[发明专利]一种低碳微合金钢的制造方法

说明书

本发明属于合金钢生产工艺领域范围，该工艺适用低碳微合金钢的晶粒细化和提高强度。

控制轧制控制冷却由于具有节省能源、提高生产效率、减少环境污染一直为国内外很多企业所广泛应用。亦有很多关于控制轧制和控制冷却技术的专利和文献。

现有的使晶粒细化的控轧控冷工艺主要有：

(1)日本的Hiroshi Yada等人提出关于制造超细晶粒的铁素体钢的专利方法。试验材料的主要化学成分为0.02％-0.3％C，0.1％-2.0％Mn，及其它杂质元素，不含Nb、Ti、Mo和W。利用奥氏体的动态相变即应变诱导相变和铁素体的动态再结晶机制，在Ar₁+50℃到Ar₃+100℃温度区间以大变形量进行快速轧制，总压下量不能小于50％，轧制后快速冷却。通过该工艺轧制的钢最终获得铁素体晶粒尺寸小于4μm的超细组织，抗拉强度σ_b为520MPa-715MPa，屈服强度σ_0.2基本上不大于600MPa。[Hiroshi Yada；YoshikaznMatsumura；Koe Nakajima，U.S.patent4,466,842.Ferrite Steel HavingVltra-Fine Grains and A Method for Producing The Same]

(2)P.D.Hodgson通过一种新型热轧工艺生产等轴的铁素体晶粒尺寸为1μm的超细组织钢。该方法为将钢坯加热到奥氏体区保温后，冷至Ar₃温度附近(约700-780℃)，然后进行一道次轧制，压下量25％-45％，轧后空冷。经过上述轧制工艺后，对于普碳钢(0.09％C-1.00％Mn)，抗拉强度σ_b为530MPa，屈服强度σ_s为470MPa；对于低碳(0.09％C)Nb-Ti微合金钢抗拉强度σ_b为575MPa，屈服强度σ_s为575MPa。[P.D.Hodgson，M.R.Hickson，R.K.Gibbs，TheProduction Mechanical Properties of Ultrafine Ferrite，MaterialsScience Forum，Vol 284-286(1998).PP63-72]

以上方法各有其局限性。Yada等人只是就普碳钢和碳锰钢进行轧制，而未考虑微合金元素Nb、Ti等对组织细化的作用，而且为满足细化效果需进行多道次快速轧制。Hodgson的工艺方法虽然比较简单，但对微合金元素的析出强化作用考虑较少。而且钢坯从奥低体区冷却到轧制温度时未经过保温即进行一道次轧制，故其强度增量并不大，且屈强比(σ_s/σ_b)太高(σ_s/σ_b＝1)。

本发明的目的在于提供一种低碳微合金钢制造方法，该方法利用相间沉淀和铁素体的动态再结晶机制，能使低碳微合金钢晶粒细化至1.0μm，而且使其强度大幅度提高。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

采用的低碳微合金钢化学成分如下(wt％)：0.04-0.11C，0.1-0.3Si，1.0-1.5Mn；0.03-0.06Nb，0.0l-0.04Ti，0.001-0.05Al_S，0.001-0.015P，0.001-0.01S，余量Fe。该钢的临界相变点Ar₁为675℃，Ar₃为805℃。

对上述化学成分的微合金钢进行控制轧制的主要工艺流程如下：加热—冷却—保温—轧制—加速冷却(水冷)。

首先，将钢坯加热到1150℃-1230℃并保温25-35分钟，使Nb、Ti微合金元素充分固溶，钢坯出炉后加速冷却，冷却速度为5℃/S-10℃/S，待钢坯冷却至650℃-750℃温度区间内，即冷至钢的Ar₃以下，此时，钢的组织处于铁素体区或奥氏体+铁素体两相区，再保温10-40分钟，然后再进行一道次变形，压下量≥65％，随后水冷至室温。

钢由奥氏体区迅速冷却至Ar₁附近并保温，得到稳定的铁素体组织，同时抑制微合金元素在高温时析出，而使之在较低温度时发生相间沉淀，这种碳化物细小弥散，使钢的强度提高。在大变形量作用下，铁素体发生动态再结晶。相间沉淀不仅起到强化作用，而且能增加铁素体动态再结晶时形核位置，同时亦能抑制动态再结晶的铁素体晶粒的长大。