CN102978534A

CN102978534A - 一种高强度高韧性合金钢的制造方法

Info

Publication number: CN102978534A
Application number: CN2012104375214A
Authority: CN
Inventors: 葛艳明; 袁志伟
Original assignee: Jiangsu Jinyuan Forging Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Jinyuan High-end Equipment Co., Ltd.
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: CN102978534B

Abstract

本发明公开了一种高强度高韧性合金钢的制造方法，包括步骤：采用铁水预脱硫，在真空感应炉上冶炼所述合金钢；合金钢经冶炼浇铸成锭后依次进行初轧轧制和精轧轧制；经所述初轧轧制和精轧轧制后空冷；对空冷后的合金钢进行均质化热处理、热加工、退火、淬火、回火热处理。

Description

一种高强度高韧性合金钢的制造方法

技术领域

本发明属于合金钢领域，特别是涉及一种高强度高韧性合金钢的制造方法。

背景技术

在现有技术中，合金钢的碳含量都较高，例如美国材料与试验协会标准ASTMA709/A709M-01b中的100、100W钢，其碳含量大于0.10％，这种合金钢虽然具有高强度，但其韧性、焊接性能都较差。专利申请号为2004100967957公开了一种合金钢。该合金钢的采用TMCP+RPC+SQ方法进行生产，得到的是抗拉强度级别为800MPa级别的高强度钢，并且该钢以淬火状态交货，但该合金钢的残余应力较大，另外该合金钢中不含Cr，因而耐候性能较差。专利申请号为200410061112.4也公开了一种合金钢，但该合金钢并未添加微量元素硼，因此该合金钢的抗拉强度仅为590～650MPa

发明内容

针对现在高强度合金钢存在碳含量高，韧性、耐候性能较差、抗拉强度低的问题，本发明提供一种合金钢的制造方法，通过该方法制得的合金钢不仅具有高强度，而且还具有优异的韧性，钢板沿板厚方向上的微观组织和力学性能均匀的抗拉强度为700MPa级的高强度高韧性合金钢，钢的成分设计简单，与传统调质高强度钢相比，钢的碳含量极低，因而其组织均匀性和力学均匀性较好，钢板的韧性、耐候性能优异。

合金钢中各化学组成成分的主要作用为：

碳是钢的主要强化元素，它通过固溶和形成碳化物的方式提高钢的抗拉强度。加碳还可增加钢的变硬化指数，降低屈强比，从而提高钢的动态性能。但过多的碳会造成断裂韧性降低，并使焊接性能变差。

Si可推迟低温回火脆性的产生，同时起固溶强化作用，含量低效果不好，过高会降低钢的塑性。

Ni可提高基体韧性，适量的Ni与Mn可形成少量残余奥氏体，从而提高钢的塑韧性，过多则使强度下降。同时Ni与Cr、Mo可保证钢所必须的淬透性。

Mn与Ni一样，都有利于形成残余奥氏体，提高钢的韧性，故以Mn代部分Ni。

Cr与Ni、Mo共同作用可显著提高钢的淬透性，并可阻止残余奥氏体的分解。

Mo可提高钢的淬透性，防止回火脆性的产生，同时可降C的活度，阻止碳化物聚集，保持钢的强度

加入少量Nb可有效地细化晶粒，从而提高钢的强度和塑韧性。

因此，本发明提出的制造方法所得的高强度高韧性合金钢的化学成分如下（重量百分比，下同）：碳：0.14～0.19wt％、硅：0.20～0.33wt％、硼：0.02～0.05wt％、锰：0.85%～1.30wt％、磷：≤0.02wt％、硫：0.015～0.02wt％、铬：0.08～0.1wt％、钒：0.6～0.2wt％、镍：0.30～0.50wt％、铜：0.2～0.3wt％、钼：0.02～0.08wt％、钛：≤0.2wt%、铌：≤0.06wt%，余量为铁。

具体实施方式

为了更加清楚地说明本发明的技术方案，通过下文描述的实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明提出的高强度高韧性合金钢的制造方法包括如下步骤：

（1）采用铁水预脱硫，在真空感应炉上冶炼所述合金钢，该合金钢的其具体化学成分为：碳：0.14～0.19wt％、硅：0.20～0.33wt％、硼：0.02～0.05wt％、锰：0.85%～1.30wt％、磷：≤0.02wt％、硫：0.015～0.02wt％、铬：0.08～0.1wt％、钒：0.6～0.2wt％、镍：0.30～0.50wt％、铜：0.2～0.3wt％、钼：0.02～0.08wt％、钛：≤0.2wt%、铌：≤0.06wt%，余量为铁。

（2）步骤（1）所得的合金钢经冶炼浇铸成锭后依次进行初轧轧制和精轧轧制；其中，初轧开轧温度≥1150℃，精轧开轧温度≤900℃，精轧结束温度≤800℃，累计压下率≥45％，经所述初轧轧制和精轧轧制后空冷；

（3）对空冷后的合金钢进行均质化热处理、热加工、退火、淬火、回火热处理，其中：钢锭均质化热处理温度1250℃，时间7小时；热加工加热温度1180-1200℃，加热时间90分钟；退火温度700℃，退火时间1小时；淬火温度900℃，加热时间1小时、回火温度250℃，回火时间4小时。

本发明提出的高强度高韧性合金钢的制造方法中，通过选择合适含量的各化学成分，从而可以得到高强度高韧性的合金钢；具体化学成分的设定说明如下：

Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，同时也是钢中的脱氧元素，本发明Si含量在0.20％～0.33wt％，优选0.25wt%。

Mn含量选择在0.85％～1.30wt％，Mn是重要的强韧化元素，对贝氏体转变有较大的促进作用。但太高的Mn有损于钢的韧性，而太低的Mn则不能保证钢板的强度，本发明优选的Mn含量为：1wt%。

P含量为：≤0.02wt％，P的高含量会大幅度提高钢的耐候性，并可通过P的适量合理偏聚，弥补极低碳钢晶间强度降低的不足。因此在合金钢领域，P的含量一般都不宜过低，本发明优选P的含量是：0.02wt%。

S的含量为0.015～0.02wt％，高的S含量不仅会使钢板纵横向性能产生明显差异，同时也降低合金钢的低温韧性，而且硫化物夹杂会使合金钢的耐候性能也明显降低，本发明优选的S含量为0.018wt%

Ni能提高淬透性，具有一定的强化作用，还能显著地改善钢材的低温韧性。使基材和焊接热影响区低温韧性大幅度提高。Ni还能有效阻止Cu的热脆引起的网裂。Ni可显著提高钢的耐候性能。其加入量小于0.10％，则Ni起不到作用，但含量过高易造成钢板氧化铁皮难以脱落且增加钢的成本。因此本发明中Ni的适宜量为0.30～0.50wt％，本发明优选Ni含量为0.4wt%。

Mo的含量为0.02～0.08wt％。Mo能增加淬透性，显著提高钢的强度。但过高的Mo会使钢的低温韧性显著恶化。过量的Mo也会在焊接时形成马氏体，导致焊接接头脆性的增加。本发明优选的Mo含量为：0.05wt%。

Nb是强碳氮化合物形成元素，能提高钢的奥氏体再结晶温度。奥氏体可以在更高的轧制温度下进行轧制，此外Nb在轧制过程中通过Nb的碳氮化物的应变诱导析出可以钉扎奥氏体晶粒，细化奥氏体晶粒并提高强度及低温韧性。本发明中Nb的适宜量为≤0.06wt%。

Ti是强氮化物形成元素，Ti的氮化物能有效地钉扎奥氏体晶界，因此有助于控制奥氏体晶粒的长大，本发明中，Ti的适宜含量控制在≤0.2wt%。

本发明提出的高强度高韧性合金钢的制造方法得到的合金钢，其具有高强度，高韧性以及耐候性能优异等特点，可以广泛应用于各种领域。

虽然已经描述了本发明的一些具体实施例，但是其并非用于限定本发明，本发明的保护范围由所附的权利要求来限定，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求保护范围的情况下，可以对本发明做出各种修改。

Claims

1.一种高强度高韧性合金钢的制造方法，包括步骤：

2.如权利要求1所述的高强度高韧性合金钢的制造方法，其中，S i含量在0.20％～0.33wt％，优选0.25wt%；Mn含量选择在0.85％～1.30wt％，优选1wt%；P的含量是：0.02wt%；S含量为0.018wt%；Ni含量为0.4wt%；Mo的含量为0.02～0.08wt％，优选的Mo含量为：0.05wt%。