一种纳米TiC增强的Ti微合金化钢及其制备工艺制造技术

本申请提供一种纳米TiC增强的Ti微合金化钢及其制备工艺，所制钢的化学组成(wt％)为C：0.15

【技术实现步骤摘要】
一种纳米TiC增强的Ti微合金化钢及其制备工艺


[0001]本申请涉及合金钢领域，具体而言，涉及一种纳米TiC增强的含Ti微合金化钢及其制备工艺。

技术介绍

[0002]通过添加微合金元素以及结合控轧控冷工艺，控制碳化物以纳米尺寸高密度的在基体中析出，能够显著提高钢的强度。常用的微合金元素有Nb、V、Ti和Mo等。上述微合金元素中，我国Ti资源丰富，Ti铁价格最为便宜，开发单一Ti微合金化高强钢具有明显的成本优势。在Ti微合金化钢中，纳米碳化物的析出温度窗口很窄，且析出特性对热处理条件(如应变、等温温度、等温时间)非常敏感，热处理制度的改变会引起强度的显著差异。研究表明，Ti微合金钢的热处理温度每变化50℃，屈服强度会产生150MPa以上的波动。因此，必须设置合理的控制轧制参数和轧后的热处理制度，使晶粒最大程度细化的同时，使含Ti碳化物能够尽可能的在铁素体基体上充分且细小均匀的析出，获取最大析出强化效果以提高钢的强度并保持良好的塑性。
[0003]为提高Ti微合金钢的力学性能，某现有技术公开了一种Ti
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V
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N复合微合金化纳米颗粒增强低碳钢的控轧控冷工艺。该工艺通过获得粒状贝氏体组织上的析出来提高钢的强度，但贝氏体组织的塑性弱于铁素体组织，且基体上的析出粒子为VC和V(C,N)，两种粒子尺寸粒度差异较大，在10
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100nm之间，会导致析出强化效应的不均匀性和降低钢的伸长率。同时该Ti
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V
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N复合微合金化钢中添加有高质量分数(约为0.3％
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0.6％)且价格很高的V元素，大大增加了生产成本。
[0004]某现有技术公开了一种700MPa级的含Ti的工程机械用宽厚钢板的生产方法，该方法针对超低C宽厚钢板的生产，其中C和Mn的含量分别为0.04
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0.09wt.％和1.8
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2.3wt.％，主要关注的钢的低温冲击韧性和焊接性能。
[0005]某现有技术公开了一种Ti析出强化型超高强热轧薄板及其生产方法，其工艺是轧后进行分段冷却到两个温度区间(550
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650℃和340
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450℃)，以获取主要为贝氏体组织的基体，然后在加热到590
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630℃保温30
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50min。该生产工艺复杂，其所制合金钢中Ti含量添加较高外，还需添加B等元素，生产成本较高。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的上述缺点，本申请的目的在于提供一种纳米TiC增强的Ti微合金化钢及其制备工艺，通过控制轧制、冷却等工艺来细化铁素体晶粒和获取高密度、尺寸均匀的纳米TiC粒子，所制Ti微合金化钢成本低，而且具有良好的伸长率、抗拉强度、屈服强度、低温冲击韧性等性能。
[0007]第一方面，本申请提供了一种纳米TiC增强的Ti微合金化钢，所述钢的化学组成(wt％)为C：0.15
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0.25％，Si：0.23
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0.26％，Mn：0.8
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1.2％，Cr：0.9
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1.3％，Ni：0.18
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0.21％，Ti：0.08
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0.14％，S<0.010％，N<0.005％，P<0.01％，余量为铁和不可避免的杂质；
[0008]所述钢的基体组织为块状的铁素体，铁素体的平均晶粒尺寸范围为5.6～6.3μm，所述铁素体的基体上分布着大量弥散析出TiC粒子，所述TiC粒子的平均尺寸范围为4.9
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5.5nm。
[0009]本申请的Ti微合金化钢需严格控制钢中O、S和N元素的含量，以保证钢的洁净度以及避免消耗钢中奥氏体溶解的Ti元素。其中N元素会和Ti在液态或凝固过程中结合形成TiN等粒子，TiN粒子非常稳定，由于析出温度很高，尺寸通常在微米级以上。这种大尺寸的粒子容易产生应力集中，形成裂纹源，显著降低钢的塑性；另外，过多的N元素会消耗钢中微量的有效Ti元素，使Ti在高温过早析出，降低了Ti在轧后的铁素体中析出的量，会大大弱化析出强化的效果。
[0010]C在合金钢中和Ti形成TiC，具有析出强化的作用，本申请所制合金钢中含有0.15
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0.25％的C，若C含量过高，降低钢的焊接性能，同时会导致TiC过早析出，析出物粒子粗化，析出强化效果降低，若C含量过低，不能有效发挥析出强化效果。
[0011]Ti在合金钢中具有细晶强化和析出强化的作用，本申请所制合金钢中含有0.08
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0.14％的Ti，若Ti含量过高，会在钢液中产生Ti2O3夹杂物，增加了钢水的粘度，可能会增加了连铸时拉漏的危险，若Ti含量过低，会导致析出粒子数量不足，达不到强化作用。
[0012]本申请在普通C钢的基础上仅添加微量的Ti元素，制得单一Ti微合金化钢，经控轧控冷工艺后，，所述钢的基体组织主要为块状的铁素体，所述铁素体的平均晶粒尺寸范围为5.6～6.3μm，细小的铁素体晶粒保证了钢具有良好的塑性；基体上分布着大量弥散析出TiC粒子，所述TiC粒子的平均尺寸范围为4.9
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5.5nm，专利技术人发现，细小析出粒子可以有效钉扎位错和晶界的移动，提高钢的强度，而不损害塑性；若TiC粒子尺寸过大，会导致钢的强度降低。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述钢的伸长率≥19％，抗拉强度≥1010MPa，屈服强度≥850MPa；
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20℃条件下，冲击韧性≥15J。
[0014]第二方面，本申请提供了一种上述Ti微合金化钢的制备工艺，包括以下步骤：
[0015]1)将前述化学组成的钢坯加热至1240～1260℃(例如1242℃、1245℃、1248℃、1250℃、1254℃、1256℃或1259℃等)，保温10～30min(例如14min、15min、18min、20min、22min、25min或28min等)；
[0016]2)将加热后钢坯冷却至奥氏体再结晶区，进行再结晶控轧，开轧温度为1140～1160℃(例如1143℃、1145℃、1147℃、1150℃、1152℃、1155℃或1158℃等)，终轧温度为1020～1040℃(例如1024℃、1026℃、1028℃、1030℃、1033℃、1035℃、1037℃或1039℃等)；
[0017]3)将轧制后钢坯冷却到奥氏体未再结晶区，进行未再结晶控轧，开轧温度为930～950℃(例如932℃、935℃、938℃、940℃、943℃、945℃或947℃等)，终轧温度为800～830℃(例如805℃、810℃、815℃、820℃、或825℃等)；
[0018]4)将轧制后钢坯冷却至600～620℃(例如605℃、610℃、615℃、620℃或等)进行保温，随后空冷至室温。
[0019]首先，本申请的钢坯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米TiC增强的Ti微合金化钢，其特征在于，所述钢的化学组成(wt％)为C：0.15
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0.25％，Si：0.23
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0.26％，Mn：0.8
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1.2％，Cr：0.9
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1.3％，Ni：0.18
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0.21％，Ti：0.08
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0.14％，S<0.010％，N<0.005％，P<0.01％，余量为铁和不可避免的杂质；所述钢的基体组织为块状的铁素体，铁素体的平均晶粒尺寸范围为5.6～6.3μm，所述铁素体的基体上分布着大量弥散析出TiC粒子，所述TiC粒子的平均尺寸范围为4.9
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5.5nm。2.如权利要求1所述的Ti微合金化钢，其特征在于，所述钢的伸长率≥19％，抗拉强度≥1010MPa，屈服强度≥850MPa；
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20℃条件下，冲击韧性≥15J。3.一种权利要求1或2所述Ti微合金化钢的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)将如权利要求1所述化学组成的钢坯加热至1240～1260℃，保温10～30min；2)将加热后钢坯冷却至奥氏体再结晶区，进行再结晶控轧，开轧温度为1140～1160℃，终轧温度为1020～1040℃；3)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祥龙，陈远生，张兆洋，罗新中，朱祥睿，李富强，陆伟成，章玉成，郑晓明，杨明梅，宋璇，黄丽华，叶声凯，罗淋淋，
申请(专利权)人：广东韶钢松山股份有限公司，
类型：发明
国别省市：