CN102181788A

CN102181788A - 屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢及其生产方法

Info

Publication number: CN102181788A
Application number: CN 201110096170
Authority: CN
Inventors: 潘辉; 郭佳; 朱国森; 李明; 李飞; 武军宽
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Co Ltd; Shougang Corp
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明提供一种屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢及其生产方法，其化学成分(重量百分比)为：C：0.15～0.18％；Si：0.20-0.25％；Mn：0.85～1.25％；Cr：0.20～0.60％；Mo：0.45～0.65％；V：0.035～0.060％；Nb：0.015～0.020％；Ni：0～0.55％；Cu：0～0.035％；Al：0.01～0.06％；P：≤0.015％；S：≤0.01％；N：≤0.008％，其余为Fe及不可避免杂质。生产方法为：冶炼、铸造成铸坯；将铸坯加热至1150～1250℃，终轧温度为860～920℃；卷取温度为650～750℃；淬火加热温度为880～930℃，保温时间为20～90min，回火加热温度为100～450℃，保温时间大于90min，缓冷或空冷至室温。按本发明成分和工艺生产出的钢板，屈服强度为1150MPa～1230MPa，抗拉强度为1250MPa～1340MPa，延伸率为11％～13.5％，-40℃冲击功值为21J～34J。

Description

屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁材料的制造方法，特别涉及了一种屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢及其制造方法。

背景技术

增加材料的强度，以减轻构件重量是结构钢的发展方向。近年来，在工程机械、汽车车辆、煤炭机械等领域开始使用大量高强度钢取代传统强度钢，所用钢级越来越高。采用高强度钢制造工程机械的结构件、起重机的吊臂、汽车的梁结构和自卸车的车体等移动设备的构件，都会明显减轻设备自重，减少燃料消耗，提高工作效率，由此带来的经济效益非常可观。

屈服强度1100MPa-1200MPa级别超高强钢板目前国内尚无钢铁企业进行生产。专利申请号：200510024756介绍了一种屈服强度1100MPa以上超高强度钢板，添加了Ni、Cr、Cu、Mo等合金元素，采用的是在线淬火+回火生产工艺。采用在线淬火+回火工艺生产屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢热轧卷板，主要困难在于需要达到足够的冷速得到理想的淬火组织，因此对轧后冷却设备的能力要求极高；另外，由于采用在线淬火工艺，终冷温度相对较低，对卷取机能力要求高，设备损耗也相对较大；在卷板的开平矫直过程中，由于强度高、残余应力大，板形质量较难保证，对开平设备能力的要求极高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢及其生产方法，具有工艺路线简单易实现，对设备能力要求不高的特点。材料调质处理后屈服强度达到1100MPa-1200MPa强度级别，同时具有良好的延伸率和冲击韧性，可达到E级钢板性能水平。

本发明的技术解决方案是：

一种屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢的化学成分(重量百分比)为：

C：0.15～0.18％；Si：0.20-0.25％；Mn：0.85～1.25％；Cr：0.20～0.60％；Mo：0.45～0.65％；V：0.035～0.060％；Nb：0.015～0.020％；Ni：0～0.55％；Cu：0～0.035％；Al：0.01～0.06％；P：≤0.015％；S：≤0.01％；N：≤0.008％，其余为Fe及不可避免杂质。

屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢的生产方法包括以下工艺步骤：

(1)采用转炉或电炉冶炼，并进行炉外精炼对成分进行微调，其化学成分(重量百分比)：C：0.15～0.18％；Si：0.20-0.25％；Mn：0.85～1.25％；Cr：0.20～0.60％；Mo：0.45～0.65％；V：0.035～0.060％；Nb：0.015～0.020％；Ni：0～0.55％；Cu：0～0.035％；Al：0.01～0.06％；P：≤0.015％；S：≤0.01％；N：≤0.008％，其余为Fe及不可避免杂质。

(2)将铸坯加热至1150～1250℃，保温时间按照有效厚度1～1.5min/mm计算；

(3)采用多道次轧制将铸坯轧至目标厚度，终轧温度为860～920℃；

(4)轧后可不进行控制冷却，卷取温度为650～750℃；

(5)进行调制处理，淬火加热温度为880～930℃，保温时间为20～90min，回火加热温度为100～450℃，保温时间大于90min，缓冷至室温。

其中：

碳：碳是最经济的传统强化元素，但过多的碳对材料的塑性、韧性、焊接性能的影响较大。对于生产屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强度钢，本发明采用的碳含量为0.15％～0.18％。

硅：硅为固溶强化元素，但添加过高硅会对塑性和表面质量产生负面影响。本发明添加硅含量为0.20％～0.25％。

锰：锰具有固溶强化作用，同时可提高材料淬透性，是提高材料强度重要元素之一，但锰含量添加过高容易产生偏析并会降低材料韧性，恶化性能。本发明添加锰含量为0.85％～1.25％。

硫和磷：硫和磷元素为钢中有害元素，对材料韧性和塑性有不利影响。本发明限定了硫含量应控制在0.01％以内，磷含量应控制在0.015％以内。

铝：铝为脱氧元素，减少钢种氧化物夹杂，同时具有一定的晶粒细化效果。本发明添加铝含量为0.01％～0.06％。

铬：提高材料淬透性重要元素，可细化组织，提高材料强度、硬度和耐磨性，并可减少焊接裂纹倾向。本发明添加0.20％～0.60％的铬元素。

钼：钼可提高材料淬透性，控制相变组织，细化晶粒，可提高材料塑性和强度。本发明添加了0.45％～0.65％钼元素。

钒：钒是钢的优良脱氧剂，具有析出强化和固溶强化作用，可提高强度和韧性。本发明添加了0.035～0.060％钒元素。

镍：镍可提高材料的强度、抗回火软化性和低温冲击韧性。本发明添加0～0.55％镍元素。

铜：铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5％塑性显著降低。一般认为，当铜含量小于0.50％对焊接性无影响。本发明添加0～0.035％Cu。

氮：氮含量过高会严重恶化材料的塑性和韧性。本发明限定氮含量应小于0.008％。

本发明专利采用的加热温度为1150℃～1250℃，保证奥氏体均匀化及合金元素充分溶解和均匀化；终轧温度采用860℃～920℃，高温终轧有利于减小轧机负荷，保证轧制过程稳定进行；轧后可不进行控制冷却，卷取温度为650℃～750℃；然后对钢板进行调质处理，淬火加热温度为880℃～930℃，保温20～90分钟；回火温度为100℃～450℃，保温时间大于90分钟。

本发明专利采用的是调质处理工艺路线生产屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢，优点是在热轧卷板的轧制过程中可选择较高的轧制温度，减少轧机负荷，保证轧制稳定进行；轧后可不进行控制冷却，可选择较高的卷取温度，设备损耗相对较低。由于热轧态强度的降低，对开平线的能力要求不高，保证了开平过程顺利进行。轧后通过钢板的调质处理使屈服强度上升到1100MPa-1200MPa级超高强钢强度等级要求，同时兼具一定的塑韧性。与采用TMCP直接轧制+回火工艺路线相比，本专利采用的淬火+回火工艺生产超高强钢板还具有更好的通卷性能均匀性及更好的板形质量，更易于工业实施。专利采用调质处理工艺路线，生产屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强度级别钢板，材料同时具有良好的延伸率和优良的低温冲击韧性，延伸率为11％～13.5％，-40℃冲击功值为21J～34J(冲击试样尺寸：5mm*10mm*55mm)。本发明专利生产屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢生产工序简单易实现，可操作性强，具有良好的工业应用前景。

附图说明：

图1为本发明生产的屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢金相组织照片。

具体实施方式：

本发明专利的具体实施例如下：

采用50kg真空小炉进行冶炼，成分如表1所示：

表1.实施例实际化学成分(wt％)

编号	C	Si	Mn	P≤	S≤	Alt	Cr	V	Nb	Mo	Ni
												1#	0.17	0.21	0.90	0.010	0.009	0.035	0.55	0.035	0.016	0.41	0.50
2#	0.18	0.20	0.95	0.009	0.007	0.038	0.52	0.048	0.015	0.48	0.43
												3#	0.16	0.25	0.85	0.011	0.010	0.027	0.44	0.040	0.020	0.46	0.55
4#	0.17	0.22	1.20	0.009	0.008	0.035	0.44	0.050	0.018	0.53	0.24
												5#	0.17	0.21	1.15	0.010	0.007	0.037	0.40	0.058	0.020	0.55	0.20
6#	0.16	0.20	1.10	0.008	0.009	0.030	0.48	0.055	0.017	0.47	0.25
												7#	0.15	0.20	1.23	0.011	0.008	0.028	0.27	0.054	0.015	0.66
8#	0.18	0.23	1.10	0.011	0.010	0.026	0.30	0.045	0.017	0.61
												9#	0.17	0.20	1.25	0.010	0.008	0.032	0.21	0.058	0.016	0.60

将50kg小炉冶炼铸坯锻造成钢锭放入电炉中加热至1200℃，保温90分钟以上；采用多道次轧制将铸坯轧至目标厚度8mm，终轧温度860℃～920℃；轧后空冷至650～750℃，入保温炉模拟钢卷卷取保温过程。对钢板进行调制处理，淬火加热温度为880～930℃，保温时间为20～90min，回火加热温度为100～450℃，保温时间为90-180min，缓冷至室温。具体生产工艺参数如下表所示：

将调质处理后钢板进行纵向拉伸、冲击试验取样，进行力学试验。

按本发明成分和工艺生产出的钢板，屈服强度为1150MPa～1230MPa，抗拉强度为1250MPa～1340MPa，延伸率为11％～13.5％，-40℃冲击功值为21J～34J(冲击试样尺寸：5mm*10mm*55mm)。具体力学性能如下表所示：

Claims

1.一种屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢，其化学成分按重量百分比为：C：0.15～0.18％；Si：0.20-0.25％；Mn：0.85～1.25％；Cr：0.20～0.60％；Mo：0.45～0.65％；V：0.035～0.060％；Nb：0.015～0.020％；Ni：0～0.55％；Cu：0～0.035％；Al：0.01～0.06％；P：≤0.015％；S：≤0.01％；N：≤0.008％，其余为Fe及不可避免杂质。

2.一种屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢的生产方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：

(1)采用转炉或电炉冶炼，并进行炉外精炼对成分进行微调，其化学成分按重量百分比为：C：0.15～0.18％；Si：0.20-0.25％；Mn：0.85～1.25％；Cr：0.20～0.60％；Mo：0.45～0.65％；V：0.035～0.060％；Nb：0.015～0.020％；Ni：0～0.55％；Cu：0～0.035％；Al：0.01～0.06％；P：≤0.015％；S：≤0.01％；N：≤0.008％，其余为Fe及不可避免杂质；

(4)轧后可不进行控制冷却，卷取温度为650～750℃；

(5)进行调制处理，淬火加热温度为880～930℃，保温时间为20～90min，回火加热温度为100～450℃，保温时间为大于90min，缓冷至室温。