专利名称：一种超细晶马氏体钢板及其制备方法
技术领域：
本发明属于合金钢技术领域，特别是提供了一种超细晶马氏体钢板及其制备方法，一种原奥氏体晶粒尺寸小于5微米的超细晶钢。
背景技术：
众所周知，晶粒细化是同时提高金属材料强度 和韧性的唯一方法，其它强化方式(如固溶强化、位错强化、沉淀强化等)在提高强度的同时均损害韧性。此外，晶粒细化还有助于提高钢的抗疲劳性能、耐延迟断裂性能等服役性能。因此，如何获得细晶、超细晶组织一直是钢铁界所关注和研发的热点技术问题。目前工业生产马氏体钢板广泛采用淬火处理，即首先将钢板在加热炉中加热到Ac3温度(奥氏体转变终了温度)以上保温一段时间以完成奥氏体化，然后将钢板置入冷却介质中(油或水)实现快速冷却(淬火)，冷却过程中发生马氏体相变并最终获得马氏体组织。传统淬火处理获得的奥氏体晶粒尺寸通常大于10微米，典型范围为15 40微米。适当降低加热温度和减少保温时间可在一定程度上细化原奥氏体晶粒，然而由于奥氏体晶粒长大不能被有效阻止，其细化效果也非常有限。为突破马氏体钢的晶粒细化水平，人们又开发循环热处理、快速加热法、低温大变形+短时奥氏体化等新方法，奥氏体晶粒尺寸可以细化到小于5微米。如中国专利ZL00106201. 8公布了一种通过循环热处理实现合金结构钢晶粒超细化的方法，通过3飞次的快速盐浴加热和油淬，奥氏体晶粒可细化到2飞微米。该方法的缺点是工艺繁琐，工业生产将面临许多困难；快速加热法是利用快速加热过程中奥氏体形核率的提高而达到细化目的，如已开发出感应快速加热法和电致快速加热法均可实现超细晶组织，但这种方法需要特殊的装置，而且对试样或零件的形状和尺寸有许多限制(参见文献翁宇庆等著，超细晶钢-钢的组织细化理论和控制技术，北京冶金工业出版社，2003，p. 467-520.);低温大变形+短时奥氏体化法利用低温变形造成的大量缺陷提高奥氏体形核率，同时较短时间保温可使晶粒不至于发生明显长大，从而达到细晶化效果(参见文献M. Tokizane, N. Matsumura, K. Tsuzaki, T.Maki and I. Tamura. Recrystallization and formation of austenite in deformedlath martensitic structure of low carbon steels, Metallurgical and MaterialsTransactions A, Volume 13, Number 8, 1379-1388)但低温大变形对于设备能力有很高的要求，同时短时奥氏体化也面临着许多实际困难，因而该方法目前仅限于实验室研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超细晶马氏体钢板及其制备方法，一种原奥氏体晶粒尺寸小于5微米的超细晶马氏体钢板，该钢板采用传统热处理工艺生产，工艺简单、能够适应当前工业化生产装备和流程。本发明提供的超细晶马氏体钢板的化学成分和含量为C 0. 1(T0. 50wt.%、Si:0. ro. 50wt. %、Mn: 0. 30 1. 50wt. %、V :其含量应满足w >om + —(wt. %) P
wr -0.0072〈O. 02wt. %、S <0. Olwt. %，余量为Fe和不可避免的杂质；wv为V的重量百分数，W。为C的重量百分数。在此基础上，可以另外加入以下一种或多种合金元素Cr:(T0.50Wt.%、Ni 0 0. 50wt. %、Mo :0 0. 50wt. % ；Cu :0 0. 40wt. %、Nb: 0 0. 05wt. %、Ti :0. 005 0. 04wt. %、B 0. 0005 0. 003wt. %, Al: 0. OTO. 06wt. %。本发明各元素的作用及配比依据如下碳作为最主要的固溶强化元素，对马氏体钢的强度和硬度起决定性的作用；此夕卜，碳还显著提高钢的淬透性。本发明钢的碳含量范围为0. l(T0.50wt.%，碳含量低于0. IOwt. %，钢的淬透性和强度降低，获得超细晶马氏体需要添加较多合金元素，导致成本明显升高；碳含量高于0. 50wt. %，则钢的韧性和焊接性能恶化。硅钢中脱氧元素之一，同时具有较强的固溶强化作用，但过量的Si将恶化钢的韧性及焊接性能。综合上述考虑，本发明钢硅含量范围为0. I、. 50wt.%。 Mn :明显提高钢的淬透性，同时具有一定的固溶强化作用。但Mn含量较高时，其在铸坯中的偏析倾向增加，钢的回火脆性敏感性增大，另外对焊接性能不利。基于上述原因，本发明钢Mn含量范围为0. 30 1. 50wt. %。钥显著提高钢的淬透性，减少回火脆性，提高钢的耐延迟断裂性能。Mo含量低于0. 05wt.%时，难以起到上述作用，超过0. 30wt.%时，作用效果达到饱和，且成本较高。因此，本发明钢Mo含量范围为0. 05^0. 30wt. %。钒钒是本发明钢获得超细晶组织的关键合金元素，淬火加热未溶解的纳米级VC粒子可阻止奥氏体晶粒长大，具有明显的细晶化作用；而固溶于奥氏体中的V则具有一定的提高淬透性作用。钢中V含量与C含量有关，两者之间应满足下式要求
权利要求
1.一种超细晶马氏体钢及其钢板，其特征在于，采用转炉或电炉冶炼，钢板中各成分的重量百分数为c 0. 10 0· 50wt. %、Si: O. Γο. 50wt. %、Mn: O. 30 1· 50wt. %、V :其含量应满
2.根据权利要求I所述的超细晶马氏体钢，其特征在于，在化学成分CO. 10 0· 50wt. %、Si: O. Γο. 50wt. %、Mn: O. 30 1· 50wt. %、V :其含量应满足
3.—种权利要求I或2所述超细晶马氏体钢板的制造方法，其特征在于 (1)将连铸坯或铸锭开坯后装入加热炉中加热，加热温度为110(Tl22(TC，时间为广5小时，加热后进行轧制； (2)采用中厚板轧机轧制或热连轧 中厚板轧机轧制工艺为粗轧轧制31道次，精轧轧制5 14道次，终轧温度为750^8500C，轧后空冷或加速冷却，终冷温度为30(T650°C ;空冷过程中或加速冷却后对钢板进行矫直； 热连轧工艺为粗轧轧制31道次，将铸坯轧制成2(T60mm厚度的中间坯，然后经6或7机架热连轧，终轧温度为75(T880°C，轧后经层流冷却后卷取成钢卷，卷取温度为300^6500C ;将钢卷开平后剪切成钢板，并在矫直机上进行矫直； (3)钢板热处理包括淬火和回火 淬火加热温度为88(T920°C，加热时间为广30分钟，钢板加热后水淬，获得超细晶马氏体组织； 回火温度为10(T250°C，保温时间1(Γ60分钟，保温后空冷。
全文摘要
一种超细晶马氏体钢板及其制备方法，属于合金钢技术领域。采用V、C合理配比及控制轧制，在传统热处理工艺条件下获得超细晶组织，其化学成分为 C0.10～0.50wt.%、Si: 0.1～0.50wt.%、Mn: 0.30～1.50wt.%、V其含量应满足、P<0.02wt.%、S<0.01wt.%，余为Fe和不可避免的杂质。在此基础上，另外加入以下一种或多种合金元素Cr0～0.50wt.%、Ni0～0.50wt.%、Mo0～0.50wt.%；Cu0～0.40wt.%、Nb: 0～0.05wt.%、Ti0.005～0.04wt.%、B0.0005～0.003wt.%、Al0.01～0.06wt.%。钢板通过控制轧制和880～900℃保温淬火后，能过获得原奥氏体晶粒尺寸小于5微米的超细晶马氏体组织，并且，工艺简单、能够适应当前工业化生产装备和流程。
文档编号C22C38/12GK102676924SQ201210193609
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者冯文义, 周平, 孙新军, 李昭东, 李海方, 杨庚蔚, 汤化胜, 董瀚, 雍岐龙, 麻衡 申请人:钢铁研究总院