CN105861921A - 一种高强度高韧性合金钢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度高韧性合金钢，包括0.14～0.18wt％碳、0.20～0.30wt％硅、0.02～0.06wt％硼、0.80～1.20wt％锰、0.01～0.03wt％磷、0.015～0.025wt％硫、0.08～0.12wt％铬、0.06～0.14wt％钒、0.30～0.50wt％镍、0.2～0.3wt％铜、0.04～0.08wt％钼、0.08～0.1wt％钛、0.02～0.04wt％铌、0.16～0.20wt％铷、0.08～0.1wt％钍，钴和锆共0.05～0.07wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为4～6:1。本发明提供的合金钢具有超高强度和韧性，可以用于对强度和韧性要求较高的工件的制作。该合金钢的强度和韧性与合金钢中钴和锆的含量比例有关，且比例的微小变动对强度和韧性影响非常大。

Description

一种高强度高韧性合金钢
技术领域
本发明涉及合金领域，具体涉及一种高强度高韧性合金钢。
背景技术
合金钢的发展已经有100多年的历史，到目前为止，多种多样的合金钢在工业上被应用，主要有以下类型：调质钢、弹簧钢、工具钢、高速钢、模具钢、高中低碳合金钢等，目前为止，虽然合金钢技术得到很大发展，但是，仍有很多问题存在，如耐磨度、硬度、防锈性能、耐腐蚀性能、耐高低温性能、脆性、韧性、成本等不能兼顾，在很多场合还不能满足生产的要求，还需要进一步改进，以提高生产效率，降低成本，提高安全性，为高精尖技术发展提供保障，为社会发展提供动力，任务还很艰巨。
现有合金钢的碳含量都较高，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。
“超高强度钢”的定义是相对于时代要求的技术进步程度而在变化的。一般讲，屈服强度在1370MPa(140kgf/mm2)以上，抗拉强度在1620MPa(165kgf/mm2)以上的合金钢称超高强度钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度高韧性合金钢。
上述目的是通过如下技术方案得以实现的
一种高强度高韧性合金钢，包括如下化学成分：0.14～0.18wt％碳、0.20～0.30wt％硅、0.02～0.06wt％硼、0.80～1.20wt％锰、0.01～0.03wt％磷、0.015～0.025wt％硫、0.08～0.12wt％铬、0.06～0.14wt％钒、0.30～0.50wt％镍、0.2～0.3wt％铜、0.04～0.08wt％钼、0.08～0.1wt％钛、0.02～0.04wt％铌、0.16～0.20wt％铷、0.08～0.1wt％钍，钴和锆共0.05～0.07wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为4～6:1。
进一步地，所述的高强度高韧性合金钢包括如下化学成分：0.16wt％碳、0.25wt％硅、0.04wt％硼、1.00wt％锰、0.02wt％磷、0.02wt％硫、0.10wt％铬、0.10wt％钒、0.40wt％镍、0.25wt％铜、0.06wt％钼、0.09wt％钛、0.03wt％铌、0.18wt％铷、0.09wt％钍，钴和锆共0.06wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为5:1。
进一步地，所述的高强度高韧性合金钢包括如下化学成分：0.14wt％碳、0.20wt％硅、0.02wt％硼、0.80wt％锰、0.01wt％磷、0.015wt％硫、0.08wt％铬、0.06wt％钒、0.30wt％镍、0.2wt％铜、0.04wt％钼、0.08wt％钛、0.02wt％铌、0.16wt％铷、0.08wt％钍，钴和锆共0.05wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为4:1。
进一步地，所述的高强度高韧性合金钢包括如下化学成分：0.18wt％碳、0.30wt％硅、0.06wt％硼、1.20wt％锰、0.03wt％磷、0.025wt％硫、0.12wt％铬、0.14wt％钒、0.50wt％镍、0.3wt％铜、0.08wt％钼、0.1wt％钛、0.04wt％铌、0.20wt％铷、0.1wt％钍，钴和锆共0.07wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为6:1。
本发明的优点：
本发明提供的合金钢强度高且韧性高，性能优异。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明保护范围。尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
实施例1：
合金钢化学成分如下：
0.16wt％碳、0.25wt％硅、0.04wt％硼、1.00wt％锰、0.02wt％磷、0.02wt％硫、0.10wt％铬、0.10wt％钒、0.40wt％镍、0.25wt％铜、0.06wt％钼、0.09wt％钛、0.03wt％铌、0.18wt％铷、0.09wt％钍，钴和锆共0.06wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为5:1。
实施例2：
合金钢化学成分如下：
0.14wt％碳、0.20wt％硅、0.02wt％硼、0.80wt％锰、0.01wt％磷、0.015wt％硫、0.08wt％铬、0.06wt％钒、0.30wt％镍、0.2wt％铜、0.04wt％钼、0.08wt％钛、0.02wt％铌、0.16wt％铷、0.08wt％钍，钴和锆共0.05wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为4:1。
实施例3：
合金钢化学成分如下：
0.18wt％碳、0.30wt％硅、0.06wt％硼、1.20wt％锰、0.03wt％磷、0.025wt％硫、0.12wt％铬、0.14wt％钒、0.50wt％镍、0.3wt％铜、0.08wt％钼、0.1wt％钛、0.04wt％铌、0.20wt％铷、0.1wt％钍，钴和锆共0.07wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为6:1。
实施例4：
合金钢化学成分如下：
0.16wt％碳、0.25wt％硅、0.04wt％硼、1.00wt％锰、0.02wt％磷、0.02wt％硫、0.10wt％铬、0.10wt％钒、0.40wt％镍、0.25wt％铜、0.06wt％钼、0.09wt％钛、0.03wt％铌、0.18wt％铷、0.09wt％钍，钴和锆共0.06wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为4:1。
实施例5：
合金钢化学成分如下：
0.16wt％碳、0.25wt％硅、0.04wt％硼、1.00wt％锰、0.02wt％磷、0.02wt％硫、0.10wt％铬、0.10wt％钒、0.40wt％镍、0.25wt％铜、0.06wt％钼、0.09wt％钛、0.03wt％铌、0.18wt％铷、0.09wt％钍，钴和锆共0.06wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为6:1。
实施例6：对比实施例，钴和锆的比例为3:1
合金钢化学成分如下：
0.16wt％碳、0.25wt％硅、0.04wt％硼、1.00wt％锰、0.02wt％磷、0.02wt％硫、0.10wt％铬、0.10wt％钒、0.40wt％镍、0.25wt％铜、0.06wt％钼、0.09wt％钛、0.03wt％铌、0.18wt％铷、0.09wt％钍，钴和锆共0.06wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为3:1。
实施例7：对比实施例，钴和锆的比例为7:1
合金钢化学成分如下：
0.16wt％碳、0.25wt％硅、0.04wt％硼、1.00wt％锰、0.02wt％磷、0.02wt％硫、0.10wt％铬、0.10wt％钒、0.40wt％镍、0.25wt％铜、0.06wt％钼、0.09wt％钛、0.03wt％铌、0.18wt％铷、0.09wt％钍，钴和锆共0.06wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为7:1。
实施例8：性能测试
分别测试实施例1～7合金钢的强度和韧性。结果见下表。
合金钢样品 屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 冲击韧性(J/cm2)
实施例1 1900 2990 98
实施例4 1890 2940 94
实施例5 1895 2945 95
实施例6 880 1285 40
实施例7 885 1275 41
实施例2、3与实施例4、5效果基本一致。
从上表测试结果可以看出，本发明提供的合金钢具有超高强度和韧性，可以用于对强度和韧性要求较高的工件的制作。该合金钢的强度和韧性与合金钢中钴和锆的含量比例有关，且比例的微小变动对强度和韧性影响非常大。
上述实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。

Claims (4)

1.一种高强度高韧性合金钢，其特征在于，包括如下化学成分：0.14～0.18wt％碳、0.20～0.30wt％硅、0.02～0.06wt％硼、0.80～1.20wt％锰、0.01～0.03wt％磷、0.015～0.025wt％硫、0.08～0.12wt％铬、0.06～0.14wt％钒、0.30～0.50wt％镍、0.2～0.3wt％铜、0.04～0.08wt％钼、0.08～0.1wt％钛、0.02～0.04wt％铌、0.16～0.20wt％铷、0.08～0.1wt％钍，钴和锆共0.05～0.07wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为4～6:1。
2.根据权利要求1所述的高强度高韧性合金钢，其特征在于，包括如下化学成分：0.16wt％碳、0.25wt％硅、0.04wt％硼、1.00wt％锰、0.02wt％磷、0.02wt％硫、0.10wt％铬、0.10wt％钒、0.40wt％镍、0.25wt％铜、0.06wt％钼、0.09wt％钛、0.03wt％铌、0.18wt％铷、0.09wt％钍，钴和锆共0.06wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为5:1。
3.根据权利要求1所述的高强度高韧性合金钢，其特征在于，包括如下化学成分：0.14wt％碳、0.20wt％硅、0.02wt％硼、0.80wt％锰、0.01wt％磷、0.015wt％硫、0.08wt％铬、0.06wt％钒、0.30wt％镍、0.2wt％铜、0.04wt％钼、0.08wt％钛、0.02wt％铌、0.16wt％铷、0.08wt％钍，钴和锆共0.05wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为4:1。
4.根据权利要求1所述的高强度高韧性合金钢，其特征在于，包括如下化学成分：0.18wt％碳、0.30wt％硅、0.06wt％硼、1.20wt％锰、0.03wt％磷、0.025wt％硫、0.12wt％铬、0.14wt％钒、0.50wt％镍、0.3wt％铜、0.08wt％钼、0.1wt％钛、0.04wt％铌、0.20wt％铷、0.1wt％钍，钴和锆共0.07wt％，余量为铁；其中，钴和锆的比例为6:1。
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