内。Si：Si固溶于铁素体中，可以起到强化铁素体的作用；但是Si含量过高，会恶化钢的热加工性能。Si的含量宜控制在0.22～0.35％的范围内。S：S与Mn结合，形成细小、分散的MnS进而改善钢的切削加工性能；S含量过高将损害钢的热加工性能。S的含量宜控制在0.045-0.06％的范围内。P：P是钢中的有害元素，特别是降低钢的韧性，P的含量宜控制在0.02％以下。V：V是钢中溶解度最大的微合金元素，固溶于奥氏体中的V，可以增加奥氏体的淬透性；当钢中含有足够的N时，V与N结合，即可以在奥氏体中析出，起到调控奥氏体及最终相变组织的作用，也可以在贝氏体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强韧性非调质钢，其特征在于，组成按质量百分比为：C：0.23～0.27％；Si：0.22～0.35％；Mn：1.81～1.90％；Cr：0.50～0.55％；S：0.045‑0.06％；P：≤0.02％；V：0.11～0.14％；N：0.025～0.040％，其余为铁和不可避免的杂质；所述高强韧性非调质钢中，V/N的质量比为：3.7≤V/N

【技术特征摘要】
1.一种高强韧性非调质钢，其特征在于，组成按质量百分比为：C：0.23～0.27％；Si：0.22～0.35％；Mn：1.81～1.90％；Cr：0.50～0.55％；S：0.045-0.06％；P：≤0.02％；V：0.11～0.14％；N：0.025～0.040％，其余为铁和不可避免的杂质；所述高强韧性非调质钢中，V/N的质量比为：3.7≤V/N&lt;5.0。2.根据权利要求1所述的高强韧性非调质钢，其特征在于，组成按质量百分比为：C：0.24～0.25％；Si：0.24～0.30％；Mn：1.81～1.85％；Cr：0.50～0.52％；S：0.045-0.055％；P：≤0.01％；V：0.11～0.14％；N：0.025～0.032％，其余为铁和不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的高强韧性非调质钢，其特征在于，V/N的质量比为：4.14≤V/N≤4.40。4.根据权利要求1或2所述的高强韧性非调质钢，其特征在于，所述高强韧性非调质钢的平均有效晶粒尺寸小于或等于7...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞珍，陈雪慧，杨才福，师仲然，段美琪，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，中联先进钢铁材料技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11