[发明专利]一种1600MPa级机械结构用热轧线材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁材料类，具体地说，本发明涉及热轧钢材，更具体地说，本发明涉及一种1600MPa级机械结构用热轧线材及其制造方法。

背景技术

近年来，随着桥梁、汽车和机械制造等工业的高速发展，以及节约资源和环境友好的可持续发展，对高强度线材和条钢的需求日益增加。提高线材和条钢强度的主要技术是合金化和提高碳含量。合金化技术是目前提高钢的强度普遍采用的方法，通过合金元素Ni、Cr、Mo、Si和Mn以及微合金元素Nb、V、Ti等元素的合金化强化作用从而提高钢的强度和韧性，代表钢种主要为弹簧钢、螺栓钢等，弹簧钢如60Si2CrVA、50CrV4、55SiCr6和54SiCrV6，这类钢的强度一般可以达到1500MPa，并且具有较好的韧性，但合金化强化的缺点是大量合金化元素的添加会造成材料成本提高，同时使冶金工艺变得复杂。提高碳含量也可以提高钢帘线的强度，代表钢种主要有82MnQL、87MnQL以及82钢帘线等，钢中的碳含量均≥0.80wt％，其强度可以达到1200MPa左右，冷拔后组织为片层珠光体，这类钢在使用过程中往往表现出韧性不够，另外其强度的提高也受到限制。

由于多数普通高强度钢的韧性不够，这将会缩短其使用寿命，从而使之成为此类钢推广应用的制约因素。提高高强度钢的韧性。一方面可以从冶炼入手，提高钢的洁净度和组织均匀度，对难以除去的夹杂物进行改性或无害化处理是实现该类钢高韧化的前提和基础。另一方面可以通过控制轧制、控制冷却(即TMCP)技术，使材料显微组织超细化，从而实现高韧化、高强度的目的。显微组织超细化是一种既提高强度又提高韧性的强化方式。由于珠光体和铁素体组织细化可以获得较高的韧性，但是其强度提高不大，而在一般情况下，马氏体钢具有较高的强度，但马氏体板条的组织细化比较困难，工艺也比较复杂，因此，通过细化马氏体组织是提高马氏体钢韧性的一个难点。

经检索，日本专利申请JP2003105485公开了一种弹簧钢，其化学成分为：0.4～0.9wt％C，0.5～3wt％Si，0.1～2wt％Mn，另外在有一定含量的V、Cr、Ni、Ti、B和W元素，还含有≤0.02wt％P，≤0.02wt％S，其余为铁和不可避免的杂质，该弹簧钢的拉伸强度为1800～2400Mpa，但其显微组织为片层状马氏体和铁素体混合组织。并且其碳含量较高，属于中高碳弹簧钢，为了获得高强度，该钢轧后采用20～200℃/s淬火快速冷却，随后进行200℃以下低温回火处理。该发明添加合金元素较多，成本较高；快速冷却和低温回火处理，该钢塑性较差；另外，淬、回火处理使生产工艺复杂，并且对于大生产不容易实现。

考虑到机械用钢不仅应具有高强度、良好的韧性及塑性等性能，且易于生产，成本低廉等因素，本发明者在中低碳钢中添加了Mn、Si和低含量Mo，结合显微组织超细化机理，并通过对轧制工艺的控制，设计出了一种1600MPa级机械结构用热轧线材，从而完成了本发明。

本发明的一个目的在于提供一种1600MPa级机械结构用热轧线材。

本发明的另一个目的在于提供所述热轧线材的制造方法。

发明内容

本发明的第一个方面提供一种1600MPa级机械结构用热轧线材，所述机械结构用热轧线材的化学成分包含：C：0.20～0.30wt％、Si：1.5～3.0wt％、Mn：2.0～4.0wt％、Mo：0.20～0.30wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述机械结构用热轧线材的显微组织由针状马氏体和贝氏体组成，其中贝氏体体积百分含量为5～10％。

在一个优选实施方式中：在所述不可避免的杂质中，S≤0.020％，P≤0.025％，O、N、H总量＜50mg/kg。

下面，对本发明1600MPa级机械结构用热轧线材的化学成分作用作详细叙述。

C：为了保证钢具有相当高的强度和良好的韧性，对钢中的含碳量要有一定的限制，因为钢的强韧性主要取决于其含碳量及组织结构，而过高含量的碳将降低钢的韧性，因此本发明线材的含碳量控制在0.20～0.30wt％之间。

Si：Si在钢中的作用主要是固溶强化，较高含量的Si能够提高钢的淬透性，一般钢中加Si有利于提高钢的强度和韧性，此外，Si可以增加降低氢扩散速度的奥氏体数量，并使钢可以在更高的温度下回火。因此，Si含量最好控制在1.5～3.0wt％之间。

Mn：Mn在钢中的作用是固溶强化和提高钢的淬透性，但是Mn的偏析倾向较高，因此Mn含量不易过高，一般将其含量控制在2.0～4.0wt％之间。