CN101210302A - 一种中低碳贝氏体高强高韧钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中低碳贝氏体高强高韧钢及其制造方法，包括如下步骤：1)成分质量百分比为，C 0.12～0.35、Mn 0.80～2.60、Si 0.80～2.0、Cr 0.5～1.5、Mo 0.1～0.5、V 0.05～0.2、Nb 0.01～0.2、B≤0.005、其余为Fe和不可表面杂质；2)在真空感应炉冶炼，按上述化学成分范围调整成分，带电浇注电极；3)电渣重熔，将电极重熔成钢锭，钢锭脱模后进退火炉退火，退火温度：650～720℃，保温10～15h炉冷至500℃空冷；4)锻造，开锻温度≥1100℃，终锻温度850～ 950℃，锻后空冷至400℃后小于50℃/小时冷却。本发明产品性能达到高强高韧钢要求，满足制造高强度、高韧性和较大截面的零部件的工程材料要求。

Description

一种中低碳贝氏体高强高韧钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及高强贝氏体钢，特别涉及一种中低碳贝氏体高强高韧钢及其制造方法。

背景技术

30CrMnSiA调质钢(淬火+高温回火)的力学性能要求：σb≥1080Mpa，σ0.2≥885Mpa，δ≥10％，φ≥45％，Ak≥39J，其多用于制造结构件和较大截面的零部件也是军工用量最多的钢种，如：火箭发射架的关键部件。

实际应用中发现：有的30CrMnSiA调制钢结构件(或零部件)因必须在露天焊接，焊后不能热处理，影响钢的性能，故，研制一个可以制造较大截面零部件的高强度工程材料用钢(其技术要求如下：σb≥1350Mpa，σ0.2≥1180Mpa，δ≥12％，φ≥45％，Ak≥50J)，代替30CrMnSiA调质钢是非常必要的。采用非调质高强度工程材料用钢，代替30CrMnSiA调质钢，是经济的，也是市场欢迎的。

分析表明：能满足高强度工程材料用钢(技术要求如下：σb≥1350Mpa，σ0.2≥1180Mpa，δ≥12％，φ≥45％，Ak≥50J)的非调质钢，基本属于高强贝氏体非调质钢。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种中低碳贝氏体高强高韧钢及其制造方法，可以制造较大截面的零部件及高强度工程材料，解决现有的非调制钢不能制造较大截面零部件的技术问题，产品性能达到高强高韧钢要求(σb≥1350Mpa，σ0.2≥1180Mpa，δ≥12％，φ≥45％，Ak≥50J)，满足制造高强度、高韧性和较大截面的零部件的工程材料要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种中低碳贝氏体高强高韧钢，其成分质量百分比为，

C     0.12～0.35

Mn    0.80～2.60

Si    0.80～2.0

Cr    0.50～1.5

Mo    0.1～0.5

V     0.05～0.2

Nb    0.01～0.2

B     ≤0.005

其余为Fe和不可表面杂质。

本发明采用C-Mn-Si-Cr-Mo-V-Nb-B，达到高强度、高韧性、高淬透性的综合性能要求，适用于高标准、大尺寸材的技术要求。

贝氏体钢是在中碳钢基础上加入一定量的锰、硅、和微量的钒、鈮等元素，其强化方式是沉淀强化、细晶粒强化和固熔强化。

碳，0.12～0.35％，中碳以获得较高的强度、硬度，保证空冷获得贝氏体组织，

锰，锰控制在0.80～2.60％左右，固熔强化作用、促进钒在高温下溶解提高钒的强化作用，同时提高锰的固熔强化作用来提高钢的强度，有利于获得贝氏体组织；

硅，控制在0.80～2.0％范围，以保证回火脆性温度提高到400℃以上；较高的硅含量是提高淬透性和贝氏体、马氏体组织的稳定性，使钢的回火稳定性提高；

铬，控制在0.5～1.5％，钼，控制在0.1～0.5％，铬钼降低贝氏体转变温度，使设计钢种在空冷也可以获得贝氏体，提高钢的淬透性和提高钢的抗回火稳定性；

钒，控制在0.05～0.2％，主要起到沉淀强化作用，析出细小弥散VC细化晶粒，提高强度和韧性；

铌，Nb，0.01～0.2％，阻碍奥氏体的再结晶析出NbC细化铁素体晶粒，提高强度和韧性；

硼，不超过0.005％，添加微量硼提高钢的淬透性，使大尺寸能够获得贝氏体和马氏体组织。

本发明的中低碳贝氏体高强高韧钢的制造方法，包括如下步骤：

1)中低碳贝氏体高强高韧钢，其成分质量百分比为，C 0.12～0.35、Mn0.80～2.60、Si 0.80～2.0、Cr 0.50～1.5、Mo 0.1～0.5、V 0.05～0.2、Nb 0.01～0.2、B≤0.005、其余为Fe和不可表面杂质；

2)在真空感应炉冶炼，当真空度小于4pa后，给电熔化，全熔后取化学成分分析试样，按上述化学成分范围调整成分，取成品样出钢，带电浇注电极；

3)电渣重熔，将电极重熔成钢锭；

4)退火温度650～720℃，保温10～15h，炉冷至500℃空冷；

5)锻造，开锻温度≥1100℃，终锻温度850～950℃，锻后空冷至400℃后小于50℃/小时冷却。

进一步，步骤5)小于50℃/小时冷却采用陪冷热料一起冷却，陪冷热料温度不低于400℃，防止冷却过快，保证钢在冷却过程中获得粒状贝氏体。

本发明的有益效果：

1.本发明的钢锻后空冷强度达到1360MPa，塑性达到19％，断面收缩率达到57％，冲击韧性89焦耳，与正火态相当，性能高于30CrMnSiA调质钢的标准，因此该钢可在非调质状态使用；

2.本发明的钢正火态的性能与淬火加低温回火的性能相当，强度均在1480Mpa以上，塑性在14％以上，断面收缩率大于50％，韧性80焦耳以上。因此，该钢可以在正火态或淬火加低温回火态使用，并且均具有较高的强韧性匹配，淬火温度范围860～950℃，回火温度范围：200～350℃

3.本发明的钢在零下60℃仍有62焦耳的冲击韧性，可在低温状态下使用；

4.本发明的钢正火状态力学性能远高于30CrMnSiA调质钢的实物水平；

5.本发明的钢的淬透性很高，可以用于制造较大截面的零件。

具体实施方式

本发明的实施例如下，

1、中低碳贝氏体高强高韧钢，其成分质量百分比为，C 0.12～0.35、Mn 0.80～2.60、Si 0.80～2.0、Cr 0.50～1.5、Mo 0.1～0.5、V 0.05～0.2、Nb0.01～0.2、B≤0.005、其余为Fe和不可表面杂质；

2、在真空感应炉冶炼，当真空度小于2.7Pa后，装料，150kw小功率给电，当真空度又达到2.7pa后给最大功率熔化，分五批加入纯铁和合金料，全熔后大功率保持5分钟提高温度，150kw保温15分钟停电取化学成分试样，结膜等成分，微量调整成份Cr、Mo、Si、V、Nb，高功率熔化后保持5分钟，充氩气6666pa，调C、B，加Mn，高功率熔化后保持5分钟，熔化后搅拌2～5分钟，取成品样出钢，带电浇注φ290毫米电极；

3、电渣重熔，将电极重熔成φ400毫米钢锭；

渣系：CaF₂∶Al₂O₃＝70％∶30％，渣料使用前按技术规程要求进行烘烤；渣量：20～80kg，熔速：3～8kg/min，电流2000～11000A，电压50～75V；冷却30～75分钟后脱模，进保温罩缓冷≥48～75小时后冷送退火；

4、退火温度650～720℃，保温10～15h，炉冷至500℃空冷；

5、锻造，开锻温度≥1100℃，终锻温度850～950℃，锻成φ130mm材料，锻后空冷至400℃后小于50℃/小时堆冷冷却。

6、取锻后空冷、锻后空冷至400℃后小于50℃/小时堆冷钢棒直接加工试样进行性能检验；取钢棒加工试样试样进行950℃空冷、油冷和900℃淬火+300℃回火热处理，检验试样力学性能。

实施例参见表1，热处理工艺参见表2，性能参见表3。

表1

单位：质量百分比

实施例	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo	B	Nb	V	Fe
												1	0.21	2.00	0.004	0.002	1.60	1.16	0.34	0.002	0.05	0.10	余量
2	0.21	2.02	0.004	0.003	1.63	1.16	0.45	0.001	0.05	0.06	余量
												3	0.21	0.90	0.006	0.002	1.90	1.16	0.34	0.005	0.05	0.10	余量
4	0.20	2.05	0.004	0.002	1.60	0.98	0.34	0.002	0.02	0.08	余量

5	0.25	1.75	0.006	0.002	1.45	0.80	0.18	0.003	0.035	0.12	余量
												6	0.25	1.75	0.006	0.002	1.45	0.80	0.18	0.003	0.035	0.12	余量
7	0.16	1.22	0.005	0.003	0.94	0.82	0.21	0.003	0.03	0.18	余量
												8	0.16	2.40	0.005	0.003	1.58	0.60	0.25	0.003	0.04	0.11	余量
9	0.12	2.40	0.005	0.003	1.58	1.40	0.25	0.003	0.15	0.11	余量
												10	0.34	1.21	0.005	0.003	0.98	0.98	0.23	0.003	0.03	0.12	余量

表2

实施例	950℃空冷	950℃油冷	900℃空冷+300℃空冷	锻后冷却制度
					1				锻后空冷至400℃堆冷
2	950℃空冷
					3		950℃油冷
4			900℃空冷+300℃空冷
					5				锻后空冷至400℃堆冷
6				锻后空冷
					7				锻后空冷
8				锻后空冷
					9				锻后空冷
10				锻后空冷至400℃堆冷

表3

实施例	σ0.2MPa	σbMPa	δ5％	ψ％	AkuJ	HRC
							1	1120	1370	19.5	57.0	89	42.0
2	1220	1590	16.0	54.5	90	44.0
							3	1270	1630	15.0	54.5	89	47.5
4	1280	1640	14.5	54.5	87	44.0
							5	1280	1510	16.0	52.0	78	43.0
6	1350	1650	13.0	50.5	72	45.0
							7	1180	1380	20.5	60.0	91	42.0
8	1190	1390	19.0	59.0	90	42.5
							9	1180	1350	18.0	62	89	42.0
10	1340	1740	13.0	51.0	71	48.0

由表可以看到该钢锻后空冷强度较低，塑韧性与正火态相当，性能高于30CrMnSiA标准；正火态的性能与淬火加低温回火的性能相同，均具有较高的强度和韧性；该钢的回火温度应控制350℃以下；零下60℃仍有62焦耳的冲击韧性；该钢正火状态力学性能达到设计要求，高于30CrMnSiA调质状态实物水平。

本发明钢的淬透性很高，可以用于制造较大截面的零件。

综上所述，本发明的中低碳贝氏体高强高韧钢及其制造方法，可以代替30CrMnSiA调质钢，制造较大截面的零部件及高强度工程材料，解决30CrMnSiA调质钢焊接后直接使用，造成力学性能降低的技木问题，及解决现有的非调制钢不能制造较大截面零部件的技术问题，产品性能达到高强高韧钢要求(σb≥1350Mpa，σ0.2≥1180Mpa，δ≥12％，φ≥45％，Ak≥50J)，满足制造高强度、高韧性和较大截面的零部件的工程材料要求。

Claims (3)

1.一种中低碳贝氏体高强高韧钢，其成分质量百分比为，

C     0.12～0.35

Mn    0.80～2.60

Si    0.80～2.0

Cr    0.50～1.5

Mo    0.1～0.5

V     0.05～0.2

Nb    0.01～0.2

B     ≤0.005

其余为Fe和不可表面杂质。

2.如权利要求1所述的中低碳贝氏体高强高韧钢的制造方法，包括如下步骤：

1)中低碳贝氏体高强高韧钢，其成分质量百分比为，C 0.12～0.35、Mn 0.80～2.60、Si 0.80～2.0、Cr 0.50～1.5、Mo 0.1～0.5、V  0.05～0.2、Nb 0.01～0.2、B≤0.005、其余为Fe和不可表面杂质；

2)在真空感应炉冶炼，当真空度小于4pa后，给电熔化，全熔后取化学成分分析试样，按上述化学成分范围调整成分，取成品样出钢，带电浇注电极；

3)电渣重熔，将电极重熔成钢锭；

4)退火温度650～720℃，保温10～15h，炉冷至500℃空冷；

5)锻造，开锻温度≥1100℃，终锻温度850～950℃，锻后空冷至400℃后小于50℃/小时冷却。

3.如权利要求2所述的中低碳贝氏体高强高韧钢的制造方法，包括如下步骤：步骤5)小于50℃/小时冷却采用陪冷热料一起冷却，陪冷热料温度不低于400℃。