[发明专利]一种超高强度贝氏体钢板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种超高强度贝氏体钢板及其制备方法。

背景技术

随着装备水平的提高及建筑设施的发展，超高强度钢的应用日趋广泛；然而，在提高强度的同时，也迫切需要提高塑性、韧性及焊接性能。

目前常见的超高强度钢的生产通常有两种：第一种是调质处理工艺，即淬火+回火，得到回火马氏体组织，通过调整淬火温度和回火温度获得相应的力学性能；如公开号为“CN 101691640 B”的专利申请涉及的一种高强度低合金耐磨钢板及其制造方法，通过910~950℃淬火及后续250℃回火，钢板的抗拉强度为1350~1450MPa，延伸率>11％；又如公开号为“CN 102618792 A”的专利申请涉及的一种工程机械用高强度耐磨钢及其制备方法，通过860~950℃淬火及后续150~400℃回火，钢板的抗拉强度不低于1220MPa，延伸率>13％；又如公开号为“CN 102808130 A”的专利申请涉及的一种铌微合金化Mn-B系超高强度钢板及其热处理工艺，通过880~930℃淬火及后续190~280℃回火，钢板抗拉强度为1100~1400MPa，延伸率7～15％；这种调质处理方法可以获得超高强度，并可以通过回火温度的选择兼顾较高的塑性和韧性，但需要特殊的淬火设备，而且热处理工序复杂，因此存在成本高，生产周期长等缺点。第二种是控轧控冷工艺，即通过一定的合金元素设计，采用控制轧制并结合后续的快速冷却，获得硬相组织；但是为了获得高强度，通常需要较低的终冷温度和高冷速；如公开号为“CN102618803A”的专利申请涉及的一种超高强度钢板及其制造方法，通过控轧控冷工艺，将轧制后钢板快速冷却至200℃以下，之后进行低温回火，钢板的抗拉强度不低于1800MPa，-20℃冲击功>20J。这种工艺可以获得超高强度，但其缺点是冷却后的钢板中残余应力较大，板形控制及矫直难度加大，并且在使用过程中易发生瓢曲等问题。

铁素体-珠光体钢、马氏体钢和贝氏体钢是并列的三大钢种，相比之下，贝氏体钢韧性和塑性优于马氏体钢，而强度高于铁素体-珠光体钢。因此，贝氏体钢具有很高的强度、塑性和韧性匹配；目前，贝氏体钢已经广泛应用于铁路、航空、石油、矿山等领域，发展前景良好；然而，随着强度的提高，尤其当抗拉强度超过1500MPa时，钢板的韧性急剧降低，这一问题限制了超高强度钢的应用；提高超高强度钢的冲击韧性主要有两个途径：一是提高钢的洁净度，降低夹杂物水平；二是进行组织控制，主要包括组织细化以及提高组织中的韧性相（如残余奥氏体）的比例；公开号为“CN 102112644 A”的专利申请公开了一种贝氏体钢及其制造方法，采用C含量为0.6~1.1%，在190~250℃进行贝氏体相变，钢板的抗拉强度达到1900MPa以上，但其室温冲击吸收功不足10J，这主要是由其过高的C含量造成的；公开号为“CN 102021479 B”的专利申请中采用0.5%C含量，奥氏体化后，先利用盐浴炉将钢板预冷却至250~350℃，然后再放入250~350℃的电阻炉中等温热处理，钢板的抗拉强度达到1500MPa以上，但盐浴炉的使用增加了温度控制难度，降低了工艺可操作性。

发明内容

针对现有超高强度贝氏体钢在制备技术上存在的上述问题，本发明提供一种超高强度贝氏体钢板及其制备方法，通过设计元素成分及采用贝氏体区等温热处理，在不需要高冷速降温和盐浴炉预冷的条件下，在钢板中获得细化的贝氏体和一定量的残余奥氏体，使贝氏体钢板具有超高强度及室温冲击功。

本发明的超高强度贝氏体钢板的成分按重量百分比含C 0.18~0.22%，Si 1.45~1.55%，Mn 3.0~7.0%，Ni 0~3.0%，Cr 0~0.8%，Mo 0~0.5%，其余为Fe及不可避免杂质；其抗拉强度为1650~1800MPa，延伸率≥16%，室温冲击吸收功≥59J。

上述的超高强度贝氏体钢板中， Mn、Ni、Cr和Mo的总重量百分比为5.5~7.0%。

上述的超高强度贝氏体钢板的组织是尺寸为100~200nm的板条贝氏体和残余奥氏体，奥氏体的体积分数在13.5~17.2%。

本发明的超高强度贝氏体钢板的制备方法按以下步骤进行：

1、按设定成分熔炼并浇铸制成铸坯，其成分按重量百分比含C 0.18~0.22%，Si 1.45~1.55%，Mn 3.0~7.0%，Ni 0~3.0%，Cr 0~0.8%，Mo 0~0.5%，其余为Fe及不可避免杂质；