專利名稱：：2200MPa級超高強度熱軋線材及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及高強度鋼及其制造方法，具體地說，本發(fā)明涉及2200MPa級超高強度熱軋線材及其制造方法。
背景技術：
：近年來，在橋梁、汽車和機械制造等工業(yè)飛速增長的同時，為實現(xiàn)節(jié)約資源和保護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，對高強度線材和條鋼的需求日益增加。而超高強度鋼是在合金結構鋼的基礎上發(fā)展起來的一種高強度、高韌性合金鋼，熱加工工藝簡單，成本相對低廉，目前己被航空、航天部門廣泛采用，是制造國防尖端武器的關鍵材料。相對于普通強度鋼，超高強度鋼對氫更為敏感，使用中可能會發(fā)生氫致斷裂。研究表明，不同的顯微組織對氫脆的敏感性不同，大致按如下次序增加鐵素體、珠光體、貝氏體、低碳馬氏體、馬氏體和貝氏體的混合物組織。當前提高線材和條鋼強度的主要技術是合金化和提高碳含量。合金化技術是阜.前提高鋼材強度所普遍采用的方法。該方法通過添加Ni、Cr、Mo、Si和Mn等合金元素以及Nb、V、Ti等微合金元素，利用合金化強化來提高鋼的強度和韌性，代表鋼種主要有彈簧鋼、螺栓鋼等，例如60Si2CrVA、50CrV4、55SiCr6以及54SiCrV6等。這類鋼的強度一般可達到1500MPa，通過調質處理可達到1800MPa，并且具有較好的韌性。然而，合金化強化技術的缺點是添加大量合金化元素會提高材料成本，同時使冶金工藝變得復雜。提高碳含量也可以提高鋼簾線的強度，代表鋼種主要有82MnQL、87MnQL以及82鋼簾線等。這類鋼中的碳含量都》0.80%，其強度可達到1200MPa左右，最高可達到1700MPa。但是，隨著強度提高，鋼的韌性降低，鋼絲的氫脆敏感性增加，扭轉性能下降，冷拔后組織為片層珠光體。因此這類鋼在使用過程中往往表現(xiàn)出韌性不足，這會縮短鋼的使用壽命，制約此類鋼的推廣應用。要提高高強度鋼的韌性，有冶煉和控軋控冷兩種方法。從冶煉入手，提高鋼的潔凈度和組織均勻度，降低碳含量，對難以除去的夾雜物進行改性或無害化處理是實現(xiàn)高強度鋼高韌化的前提和基礎。3通過控制軋制、控制冷卻(即TMCP)技術，使材料顯微組織超細化，從而實現(xiàn)高韌化、高強度的目的。顯微組織超細化是目前唯一既提高強度又提高韌性的鋼材強化方式。對于珠光體和鐵素體鋼進行組織細化，可以獲得較高的靭性，但是其強度提高不大；馬氏體鋼具有較高的強度，但馬氏體板條的組織細化比較困難，工藝也比較復雜。因此，細化馬氏體組織是提高馬氏體鋼韌性的一個難點。經(jīng)檢索，發(fā)現(xiàn)日本專利文獻(JP2003105485)，其公開的彈簧鋼的化學成分為C:0.40.9%，Si:0.53%，Mn:0.12%，P:《0.02%,S:《0.02%,其余為鐵和不可避免的雜質；拉伸強度為18002400MPa。但該彈簧鋼的顯微組織為片層狀馬氏體和鐵素體混合組織，并且其碳含量較高，屬于中高碳彈簧鋼，該鋼軋后采用20200°C/s淬火快速冷卻，隨后進行20(TC以下低溫回火處理。該發(fā)明添加合金元素較多，成本較高；該鋼需快速冷卻和低溫回火處理，塑性較差；另外，淬、回火處理使生產(chǎn)工藝復雜。為解決上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人結合合金化強化和顯微組織超細化機理，在中低碳鋼中添加Mn、Si和低含量Mo等元素，通過對軋制工藝的控制并簡化，獲到了一種以納米尺度針狀馬氏體組織為特征的2200MPa級超高強度熱軋線材。本發(fā)明的一個目的在于提供一種2200MPa級超高強度熱軋線材。本發(fā)明的另一個目的在于提供所述熱軋線材的制造方法。
發(fā)明內容本發(fā)明的第一個方面提供一種2200MPa級超高強度熱軋線材，以重量百分比計其化學成分包含C:0.400.60%、Si:2.54.0%、Mn:3.05.0%、Mo:0.400.60%，余量為Fe和不可避免的雜質。在一個優(yōu)選實施方式中在所述不可避免的雜質中，S《0.010%，P《0.015%，0、N、H總量〈50mg/kg。在另一個優(yōu)選實施方式中所述線材的顯微組織為納米尺度針狀馬氏體，馬氏體板條寬度尺寸為515nm。本發(fā)明鋼的合金元素含量少，既節(jié)省資源，又降低了生產(chǎn)成本。同時冶金工藝簡單，通過控軋控冷即可實現(xiàn)，不需要額外的調質熱加工處理。下面，對本發(fā)明的熱軋線材的化學成分作用作詳細敘述。C:由于鋼的強韌性主要取決于它的含碳量及其組織結構，為了保證鋼具有相當高的強度和良好的韌性，對鋼中的含碳量有一定的限制，因此含碳量一般控制在0.400,60%之間。Si:Si在鋼中的作用主要是固溶強化。較高含量的Si能夠提高鋼的淬透性，一般鋼中加Si有利于提高鋼的強度和韌性。另外，Si可以增加降低氫擴散速度的奧氏體數(shù)量，并使鋼可以在更高溫度下回火。因此，本發(fā)明將Si含量限制為2.54.0X。Mn:Mn在鋼中的作用是固溶強化和提高鋼絲的淬透性，但是Mn的偏析傾向較高，因此Mn含量不易過高，故控制在3.05.0%之間。Mo:改善鋼的耐蝕性，另外可以起到析出強化的作用，由于Mo比較昂貴，故本發(fā)明只需加入少量Mo，加入量為0.400.60%。本發(fā)明的第二個方面提供所述線材的制造方法，該方法包括冶煉、澆鑄、加熱、鍛造、粗軋、精軋、吐絲和控制冷卻，其中在所述控制冷卻過程中，采用斯太爾摩控制冷卻方法對線材進行快速冷卻，冷卻速率為io±rc/s。其中，在所述澆鑄過程中，澆鑄后的連鑄坯或鋼錠的厚度不小于鍛坯厚度的10倍；在所述加熱過程中，加熱溫度優(yōu)選1250130CTC，保溫時間優(yōu)選130150分鐘；在所述鍛造過程中，鍛造溫度優(yōu)選》115(TC，鍛成50X50土lmm2的長方坯；在所述粗軋過程中，粗軋開始溫度范圍優(yōu)選1130115(TC，軋后溫度范圍優(yōu)選11101130。C，軋成4)22士0.5mm的棒材；在所述精軋過程中，加熱溫度優(yōu)選》105(TC，軋制溫度范圍優(yōu)選10001050°C，在連軋機上軋成巾IO土O.3mm的線材；在所述吐絲工藝中，吐絲溫度范圍優(yōu)選83087(TC，吐絲規(guī)格為07士O.3mm。吐絲后線材進行斯太爾摩快速冷卻，目的是為了獲得性能優(yōu)異的納米尺度針狀馬氏體組織。所得線材的屈服強度》1900MPa、抗拉強度^2200MPa、屈強比》0.85，延伸率》8.0%，斷面收縮率》40%。本發(fā)明的有益效果為-1、本發(fā)明鋼種采用Mn-Si-Mo系成分，合金種類常見且用量少，生產(chǎn)成本較低。2、通過成分設計和軋制工藝的配合，獲得了納米尺度針狀馬氏體組織，保證線材板具有較高的強韌性。3、由于成分和工藝設計合理，從實施效果來看，工藝制度比較寬松，工藝流程簡化，可以在普通生產(chǎn)線上穩(wěn)定生產(chǎn)。圖1為本發(fā)明實施例1的顯微組織金相照片(1000X);圖2為本發(fā)明實施例1的顯微組織透射電子照片。具體實施例方式以下用實施例結合附圖對本發(fā)明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發(fā)明最佳實施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。對比例按表1所示的化學成分在真空電磁感應爐中冶煉鋼水，并澆鑄成連鑄坯或鋼錠，將連鑄坯或鋼錠加熱至12501300°C，保溫130分鐘組織均勻化處理；然后進行鍛造，鍛造溫度》120(TC，鍛成50X50士lmr^的長方坯。隨后進行熱軋粗軋，粗軋開始溫度范圍11301150°C，軋成4>22±0.5隱的棒材。精軋溫度范圍為10001050°C，在連軋機上軋成(()10土0.3國的線材。最后進行斯太爾摩吐絲和快速冷卻，吐絲溫度范圍為830870°C，吐絲規(guī)格為())7士0.3mm，吐絲后線材進行快速冷卻。實施例1按表1所示的化學成分在真空電磁感應爐中冶煉鋼水，并澆鑄成連鑄坯或鋼錠，將連鑄坯或鋼錠加熱至1250130(TC，保溫130分鐘組織均勻化處理；然后進行鍛造，鍛造溫度》120(TC，鍛成50X50土lmr^的長方坯。隨后進行熱軋粗軋，粗軋溫度范圍11301150°C，軋成(j)22士0.5mm的棒材。精軋溫度范圍為10001050°C，在連軋機上軋成())10土0.3inm的線材。最后進行斯太爾摩吐絲和快速冷卻，吐絲溫度范圍為830870°C，吐絲規(guī)格為f7士0.3mm，吐絲后線材進行快速冷卻，冷卻速率為1(TC/s。實施例2實施方式同實施例l，其中加熱溫度為1250130(TC，保溫140分鐘；鍛造溫度>1200°C，鍛成50X50士lmr^的長方坯；粗軋開始溫度范圍1130115(TC，軋成())22±0.5mm的棒材。精軋溫度范圍為10001050°C，在連軋機上軋成())IO士O.3mm的線材。斯太爾摩吐絲溫度范圍為830870°C，吐絲規(guī)格為07土O.3mm，吐絲后線材進行快速冷卻，冷卻速率為9"C/s。實施例3實施方式同實施例l，其中加熱溫度為12501300°C，保溫150分鐘；鍛造溫度》1200°C，鍛成50X50±1咖2的長方坯；軋開始溫度范圍11301150°C，軋成巾22土0.5mm的棒材。精軋溫度范圍為10001050°C，在連軋機上軋成([)10±0.3隱的線材。斯太爾摩吐絲溫度范圍為83087(TC，吐絲規(guī)格為())7土0.3mm，吐絲后線材進行快速冷卻，冷卻速率為lrc/s。表1本發(fā)明對比例和實施例1-3的熱軋線材的化學成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>根據(jù)GB/T228-2002對本發(fā)明對對比例和實施例1-3的熱軋線材進行力學性能測試，測試結果見表4。表4本發(fā)明對比例和實施例1-3的熱軋線材的力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>結合圖1、2和表2可以看出，本發(fā)明熱軋線材的微觀組織為納米尺度針狀馬氏體，馬氏體板條平均尺寸約為十幾個納米，且其屈服強度達到1900MPa以上，屈強比較高，同時具有良好的韌性，可作為高強度線材和條鋼用鋼。權利要求1、一種線材，其特征在于，以重量百分比計，其化學成分包含C0.40～0.60％、Si2.5～4.0％、Mn3.0～5.0％、Mo0.40～0.60％，余量為Fe和不可避免的雜質。2、如權利要求1所述的線材，其特征在于，在所述雜質中，S《0.010%，P《0.015%，0、N、H總量〈50mg/kg。3、如權利要求1或2所述的線材，其特征在于，所述線材的顯微組織為納米尺度針狀馬氏體，馬氏體板條寬度為515nm。4、權利要求1所述線材的制造方法，包括冶煉、澆鑄、加熱、鍛造、粗軋、精軋、吐絲和控制冷卻，其特征在于，在所述控制冷卻過程中，采用斯太爾摩線控制冷卻，冷卻速率為10±l°C/s。5、如權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述澆鑄過程中，澆鑄后的連鑄坯或鋼錠的厚度》鍛坯厚度的10倍。6、如權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述加熱過程中，加熱溫度為固1300。C，保溫時間為130150分鐘。7、如權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述鍛造過程中，鍛造溫度^115(TC，鍛成50X50土lmm'的長方坯。8、如權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述粗軋過程中，粗軋開始溫度范圍為11301150。C，軋后溫度范圍為11101130。C，軋成(j)22士0.5mm的棒材。9、如權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述精軋過程中，加熱溫度^1050°C，軋制溫度范圍為10001050°C，軋成01O土O.3mm的線材。10、如權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述吐絲工藝中，吐絲溫度范圍為830870°C，吐絲規(guī)格為())7士0.3mra。全文摘要本發(fā)明提供一種2200MPa級超高強度熱軋線材及其制造方法。本發(fā)明的2200MPa級超高強度熱軋線材由以下化學成分組成(重量百分比)C0.40～0.60％、Si2.5～4.0％、Mn3.0～5.0％、Mo0.40～0.60％，余量為Fe和不可避免的雜質。本發(fā)明采用Mn-Si-Mo系成分，通過純凈化冶煉，鍛造，粗軋，精軋和吐絲技術，獲得了以納米尺度馬氏體組織為特征的熱軋線材，馬氏體板條寬度約為5～15nm。該鋼屈服強度≥1900MPa、抗拉強度≥2200MPa、屈強比≥0.85，延伸率≥8.0％，斷面收縮率≥40％。文檔編號B21B37/74GK101586208SQ20081003791公開日2009年11月25日申請日期2008年5月23日優(yōu)先權日2008年5月23日發(fā)明者劉俊亮,王軍藝申請人:寶山鋼鐵股份有限公司