[发明专利]一种低碳钢及其制备方法

说明书

本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种低碳钢及其制备方法，低碳钢包括基体，基体由以下化学成分按质量百分比组成：碳0.17～0.22％、硅0.19～0.25％、锰0.34～0.45％、磷0.03～0.05％、硫0.034～0.045％、余量为铁；低碳钢为由所述基体获得的铁素体晶粒。所述方法包括如下步骤：将低碳钢棒状试样在650～750℃下保温1.5～2小时，得到成分均匀的粗晶结构低碳钢；采用扭转试验机将所获得的的粗晶结构低碳钢进行扭转变形处理；将室温扭转变形获得的低碳钢置于真空热退火炉中进行退火处理。本发明所提供的低碳钢及其制备方法，所获得的低碳钢的强度提高了200MPa的同时，保持了相当大小的失效延伸率与静态韧性。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种低碳钢及其制备方法。

背景技术

低碳钢具有低成本、高塑性、高韧性等优良特性，是制备螺栓、轴承、铆钉等结构件的重要材料。目前广泛使用的低碳钢材料，比如Q235与T20，其屈服强度为200～400MPa，失效延伸率为20～30％。但是，低碳钢较低的强度限制了其广泛的应用。技术的发展要求低碳钢能够广泛应用的先决条件是在保持其塑性与韧性的同时，提高其强度。

但是，传统的强化低碳钢的方法，比如淬火处理或掺入合金元素，都不可避免地牺牲低碳钢的塑性与韧性，而过低的塑性与韧性又无法保证其工程应用的安全可靠性。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种低碳钢及其制备方法，在保持合金塑性与韧性的同时，有效提高了合金的强度，能够满足未来对于高强度低碳钢的强度和塑韧性的要求。

为了达到上述技术效果，本发明包括以下技术方案：第一方面，本发明提供了一种低碳钢，包括基体，所述基体由以下化学成分按质量百分比组成：碳0.17～0.22％、硅0.19～0.25％、锰0.34～0.45％、磷0.03～0.05％、硫0.034～0.045％、余量为铁；所述低碳钢为由所述基体获得的铁素体晶粒。

优选地，所述基体由以下化学成分按质量百分比组成：碳0.17％、硅0.19％、锰0.34％、磷0.03％、硫0.034％、余量为铁。

优选地，所述铁素体晶粒为棒状且沿径向从心部到表面呈连续减小的梯度结构。

优选地，所述铁素体晶粒的尺寸沿径向从心部的13.2μm连续减小到表面的5.1μm。

另一方面，本发明提供了一种低碳钢的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将低碳钢棒状试样在650～750℃下保温1.5～2小时，得到成分均匀的粗晶结构低碳钢；

(2)采用扭转试验机将所获得的的粗晶结构低碳钢进行扭转变形处理；

(3)将室温扭转变形获得的低碳钢置于真空热退火炉中进行退火处理。

进一步地，所述步骤(2)中采用扭转试验机对粗晶结构低碳钢进行扭转变形处理时，保持扭转变形速率为110～125度/分钟，控制扭转角达到540度以上。

进一步地，所述步骤(3)中进行退火处理时的真空度为10^-1Pa，温度为550-700℃，保温30分钟后水冷至室温后获得所需要的低碳钢。

所述制备方法所制得的低碳钢的屈服强度为418～556MPa，失效延伸率15～20％，静态韧性86～109MJ/m³。