[发明专利]一种超细晶粒钢的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低碳钢生产，具体地说是一种晶粒可细化到3μm的超细晶粒钢的制造方法。

背景技术

低碳钢是一种重要的工程结构材料，广泛应用于基础实施建设。低碳钢的性能主要取决于其组织特征，包括晶粒和相的尺寸、形貌及空间分布等，通过变形或者热处理可以使材料结构特征发生变化。因此，设计适当的工艺优化材料的组织显得尤为重要。碳钢组织的优化工艺经过了控轧控冷技术与形变诱导铁素体相变技术两个过程。控轧控冷是80年代以来发展的控制轧制与控制冷却(Thermo-mechanical control process，简称TMCP)技术，通过这种方法，在不添加合金元素的情况下只能使晶粒尺寸细化到10μm。通过形变诱导铁素体相变技术，在不添加合金元素的情况下可将组织细化到1μm，且组织较为均匀，从而提高材料强度和延展性，该研究工作得到了各国学者的广泛关注。

现有专利技术中所涉及到的超细晶粒钢的制造方法。主要是通过控轧控冷或形变诱导铁素体相变技术，具体生产方法如下：

US Patent 4466842，日本新日铁公司的Yada及其合作者们利用形变诱导铁素体相变技术，在变形温度介于Ae₃-Ar₃之间通过大变形获得体积分数超过50％的形变诱导超细铁素体，铁素体晶粒尺寸小于3μm。该工艺需要低温大变形，使得轧机负荷提升，轧辊寿命降低，生产难度加大。

CN01140274.1提供了一种细化低碳钢铁素体晶粒的方法，它通过单道次或多道次变形后以20～50℃/s冷却至室温，获得了等轴细晶铁素体组织。但是对控制冷却速度要求较高，正常的层流冷却难以实现，增大了生产难度。

CN1928130提供了一种低屈强比超细晶粒带钢的制造方法，它通过晶粒度适度细化的方法，将钢板的屈服强度降低到0.80以下，该方法不仅需要控轧控冷，而且对控轧后的冷却制度控制要求较高，将终轧后的带钢以20～40℃/s，再通过冷却集管组数使带钢在近于空冷的条件下缓慢冷却3～5s，然后再将钢带快速冷却到卷取的目标温度650～670℃。高要求的控制冷却不仅增大了控制的难度，也减慢了生产节奏。

CN200410054129.7提供了一种超细晶粒钢的制造方法，它通过加入一定量的微合金Nb，在浇铸过程中加入形核剂，钢水冷却速度≥180℃/min，来控制铸坯晶粒尺寸，轧制后升温至Ac₃以上，再以≥10℃/s冷却速度冷却至Ar₃点温度附近，进行连续不断地未再结晶控制轧制，累计压下率≥80％，道次压下率≥15％。再以≥10℃/s冷却速度冷却到450℃以下，然后自然空冷到室温，获得＜3.0μm。该种方法不仅增加了价格昂贵的微合金元素Nb，高要求的连铸过程控制及严格的冷却控制要求增加了生产难度与成本。

发明内容

为了克服现有技术中制备超细晶粒钢存在的问题，本发明的目的是提供一种超细晶粒钢的制备方法。该方法在不添加任何合金元素、不增大现有轧机负荷、正常冷却制度的前提下，结合控轧控冷工艺与形变诱导铁素体相变技术，抑制形变诱导铁素体相变的逆相变的发生，充分利用道次间累积存储能，促进形核点，并随后进行一般的控制冷却，制备出由超细铁素体与较细的珠光体片层的超细化铁素体-珠光体组织；而且该方法工艺简单，耗能少，成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种超细晶粒钢的制造方法，其特征是对以质量分数计，含碳量在0.02～0.20％、含锰量介于0.40～1.60％之间的碳素钢，采用如下热变形工艺得到超细晶粒钢：

(1)加热：加热到温度1200～1240℃，进行充分的奥氏体化和奥氏体再结晶；

(2)进行三阶段控制轧制；首先采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两阶段控制轧制，然后结合形变诱导铁素体相变技术，再在Ar₃温度附近追加一道次的变形，以抑制两道次变形后生成的部分铁素体向奥氏体的逆相变，同时，也累积了大量第二道次的存储能，增加铁素体的形核点，促进铁素体体积分数增加；

(3)轧后冷却工艺：采用正常的冷却制度，冷却速度1～10℃/s；终冷温度600～650℃。

本发明在进行三阶段控制轧制时，第一阶段变形，变形温度1000～1100℃，应变速率名义变形量20～50％；第二阶段变形，变形温度830～950℃，应变速率名义变形量30～50％；第三阶段变形，变形温度设定在Ar₃温度附近变形，应变速率名义变形量30～50％。

本发明得到超细晶粒钢晶粒度在1-3μm。