一种含硼铁素体-珠光体型高强韧非调质钢及热锻方法

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种含硼铁素体-珠光体型高强韧非调质钢及热锻方法。

背景技术：

1、具有铁素体-珠光体组织的微合金化非调质钢可应用于热锻领域，省去锻后热处理过程，实现节能降耗，是我国制造业发展的重要支撑材料。然而，高温热锻后的铁素体-珠光体组织一般比较粗大，并且由于热处理过程的省略，无法进一步细化组织，导致其韧性较低。好的强韧性匹配是构件轻量化和服役安全性的重要保障，所以铁素体-珠光体非调质钢的韧性提升是目前急需解决的关键问题。

2、针对上述问题，学界和工业界开展了诸多研究和实践，例如钛微合金化、锻造工艺控制、晶内铁素体技术等。在这其中，晶内铁素体技术是较为重要的一项突破。其通过在奥氏体晶粒内部创造形核点，使铁素体在冷却相变过程中不仅析出于奥氏体晶界，同时也析出于奥氏体晶内，从而细化热锻后的粗大组织，使得非调质钢的韧性有所提高。但是，块状晶内铁素体析出导致的晶界增加较为有限，因此与具有回火索氏体的调质钢相比，铁素体-珠光体型非调质钢的韧性仍然不足，需要开发可以进一步细化组织和提升韧性的新技术。

3、提高钢铁材料韧性的主要途径是细化显微组织，即增加钢中的大角度晶界。对于铁素体-珠光体钢，除了原始奥氏体晶粒尺寸外，需要考虑的另一关键因素是珠光体球团的尺寸。在晶内铁素体的研究实践中，相关学者发现晶内铁素体的析出温度低于晶界铁素体，处于“滞后”的状态，因此珠光体主要在晶界铁素体上形核。如果能够通过某种方法使晶界铁素体的析出滞后，让晶界和晶内铁素体处于同时析出的状态，则有望促进珠光体在晶界铁素体和晶内铁素体上的同时形核，增加珠光体的形核点，细化珠光体球团尺寸，提高钢的韧性。

技术实现思路

1、本发明公开了一种含硼铁素体-珠光体型高强韧非调质钢及热锻方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种含硼铁素体-珠光体型高强韧非调质钢，具有如下化学成分(质量百分数)：0.28％～0.32％ c、0.4％～0.6％ si、1.2％～1.5％ mn、0.1％～0.4％ cr、0.1％～0.3％ v、0.04％～0.06％ s、p≤0.01％、n≤0.005％，其余部分为fe和不可避免的杂质，还同时含有0.01wt％～0.03wt％ti、0.002wt％～0.006wt％o和0.001wt％～0.003wt％b；

3、进一步，所述非调质钢中的钛/氧质量比为4-8。

4、本发明另一目的提供一种上述的非调质钢的热锻方法，该热锻方法具体包括以下步骤：

5、s1)将含硼铁素体-珠光体型高强韧非调质钢坯加热至1200-1300℃，进行锻造成型；

6、s2)再以一定的速率冷却至室温，即得到非调质钢产品，其抗拉强度rm为850～900mpa，屈服强度rp0.2为600～650mpa，断后伸长率a为20％～25％，室温冲击韧性为40～60j/cm2。

7、进一步，所述s2)中的冷却速率为0.1～0.5℃/s。

8、进一步，所述热锻方法处理后的非调质钢的具有铁素体和珠光体，铁素体体积分数为15％～25％，珠光体球团平均尺寸低于30μm。

9、进一步，所述热锻方法处理后的非调质钢的珠光体在晶界铁素体和晶内铁素体上的同时形核，所述晶内铁素体形核核心mns-ti2o3复合颗粒。

10、基于上述技术思路，本发明提出向铁素体-珠光体型非调质钢中加入适量的硼元素，借助其晶界偏聚效应抑制晶界铁素体析出；并通过合理的化学成分设计，在钢中形成晶内铁素体的稳定形核核心，促进珠光体在晶界铁素体和晶内铁素体上的同时形核；获得了一种热锻用铁素体-珠光体型高强韧非调质钢。

11、本发明的技术要点具体说明如下：

12、(1)该非调质钢的碳含量(0.28wt％～0.32wt％)较低，且锰含量(1.2wt％～1.5wt％)较高，可获得适宜的铁素体和珠光体比例，并充分细化珠光体片层，提高强韧性。

13、(2)该非调质钢中含有适量的硼元素(0.001wt％～0.003wt％)，可在冷却相变过程中抑制并延迟晶界铁素体的析出，使晶内铁素体的析出不再滞后，促进珠光体在晶界铁素体和晶内铁素体上的同时形核，细化珠光体球团，提高钢的韧性。

14、(3)该非调质钢同时含有适量的锰、硫、钛、氧元素，可形成晶内铁素体的形核核心mns-ti2o3复合颗粒，本发明并没有采用中碳非调质钢的常见晶内铁素体形核核心mns-vn复合颗粒，因为mns-vn复合颗粒的形成需要向钢中加入0.001wt％以上的氮元素，这会导致形成氮化硼而消耗钢中的固溶硼，降低其对晶界铁素体析出的抑制作用。

15、本发明的有益效果：

16、(1)可获得优异的强韧性匹配，经高温(1200～1300℃)热锻后，其抗拉强度rm为850～900mpa，屈服强度rp0.2为600～650mpa，断后伸长率a为20％～25％，室温冲击韧性为40～60j/cm2，大幅度提升现有热锻用铁素体-珠光体非调质钢的性能水平，促进其在高端产品中的推广应用。

17、(2)与传统热锻用铁素体-珠光体非调质钢相比，本发明加入的钛、硼、氧等元素几乎不增加生产成本，具有显著的经济优势。

技术特征：

1.一种含硼铁素体-珠光体型高强韧非调质钢，其特征在于，所述非调质钢的各个组份的质量百分数为：0.28％-0.32％c、0.4％-0.6％si、1.2％-1.5％mn、0.1％-0.4％cr、0.1％-0.3％v、0.04％-0.06％s、0.01％-0.03％ti、0.001％-0.003％b、0.002％-0.006％o、p≤0.01％、n≤0.005％，其余为fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的非调质钢，其特征在于，所述非调质钢中的钛/氧质量比为4-8。

3.一种如权利要求1-2任意一项所述的非调质钢的热锻方法，其特征在于，所述热锻方法具体包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的热锻方法，其特征在于，所述s2)中的冷却速率为0.1～0.5℃/s。

5.根据权利要求3所述的热锻方法，其特征在于，所述热锻方法处理后的非调质钢的抗拉强度rm为850～900mpa，屈服强度rp0.2为600～650mpa，断后伸长率a为20％～25％，室温冲击韧性为40～60j/cm2。

6.根据权利要求3所述的热锻方法，其特征在于，所述热锻方法处理后的非调质钢的具有铁素体和珠光体，铁素体体积分数为15％～25％，珠光体球团平均尺寸低于30μm。

7.根据权利要求6所述的热锻方法，其特征在于，所述热锻方法处理后的非调质钢的珠光体在晶界铁素体和晶内铁素体上的同时形核，所述晶内铁素体形核核心mns-ti2o3复合颗粒。

技术总结
本发明公开了一种含硼铁素体‑珠光体型高强韧非调质钢及热锻方法，该非调质钢的质量百分数为：0.28％‑0.32％C、0.4％‑0.6％Si、1.2％‑1.5％Mn、0.1％‑0.4％Cr、0.1％‑0.3％V、0.04％‑0.06％S、0.01％‑0.03％Ti、0.001％‑0.003％B、0.002％‑0.006％O、P≤0.01％、N≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。通过加入适量的硼元素，借助其晶界偏聚效应抑制晶界铁素体析出；在钢中形成晶内铁素体的稳定形核核心，促进珠光体在晶界铁素体和晶内铁素体上的同时形核，大幅度提升现有热锻用铁素体‑珠光体非调质钢的性能水平。

技术研发人员：赵帆,谢建新,张志豪,刘新华,张世博
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/10