钒硼微合金化高强钢及其热处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种钒硼微合金化高强钢的热处理工艺，包括：预淬火、亚温淬火和低温回火，得到的所述钒硼微合金化高强钢的化学成分的质量百分含量包括：C≤0.25%、Mn≤1.7%、Si≤0.8%、S≤0.03%、P≤0.03%、V≤0.1%、B0.001%-0.003%，余量为Fe和杂质。本发明还公开了一种钒硼微合金化高强钢的热处理工艺，包括：预淬火、亚温淬火和低温回火。本发明的钒硼微合金化高强钢具有优良的力学性能，可以应用在板材产品、建材产品及特殊性能用钢产品上。本发明的热处理方法使钢的强度显著增加，同时具有良好的延性。
【专利说明】钒硼微合金化高强钢及其热处理工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢铁材料热处理【技术领域】，具体地说，涉及一种钒硼微合金化高强钢及其热处理工艺。
【背景技术】
[0002]在钢材产品的生产过程中，通常采用一定的热处理工艺改善钢的性能。亚温淬火又称临界区淬火，是将具有平衡态或非平衡态原始组织的亚共析结构钢加热至铁素体与奥氏体共存的两相区(即临界区温度区间)，保温一定时间，然后进行淬火的热处理工艺。与常规完全淬火工艺不同，亚温淬火的加热温度在相变点Acl、Ac3之间，较常规完全淬火降低50~100°C。亚温淬火温度较低，但是亚温淬火不能得到较高的屈服强度，因此钢的屈强比较低，强度较低，疲劳寿命较低。因此，需要对钢的成分进行调整，采用改进的热处理工艺来提高钢的强度。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种钒硼微合金化高强钢，具有较好的力学性倉泛。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]一种钒硼微合金化高强钢，其材料的化学成分的质量百分含量包括:C ( 0.25%、Mn ( 1.7%、Si ( 0.8%、S ( 0.03%,P ( 0.03%、V ( 0.1%、B0.001%-0.003%，余量为 Fe 和杂质。
[0006]进一步，所述钒硼微合金化高强钢的材料的化学成分的质量百分含量为:C0.21%、Mnl.35%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.07%、B0.0018% ;或者，C0.25%、Mnl.50%、Si0.45%、S0.02%,P0.015%,V0.09%,B0.0025% ;或者，C0.24%、Mnl.7%、Si0.8%,S0.03%,P0.03%,V0.1%、B0.003% ;或者，C0.22%、Mnl.40%、Si0.40%、S0.01%、P0.015%、V0.08%、B0.001%。
[0007]本发明所要解决的另一技术问题是提供一种钒硼微合金化高强钢的热处理工艺，可以生产具有较好力学性能的钒硼微合金化高强钢。
[0008]本发明的另一技术方案如下:
[0009]一种钒硼微合金化高强钢的热处理工艺，包括:预淬火、亚温淬火和低温回火，得到的所述钒硼微合金化高强钢的化学成分的质量百分含量包括:c ≤ 0.25%、Mn ≤1.7%、Si ≤0.8%、S ≤ 0.03%、P ≤ 0.03%、V≤0.1%、B0.001%-0.003%,余量为 Fe 和杂质。
[0010]进一步:所述预淬火的加热温度为900-940°C，在900-940°C保温60-180分钟，然
后水淬。
[0011]进一步:所述亚温淬火的加热温度为780°C -820°c，在780°C _820°C保温时间为30-120分钟，然后水淬。
[0012]进一步:所述低温回火的回火温度为200-240°C，在200-240°C保温时间为60-300
分钟，然后随炉冷却。[0013]进一步，得到的所述钒硼微合金化高强钢的化学成分的质量百分含量包括:C0.21%、Mnl.35%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.07%、B0.0018% ;或者，C0.25%、Mnl.50%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.09%、B0.0025% ；或者，C0.24%、Mnl.7%、Si0.8%、S0.03%、P0.03%、V0.1%、B0.003% ；或者，C0.22%、Mnl.40%、Si0.40%、S0.01%、P0.015%、V0.08%、B0.001%。
[0014]本发明的技术效果如下:
[0015]1、本发明的钒硼微合金化高强钢具有优良的力学性能，抗拉强度达到1200-1320MPa,屈服强度 950_1050MPa，延伸率 19-24%。
[0016]2、本发明的钒硼微合金化高强钢可以应用在板材产品、建材产品及特殊性能用钢产品上。
[0017]3、本发明的热处理方法使钢的强度显著增加，同时具有良好的延性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明钒硼微合金化高强钢热处理工艺的流程图；
[0019]图2为本发明钒硼微合金化高强钢热处理工艺的示意图；
[0020]图3为本发明实施例1圆钢棒热轧态的金相组织图；
[0021]图4为本发明实施例1预淬火后圆钢棒的金相组织图；
[0022]图5为本发明实施例1亚温淬火后圆钢棒的金相组织图；
[0023]图6为本发明实施例1低温回火后圆钢棒的金相组织图。
【具体实施方式】
[0024]本发明初始钢材材料的化学成分质量百分含量为C≤0.25%、Mn ≤ 1.7%、Si ≤0.8%、S ≤ 0.03%、P ≤0.03%、V ≤ 0.1%、B0.001%-0.003%，余量为 Fe 和杂质。本发明为显著提高钢材的力学性能，添加硼元素这种高淬透性元素。为了防止硼化物沿奥氏体晶界析出而形成断续的网，钢中硼的最佳留存量为0.001%~0.003%。固溶的钒可以提高钢的淬透性，V (C、N)析出物可以明显提高钢的耐高温性能。
[0025]如图1和2所示，分别为本发明钒硼微合金化高强钢热处理工艺的流程图和示意图。本发明热处理工艺的步骤如下:
[0026]步骤S1:预淬火
[0027]预淬火的加热温度为900_940°C，在900_940°C保温60-180分钟，然后进行水淬。
[0028]步骤S2:亚温淬火
[0029]亚温淬火的加热温度为780°C _820°C，在780°C _820°C保温30-120分钟，然后进
行水淬。
[0030]步骤S3:低温回火
[0031]低温回火的回火温度为200-240°C，在200-240°C保温60-300分钟，然后该高强钢
随炉冷却。
[0032]经过上述热处理工艺得到钒硼微合金化高强钢。经过上述热处理后的钒硼微合金化高强钢材料的化学成分质量百分含量为C≤0.25%、Mn ≤ 1.7%、Si ≤0.8%、S≤0.03%、P ≤ 0.03%、V≤0.1%、B0.001%-0.003%,余量为 Fe 和杂质。[0033]实施例1
[0034]实施例1为018的圆钢棒。该圆钢棒的化学成分质量百分含量为:C0.21%、Mnl.35%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.07%、B0.0018%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。如图3所示，为本发明实施例1圆钢棒热轧态的金相组织图。从图3可以看出，该热轧态的金相组织为铁素体和珠光体。
[0035]用Formaster-F自动相变仪测定实施例1钢的临界相变温度，分别为钢加热时开始形成奥氏体的温度Acl、亚共析钢加热时所有铁素体都转变为奥氏体的温度Ac3、钢高温奥氏体化后冷却时奥氏体分解为铁素体和珠光体的温度Arl、亚共析钢高温奥氏体化后冷却时铁素体开始析出的温度Ar3。实施例1的Acl=724°C、Ac3=863°C、Arl=605°C和Ar3=750°C。
[0036]将018的圆钢棒进行热处理，具体过程如下:
[0037]将018的圆钢棒预淬火。预淬火的温度为900°C并在900°C保温60min，然后水淬。将圆钢棒试样打磨后抛光，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察。如图4所示，为本发明实施例1预淬火后圆钢棒的金相组织图。从图4可以看出，该组织为马氏体。再将圆钢棒试样亚温淬火。亚温淬火的温度为780°C并在780°C保温50min，然后水淬。将圆钢棒试样打磨后抛光，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察。如图5所示，为本发明实施例1亚温淬火后圆钢棒的金相组织图。从图5可以看出，该金相组织为马氏体、贝氏体和铁素体。然后将圆钢棒试样低温回火。低温回火的温度为200°C并在200°C保温120min，然后随炉冷却。将圆钢棒试样打磨后抛光，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察。如图6所示，为本发明实施例1低温回火后圆钢棒的金相组织图。从图6可以看出，该金相组织为贝氏体、铁素体和回火马氏体。
[0038]经过上述步骤得到实 施例1的钒硼微合金化高强钢材料的化学成分质量百分含量为:C0.21%、Mnl.35%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.07%、B0.0018%，余量为 Fe 和不可避
免的杂质。
[0039]用图像分析仪测定实施例1钒硼微合金化高强钢铁素体和马氏体两相的相对量，测量结果见表1。在拉力试验机上对实施例1的钒硼微合金化高强钢进行拉力试验。其力学性能检测值见表2。
[0040]实施例2
[0041]实施例2为025的圆钢棒。该圆钢棒的化学成分质量百分含量为:C0.25%、Mnl.50%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.09%、B0.0025%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。该圆钢棒的规格较之实施例1的规格大，提高淬透性元素含量(C、V、Mn、B)是该钢化学成分的设计思路，该热轧态的金相组织为铁素体和珠光体。
[0042]用Formaster-F自动相变仪测定实施例2钢的临界相变温度，分别为钢加热时开始形成奥氏体的温度Acl、亚共析钢加热时所有铁素体都转变为奥氏体的温度Ac3、钢高温奥氏体化后冷却时奥氏体分解为铁素体和珠光体的温度Arl、亚共析钢高温奥氏体化后冷却时铁素体开始析出的温度Ar3。实施例2的Acl=725°C、Ac3=860°C、Arl=606°C和Ar3=745°C。
[0043]将O 25的圆钢棒进行热处理，具体过程如下:
[0044]将025的圆钢棒预淬火。预淬火的温度为920°C并在920°C保温60min，然后水淬。将圆钢棒试样打磨后抛光，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察，预淬火后圆钢棒的金相组织为马氏体。再将圆钢棒试样亚温淬火，亚温淬火的温度为800°C并在800°C保温60min，然后水淬。将圆钢棒试样打磨后抛光，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察，该金相组织为马氏体、贝氏体和铁素体。然后将圆钢棒试样低温回火。低温回火的温度为230°C并在230°C保温120min，然后随炉冷却。将圆钢棒试样打磨后抛光，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察，该金相组织为贝氏体、铁素体和回火马氏体。
[0045]经过上述步骤得到实施例2的钒硼微合金化高强钢材料的化学成分质量百分含量为:C0.25%、Mnl.50%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.09%、B0.0025%,余量为 Fe 和不可避免的杂质。
[0046]用图像分析仪测定实施例2钒硼微合金化高强钢铁素体和马氏体两相的相对量，测量结果见表1。在拉力试验机上对实施例2的钒硼微合金化高强钢进行拉力试验。其力学性能检测值见表2。
[0047]实施例3
[0048]实施例3为025的圆钢棒。该圆钢棒的化学成分质量百分含量为:C0.24%、Mnl.7%,Si0.8%,S0.03%,P0.03%、V0.1%、B0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。该圆钢棒的规格较之实施例1的规格大，提高淬透性元素含量(C、V、Mn、B)是该钢化学成分的设计思路，该热轧态的金相组织为铁素体和珠光体。
[0049]用Formaster-F自动相变仪测定实施例3钢的临界相变温度，分别为钢加热时开始形成奥氏体的温度Acl、亚共析钢加热时所有铁素体都转变为奥氏体的温度Ac3、钢高温奥氏体化后冷却时奥氏体分解为铁素体和珠光体的温度Arl、亚共析钢高温奥氏体化后冷却时铁素体开始析出的温度Ar3。实施例2的Acl=725°C、Ac3=862°C、Arl=604°C和Ar3=748°C。
[0050]将O 25的圆钢棒进行热处理，具体过程如下:
[0051]将025的圆钢棒预淬火。预淬火的温度为940°C并在940°C保温120min，然后水淬。将圆钢棒试样打磨后抛光，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察，预淬火后圆钢棒的金相组织为马氏体。再将圆钢棒试样亚温淬火，亚温淬火的温度为810°C并在810°C保温30min，然后水淬。将圆钢棒试样打磨后抛光，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察，该金相组织为马氏体、贝氏体和铁素体。然后将圆钢棒试样低温回火。低温回火的温度为220°C并在220°C保温300min，然后随炉冷却。将圆钢棒试样打磨后抛光，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察，该金相组织为贝氏体、铁素体和回火马氏体。
[0052]经过上述步骤得到实施例3的钒硼微合金化高强钢材料的化学成分质量百分含量为:C0.24%、Mnl.7%、Si0.8%、S0.03%、P0.03%、V0.1%、B0.003%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
[0053]用图像分析仪测定实施例3钒硼微合金化高强钢铁素体和马氏体两相的相对量，测量结果见表1。在拉力试验机上对实施例3的钒硼微合金化高强钢进行拉力试验。其力学性能检测值 见表2。
[0054]实施例4
[0055]实施例4为018的圆钢棒。该圆钢棒的化学成分质量百分含量为:C0.22%、Mnl.40%、Si0.40%、S0.01%,P0.015%、V0.08%,B0.001%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。该热
轧态的金相组织为铁素体和珠光体。
[0056]用Formaster-F自动相变仪测定实施例4钢的临界相变温度，分别为钢加热时开始形成奥氏体的温度Acl、亚共析钢加热时所有铁素体都转变为奥氏体的温度Ac3、钢高温奥氏体化后冷却时奥氏体分解为铁素体和珠光体的温度Arl、亚共析钢高温奥氏体化后冷却时铁素体开始析出的温度Ar3。实施例1的Acl=723°C、Ac3=861°C、Arl=607°C和Ar3=751°C。
[0057]将018的圆钢棒进行热处理，具体过程如下:
[0058]将O 18的圆钢棒预淬火。预淬火的温度为910°C并在910°C保温180min，然后水淬。将圆钢棒试样打磨后抛光，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察，预淬火后圆钢棒的金相组织为马氏体。再将圆钢棒试样亚温淬火。亚温淬火的温度为820°C并在820°C保温120min，然后水淬。将圆钢棒试样打磨后抛光，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察，该金相组织为马氏体、贝氏体和铁素体。然后将圆钢棒试样低温回火。低温回火的温度为240°C并在240°C保温60min，然后随炉冷却。将圆钢棒试样打磨后抛光，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察，该金相组织为贝氏体、铁素体和回火马氏体。
[0059]经过上述步骤得到实施例4的钒硼微合金化高强钢材料的化学成分质量百分含量为:C0.22%、Mnl.40%、Si0.40%、S0.01%、P0.015%、V0.08%、B0.001%，余量为 Fe 和不可避
免的杂质。
[0060]用图像分析仪测定实施例4钒硼微合金化高强钢铁素体和马氏体两相的相对量，测量结果见表1。在拉力试验 机上对实施例4的钒硼微合金化高强钢进行拉力试验。其力学性能检测值见表2。
[0061]表1本发明各实施例的铁素体和马氏体两相的相对量(％)
[0062]
【权利要求】
1.一种钒硼微合金化高强钢，其特征在于，其材料的化学成分的质量百分含量包括:C ≤ 0.25%、Mn ( 1.7%、Si ( 0.8%、S ≤0.03%、P ≤0.03%、V^0.1%、B0.001%-0.003%,余量为Fe和杂质。
2.如权利要求1所述的钒硼微合金化高强钢，其特征在于，其材料的化学成分的质量百分含量为:C0.21%、Mnl.35%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.07%、B0.0018% ;或者，C0.25%、Mnl.50%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.09%、B0.0025% ;或者，C0.24%、Mnl.7%、Si0.8%、S0.03%、P0.03%、V0.1%、B0.003% ；或者，C0.22%、Mnl.40%、Si0.40%、S0.01%、P0.015%、V0.08%、B0.001%。
3.一种钒硼微合金化高强钢的热处理工艺，其特征在于，包括:预淬火、亚温淬火和低温回火，得到的所述钒硼微合金化高强钢的化学成分的质量百分含量包括:c ( 0.25%、Mn ( 1.7%、Si ( 0.8%、S ( 0.03%,P ( 0.03%、V ( 0.1%、B0.001%-0.003%，余量为 Fe 和杂质。
4.如权利要求3所述的钒硼微合金化高强钢的热处理工艺，其特征在于:所述预淬火的加热温度为900-940°C，在900-940°C保温60-180分钟，然后水淬。
5.如权利要求3所述的钒硼微合金化高强钢的热处理工艺，其特征在于:所述亚温淬火的加热温度为780°C -820°C，在780°C _820°C保温时间为30-120分钟，然后水淬。
6.如权利要求3所述的钒硼微合金化高强钢的热处理工艺，其特征在于:所述低温回火的回火温度为200-240°C，在200-240°C保温时间为60-300分钟，然后随炉冷却。
7.如权利要求3~6任一项所述的钒硼微合金化高强钢的热处理工艺，其特征在于，得到的所述钒硼微合金化高强钢的化学成分的质量百分含量包括:C0.21%、Mnl.35%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.07%、B0.0018% ;或者，C0.25%、Mnl.50%、Si0.45%、S0.02%、P0.015%、V0.09%、B0.0025% ；或者，C0.24%、Mnl.7%、Si0.8%、S0.03%、P0.03%、V0.1%、B0.003% ;或者，C0.22%、Mnl.40%、Si0.40%、S0.01%、P0.015%、V0.08%、B0.001%。
【文档编号】C22C38/04GK103589950SQ201310532733
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】冯岩青, 康利明 申请人:内蒙古包钢钢联股份有限公司