专利名称：一种超高强度超低碳贝氏体钢的制备方法
技术领域：
本发明涉及在超低碳贝氏体钢中获得超高强度的工艺方法，具体地说，涉及对超低碳贝氏体钢进行热-冷复合形变，然后进行低温时效热处理以获得超高强度的工艺方法。
背景技术：
超低碳贝氏体钢被国际上认为是21世纪最有前景的钢种之一，主要用于建造现代桥梁及船舰的结构、水电站压力钢管及石油天然气输送管道等。这类钢的设计已突破了原有的高强度低合金钢的成分设计模式，大幅减少了钢中的含碳量，其质量分数通常小于0.05％，钢的强度不再依赖含碳量，不再主要依靠碳、锰和硅的固溶强化作用，而是依靠控轧-控冷形变过程中，贝氏体组织的细化、位错强化、微量钒、铌或钛元素以弥散碳化物的形式析出以及极细ε-铜相的析出所造成的析出强化，从而使这类钢具有较高的强度；根据钢的合金元素种类及其添加量的不同，国内外现有超低碳贝氏体钢供货态的屈服强度级别在400～900MPa，抗拉强度级别在500～1100MPa的范围，我国目前的供货态超低碳贝氏体钢的最高屈服强度级别为800MPa，最高抗拉强度级别为1000MPa；由于这类钢含碳量极低，合金元素含量很少，因此其焊接性很好，并有优良的冲击韧性。
超低碳贝氏体钢的极低含碳量和其它合金元素含量的特点是否能通过现有控轧-控冷工艺使这类钢达到最佳强度状态 如果没有达到最佳强度状态，通过何种工艺方法可以进一步挖掘其强度的潜力，是国内外有关领域正在探索的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高强度超低碳贝氏体钢的制备方法，该方法不仅操作简便、而且可以获得超高强度的超低碳贝氏体钢。
本发明的目的是这样实现的，首先利用常规锻造形变，将超低碳贝氏体钢在始锻温度1050～1150℃，终锻温度700～750℃的条件下进行锻造，然后直接利用锻造余热淬火；在室温下将锻造余热淬火后超低碳贝氏体钢压下(称冷压)，当压下量达到70～75％时结束冷压；将冷压后的超低碳贝氏体钢进行热处理，当温度升至200～250℃时保温1～2小时(称时效)，随后空冷至室温；对热处理后的超低碳贝氏体钢片测洛氏硬度，并根据钢的力学性能手册，将所测洛氏硬度值换算成抗拉强度值，结果表明，经本发明工艺方法处理所得超低碳贝氏体钢的洛氏硬度和抗拉强度大大提高，而且操作简便。
本发明的技术过程及其特点①对供货态超低碳贝氏体钢料的锻造热形变及利用余热直接淬火处理将超低碳贝氏体钢料在始锻温度1050～1150℃，终锻温度700～750℃的条件下进行锻造，锻造成型后直接利用余热淬火，其目的是在始锻至终锻温度范围内锻造使钢坯组织均匀并使其成型，在终锻温度结束锻造并直接淬火使大量晶体缺陷能有效阻碍贝氏体组织的生长，从而获得尺寸细小且生长取向紊乱的贝氏体组织，这是一种为后续冷压变形过程的预备组织，而常规控轧控冷工艺所获得的组织为取向分明的束状贝氏体组织并且其尺寸较粗大，两种不同工艺所得显微组织的不同对各自性能的贡献截然不同；②对锻造形变及余热淬火后的超低碳贝氏体钢料进行室温大变形量的压制处理将锻造余热淬火后的超低碳贝氏体钢料在室温压下(称冷压)，当压下量达到70～75％时结束冷压，此时可以使原有贝氏体组织产生强烈的形变硬化和强化，通过常规成型及其热处理方式尚不能得到通过本发明方法所获得的超强化效果；③对经室温压制变形的超低碳贝氏体钢料进行时效处理将冷压后的超低碳贝氏体钢置于热处理炉升温加热，当温度升至200～250℃时保温1～2小时(称时效)，随后空冷至室温，其目的是为了通过时效，使形变贝氏体组织进一步产生析出强化，并在一定程度上消除冷形变所带来的内应力，以防止应力集中所带来的开裂倾向；④对经热-冷复合形变加低温时效热处理后的超低碳贝氏体钢测洛氏硬度及进行强度换算对经以上热-冷复合形变加低温时效热处理后的超低碳贝氏体钢片测洛氏硬度，并将所测洛氏硬度值换算成抗拉强度值，可以将本发明工艺方法与常规工艺方法的强化效果进行对比，从而获得完整的强硬化效果的数据依据。
图1为使用本发明工艺方法所得超高强度超低碳贝氏体钢的显微组织图；图2为使用本发明方法前的超低碳贝氏体钢显微组织图。
具体实施例方式
本发明的方法，包括以下步骤①对经控轧控冷处理后的超低碳贝氏体钢进行普通锻造成型加工，锻造加热始锻温度为1050～1150℃，终锻温度为700～750℃，将钢料锻造成成型后直接利用锻造余热淬火；②将锻造余热淬火后超低碳贝氏体钢料置于200吨位的冷压力试验机平台上在室温压下(称冷压)，当压下量达到70～75％时结束冷压；③将冷压后的超低碳贝氏体钢薄板置于热处理炉升温加热，当温度升至200～250℃时保温1～2小时(称时效)，随后空冷至室温；④将以上热-冷复合形变加低温时效热处理后的超低碳贝氏体钢片测洛氏硬度，并将所测洛氏硬度值换算成抗拉强度值。
实施例所选用钢种是武汉钢铁公司生产的屈服强度600MPa级-牌号DB590(抗拉强度750MPa级)的超低碳贝氏体钢的产品；①对供货态的超低碳贝氏体钢进行普通锻造成型加工，锻造加热始锻温度为1100℃，终锻温度为750℃，将钢料锻造成型后直接利用锻造余热淬火；②将锻造余热淬火后的钢料置于200吨位的冷压力试验机平台上在室温压下(称冷压)，当压下量达到70％时结束冷压；③将冷压后的超低碳贝氏体钢板进行热处理，当温度升至200℃时保温1小时(称时效)，随后空冷至室温；④将以上热-冷复合形变加低温时效热处理后的超低碳贝氏体钢片测洛氏硬度，并将所测洛氏硬度值换算成抗拉强度值，比较表明，原供货态超低碳贝氏体钢(DB590钢)的洛氏硬度为HRC20，所对应的抗拉强度为752.2MPa，经本发明工艺方法处理所得超低碳贝氏体钢(经冷-热复合形变-时效处理的DB590钢)的洛氏硬度为HRC44，所对应的抗拉强度为1406.3MPa，洛氏硬度提高了120％，抗拉强度提高了86.96％。
图1和图2分别为使用本发明工艺方法和未使用本发明方法前的超低碳贝氏体钢DB590的显微组织，可见采用本发明工艺方法获得的是取向紊乱并且尺寸细小的贝氏体组织，而仅采用常规控轧控冷工艺所获得的是取向分明(呈束状)并且尺寸粗大的贝氏体组织，这是从采用本发明方法能在超低碳贝氏体钢中获得超高强度，而采用常规工艺方法不能在超低碳贝氏体钢中获得超高强度的主要原因。
本发明具有以下优点和积极效果①本发明为工业应用提供了一种能在超低碳贝氏体钢中获得超高强度的工艺方法；②本发明在原供货态超低碳贝氏体钢的基础上，进行热锻-冷压复合变形-低温时效处理，能够获得目前所见在超低碳钢中最高级别的硬度和强度指标；③应用本发明方法可以在超低碳-微合金资源的前提下获得超高强度，从而可以大大节省合金资源，为实现高性/价比新钢种的研发提供了一种新的技术途径。
权利要求
1.一种超高强度超低碳贝氏体钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①将超低碳贝氏体钢在始锻温度为1050～1150℃，终锻温度为700～750℃的条件下锻造成型，然后直接利用锻造余热淬火；②在室温下将锻造余热淬火后的超低碳贝氏体钢冷压，当压下量达到70～75％时结束冷压；③将冷压后得到的超低碳贝氏体钢进行热处理，当温度升至200～250℃时保温1～2小时，随后空冷至室温即得到超高强度超低碳贝氏体钢。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超低碳贝氏体钢为屈服强度600MPa级的超低碳贝氏体钢DB590。
全文摘要
本发明公开了一种能在超低碳贝氏体钢中获得超高强度的工艺方法，包括以下步骤①将超低碳贝氏体钢在始锻温度为1050～1150℃，终锻温度为700～750℃的条件下锻造成型后直接利用锻造余热淬火；②将锻造余热淬火后的超低碳贝氏体钢坯置于200吨位的冷压力试验机平台上在室温压下，当压下量达到70～75％时结束冷压；③将冷压后的超低碳贝氏体钢板置于热处理炉中升温加热，当温度升至200～250℃时保温1～2小时，随后空冷至室温即得到超高强度超低碳贝氏体钢。结果表明，经本发明工艺方法处理所得超低碳贝氏体钢的洛氏硬度和抗拉强度大大提高，而且操作简便。
文档编号B21J1/00GK1916195SQ200610020050
公开日2007年2月21日 申请日期2006年8月29日 优先权日2006年8月29日
发明者彭志方, 王能为, 郭爱民, 陈方玉, 吴立新 申请人:武汉大学