一种超细精钢的生产工艺和所制成的超细精钢 所属技术领域
本发明设计钢铁的热处埋和冷加工技术。背景技术
由于超细精钢具有高强度，同时又具有高韧性，因此超细精钢的开发就成了近几年世界范围非常重视的一个热门课题。日本于1997年就启动了包括信息、脑科学、地球科学和超细精钢科学在内的四个大型科研项目；中国于1998年末启动了包括超细精钢新一代钢铁材料重大基础研究项目；欧盟于1999年开展了超细精钢的研究。到目前为止超细精钢的研究，大都集中在热轧方法上，但明显的缺点是所需变形量太大(90％以上)，而失去实际应用价值。最近日本报道的最新的钢铁生产线，其最终的晶粒尺寸也在3μm以上，离真止的超细精钢还有一段距离。直到2001年，日本学者首次发现采用直接冷轧低碳马氏体后退火，可仅用50％的变形量，就可获得超细精钢，从而使超细精钢的生产向实际应用大大推进了一步，但是这种直接冷压马氏体的方法有其明显的不足：
1、马氏体的含碳量不应太高，如超过0.2％，其硬度将超过500HV而很难进行冷轧，容易出现开裂；
2、如含碳量太低，其淬透性、淬硬性都降低，从而限制其应用范围。发明内容
为了克服现有超细精钢生产技术中存在的难题，本发明提供了一种适于实用地超细精钢生产工艺，增大了钢的含碳量范围，进一步提高了超细精钢的机械性能。
本发明的解决方案是钢材先经过回火处理，而后用这种回火钢材进行冷轧，再经退火得到超细精钢，其生产工艺包括以下主要步骤：
1、碳钢或合金钢经淬火处理得到马氏体组织；
2、回火处理，控制其硬度在300～500HV；
3、低温冷轧，控制变形量在40～80％；
4、等温均匀退火得到具有均匀等轴铁素体晶粒的超细精钢。
本发明的首要特征是将钢材首先需要加热到850～1250℃，保温10～60分钟，而后淬火，对于不同含碳量的碳钢(包括低碳钢、中碳钢、高碳钢)和合金钢，所需淬火加热温度各不相同，需要根据钢材成分进行选择，其最佳的淬火温度如下所示： 钢材品种 最佳淬火温度 低碳钢 950～1250℃ 中碳钢 850～1150℃ 高碳钢 850～1100℃ 合金钢 900～1250℃
本发明的一个重要特征是钢材在冷轧之前，首先要进行回火处理。回火具有消除应力、降低硬度、增加压延性的作用。本发明是在150～650℃保温回火处理10～60分钟，控制其硬度在300～500HV。回火处理的温度高低及时间长短，也取决于钢材的成分，其最佳的回火温度如下所示： 钢材品种 最佳回火温度 低碳钢 150～200℃ 中碳钢 200～500℃ 高碳钢 300～600℃ 合金钢 150～650℃
无论低碳钢、中碳钢、高碳钢，还是合金钢，只要淬火后得到马氏体组织，就可以通过上述的回火处理，调整其硬度在300～500HV范围内，以增加其压延性，就可实施冷轧。由于钢材经过回火处理降低了钢材的硬度，消除或降低了钢材的内应力，因而也降低了对冷轧机压力要求，降低了冷开裂的发生。本发明的钢材冷轧其变形量为40～80％。
在本发明中由于冷轧的钢材是经过回火处理，因而对钢材中的含碳量可以提高到0.7％，从而也可以提高产品的机械性能。本发明通过对钢材冷轧工艺的改进来降低冷开裂的发生，提高冷轧质量。实验表明对于含碳量高的钢材，还可以通过多道次小变形量、多道次冷轧钢材方法进一步降低其冷开裂发生。
钢材经过冷轧后，接着在400～700℃的范围内进行等温退火，退火时间为30～120分钟，即可获得具有非常均匀的等轴铁素体晶粒的超细精钢产品。退火温度的选择同样受钢材成分的影响，各种碳钢和合金钢的最佳退火温度范围如下所示： 钢材品种 最佳退火温度 低碳钢 400～650℃ 中碳钢 500～700℃ 高碳钢 500～700℃ 合金钢 400～700℃
按本发明工艺制成的超细精钢显示了如下物理特性：具有非常均匀的等轴铁素体晶粒，其晶粒尺寸为0.5～1.2μm，硬度为200～300HV，抗拉强度可高达1100Mpa，晶粒的大小分布不受轧制方向影响。
本发明的优点是很明显的，由于本发明采用了回火钢材冷轧的新工艺：
1、解决了现有技术中钢材含碳量不能太高的难题，提高了钢材的含碳量，扩大了原料钢材的选择范围。
2、降低了冷轧机的压力，提高了产品的成品率。
3、钢材含碳量的增加，进一步增强超细精钢的抗拉强度，扩大了其应用范围。
4、用本发明的生产工艺可获得非常均匀的等轴铁素体晶粒，其晶粒尺寸可达到0.5～1.2μm，硬度可达200～300HV，抗拉强度可高达1100Mpa。具体实施方式
下面再用一些实例对本发明作进一步说明，当然并不局限在这几个实例之中：
实例1、用低碳钢制取超细精钢
低碳钢的成分为：C含量0.1％，Si含量0.315％，Mn含量1.01％。一块15mm低碳钢板加热至1000℃，保温60分钟后水淬；接着在150℃保温60分钟作回火处理，回火后钢材的硬度为410HV，随后进行冷轧成5.7mm左右的钢板，未发生开裂，其变形量为70％；然后在600℃等温退火60分钟，即可获得具有等轴铁素体晶粒的超细精钢，晶粒尺寸为1.2μm，硬度为210HV。
实例2、用中碳钢制取超细精钢
中碳钢的成分为：C含量0.39％，Si含量0.39％，Mn含量1.21％，B含量0.0039％。该中碳钢加热至900℃，保温30分钟后水淬，接着在400℃下保温60分钟，作回火处理，回火后钢材的硬度为400HV，随后进行多道次冷轧，变形量为69％，未发生开裂，然后在600℃等温退火30分钟左右，即可获得晶粒尺寸为0.5μm左右的等轴铁素体，硬度为300HV，抗拉强度可高达1100Mpa。
实例3、用高碳钢制取超细精钢
高碳钢的含碳量为0.6％。该高碳钢加热至900℃，保温30分钟后水淬，接着在500℃下保温60分钟作回火处理，回火后钢材的硬度为420HV，随后进行多道次小变形量冷轧，其变形量为70％，未开裂，然后在600℃等温退火40分钟左右，即可获得0.5μm左右晶粒的等轴铁素体，硬度在310HV以上。
实例4、用合金钢制取超细精钢
合金钢的成分为：C含量0.15％，Si含量0.3％，Mn含量1.0％，Ni含量0.033％。该合金钢加热至1100℃，保温60分钟后水淬，接着在250℃下保温60分钟作回火处理，回火后合金钢的硬度为390HV，随后进行冷轧，其变形量为68％，未发生开裂，然后在600℃等温退火60分钟，即可获得晶粒尺寸为1μm的等轴铁素体，硬度为200HV。