CN105950971B - 一种屈服强度≥960MPa级工程机械用钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种屈服强度≥960MPa级工程机械用钢，其组分及wt%为：C：0.04～0.20%，Si：0.15～0.40%，Mn：1.0～10%，N：0.01～0.08%，Ti：0.010～0.050%，Als：0.01～0.06%，P：≤0.020%，S：≤0.010%，Cr：0.05~3%。生产步骤：冶炼并真空处理；出钢并浇注成坯并加热；进行热轧工艺；冷轧。本发明提出了一种屈服强度≥960MPa，延伸率≥15.0%，‑20℃A_KV不低于60J，冲击断口具有韧窝特征，强韧性匹配十分优异的工程用钢；通过在化学成份中添加适配的N来保证钢的强度，取消了较昂贵的Mo、V、Nb等微合金元素的添加；本发明钢轧制工艺简单易行，轧制过程需控冷，也无需进行热处理。

Description

一种屈服强度≥960MPa级工程机械用钢及生产方法

技术领域

本发明涉及低合金化钢及其生产方法，具体地属于一种屈服强度≥960MPa级工程机械用钢及生产方法。

背景技术

中国国内钢铁企业生产的屈服强度在960MPa级别的工程机械用钢多采用调质工艺生产，为了提高淬透性一般添加大量的合金元素，成本较高。目前该类国产高强钢尚没有完全国产化，工程机械领域的应用主要被国外的一些进口钢板所占据，对于更高强度的高强钢则完全依赖进口，主要牌号有瑞典奥克隆德钢厂的WELDOX系列高强钢板，该系列钢板的屈服强度可达1100～1500MPa。日本JFE公司也可以生产最小屈服强度960MPa级的高强结构钢板，具体牌号为S960。

国外屈服强度在900MPa或960MPa级别的高强结构钢也一般采用淬火＋回火工艺生产，由于对钢板的强度要求极高，容易在回火过程中由于回火温度较高或回火时间较长而出现软化现象，从而不能够保证钢板的强度，因此，该强度级别的钢板化学成份中通常含有较多的微合金元素V、Nb等，以利用细小第二相粒子的析出强化和钉扎晶界的作用，提高钢的强度和抗高温回火软化能力。

从检索900~960MPa级别高强结构钢的供货技术条件中获知，该级别钢板通常将V、Nb、Ni、Mo等作为必要的合金元素添加，以淬火和回火的工艺进行生产，目前尚没有该强度级别钢板所采用热轧加冷轧工艺生产的的公开报道。

本发明基于目前现状，提出了一种屈服强度超过900MPa、进一步优化为超过960MPa的超高强度焊接结构钢的化学成份设计思路，以及与这种化学成份特点相匹配的淬火+回火热处理工艺，其特点是在化学成份中添加一定量的N来强化基体的作用，取消了Mo、Ni、V、Nb等贵重微合金元素的添加。本发明钢轧制及热处理工艺简单易行，轧制过程无需控冷，热处理工艺可控范围较宽。本发明钢同时还具有十分优异的低温冲击韧性，以及很低的碳当量。

发明内容

本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种屈服强度≥960MPa，延伸率≥15.0%，-20℃ A_KV不低于60J，冲击断口具有韧窝特征，强韧性匹配优异，且无需进行热处理的屈服强度≥960MPa级工程机械用钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种屈服强度≥960MPa级工程机械用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.04～0.20%，Si：0.15～0.40%，Mn：1.0～10%，N：0.01～0.08%， Ti：0.010～0.050%，Als：0.01～0.06%，P：≤0.020%，S：≤0.010%， Cr：0.05~3%，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产一种屈服强度≥960MPa级工程机械用钢的方法，其步骤：

1）冶炼，熔炼时按照成分配比加入低碳锰铁和纯铁原料后，进行真空处理，并在真空处理结束后向真空炉中按照配定比例加入粒度为1~3mm的钛铁和氮化铬铁；

2）出钢并浇注成坯：其间，在自加入钛铁和氮化铬铁开始在8~15分钟内进行出钢并浇注成坯，并控制N的收得率不低于80%；对铸坯加热，其加热温度控制在1170℃～1220℃，并在此温度下保温50~200min；

3）进行热轧工艺：控制粗轧开轧温度在1050℃～1100℃，道次压下率不低于20%，累计压下率不低于70%；控制精轧终轧温度在850℃～890℃；轧后进行水冷，终冷温度控制在500~650℃；然后自然冷却；钢板厚度控制为：成品厚度*(1+20)%±3mm；

4）进行冷轧，冷轧分三个道次进行，各道次压下率不超过10%。

本发明中各元素及主要工艺的作用及机理

本发明的氮（N）：在本发明中，N元素的含量控制较高，主要利用N原子间隙固溶强化这一特点，在提高钢的强度的同时又提高了韧性，本发明综合N原子的强化作用和溶解特征将其含量控制在0.01~0.08%范围。

本发明的碳（C）：在本发明中，C是保证强度的前提，也是与钢中N元素相互作用进行强化的有效元素，但是C含量不宜过高，太高会影响N元素的溶解度，太低不能有效补充N元素的强化效果，C量不宜过多，因此将C含量定为0.04~0.2%。

本发明的锰（Mn）：在本发明中，Mn是钢中重要的固溶强化元素，锰对N的作用系数为负值，可以提高N在钢中的溶解度，从而提高N收得率。如锰的取值低于1.0%，则无法保证N的收得率在80%，如高于10%，则会时钢产生偏西现象，故将Mn含量控制在1.0~10%范围。

本发明的铬（Cr）：在本发明中，铬提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能，从而提高耐局部腐蚀（如晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀以及某些条件下的应力腐蚀）性能。在钢中，铬与锰一样还能提高氮元素在钢液中的溶解度，甚至它提高氮溶解度的能力比锰还稍强，本发明将Cr控制在0.05~3%范围。

本发明的钛（Ti）：在本发明中，Ti可与钢中N结合形成细小TiN粒子，从而在加热过程中钉轧晶界并防止奥氏体晶粒过度长大，这对于得到细小的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性是有利的。

本发明的硅（Si）：在本发明中，Si主要是以固溶强化形式提高钢的强度，同时也是钢中的脱氧元素，但含量不可过高，以免降低钢的韧性和焊接性能。

本发明的酸溶铝（Als）：在本发明中，Al是钢中的主要脱氧元素，Al含量过高则导致Al的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性及耐候性能。此外，Al的氮化物熔点较高，在生产中，AlN可以用来阻止晶粒长大。

本发明的磷（P）：在本发明中，硫（S）含量≤0.010%。较高的磷含量可以大幅度提高钢的耐候性，但是磷在钢中具有容易造成偏析、恶化高强性能、显著降低钢的低温冲击韧性、提高脆性转变温度，所以，考虑到本发明钢强度较高，控制磷含量≤0.020%。硫易与锰结合生成MnS夹杂，硫还影响钢的低温冲击韧性。因此，本发明应采用洁净钢生产工艺，尽量减少磷、硫元素对钢性能的不利影响。

本发明基于目前现状，提出了一种屈服强度超过960MPa，以及与其所设定化学成份特点相匹配的热轧+冷轧工艺，通过在化学成份中添加适配的N来保证钢的强度，取消了相对较昂贵的Mo、V、Nb等微合金元素的添加；本发明钢轧制工艺简单易行，轧制过程无需控冷，也无需进行热处理；同时还具有延伸率≥15.0%，-20℃ A_KV不低于60J，冲击断口具有韧窝特征，强韧性匹配十分优异。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下生产工艺生产：

1）冶炼，熔炼时按照成分配比加入低碳锰铁和纯铁原料后，进行真空处理，并在真空处理结束后向真空炉中按照配定比例加入粒度为1~3mm的钛铁和氮化铬铁；

2）出钢并浇注成坯：其间，在自加入钛铁和氮化铬铁开始在8~15分钟内进行出钢并浇注成坯，并控制N的收得率不低于80%；对铸坯加热，其加热温度控制在1170℃～1220℃，并在此温度下保温50~200min；

3）进行热轧工艺：控制粗轧开轧温度在1050℃～1100℃，道次压下率不低于20%，累计压下率不低于70%；控制精轧终轧温度在850℃～890℃；轧后进行水冷，终冷温度控制在500~650℃；然后自然冷却；钢板厚度控制为：成品厚度*(1+20)%±3mm；

4）进行冷轧，冷轧分三个道次进行，各道次压下率不超过10%。

表1 本发明各实施例和对比例的成分取值列表（wt%）

表2 本发明各实施例和对比例的主要工艺取值列表

说明：表1与表2中的数据并非一一对应关系。

表3 本发明各实施例和对比例在回火后主要性能检测统计表

从表3可以看出，，本发明钢与对比实例比较，强度指标和韧性指标基本在一个层面，但是延伸率高5个百分点左右，证明本发明钢的塑形明显优于对比实例。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (2)

1.一种屈服强度≥960MPa级工程机械用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.04～0.11%，Si：0.15～0.38%，Mn：3.5～10%，N：0.07～0.08%， Ti：0.010～0.050%，Als：0.01～0.06%，P：≤0.020%，S：≤0.010%， Cr：0.54~3%，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.生产权利要求1所述的一种屈服强度≥960MPa级工程机械用钢的方法，其步骤：

1）冶炼，熔炼时按照成分配比加入低碳锰铁和纯铁原料后，进行真空处理，并在真空处理结束后向真空炉中按照配定比例加入粒度为1~3mm的钛铁和氮化铬铁；

2）出钢并浇注成坯：其间，在自加入钛铁和氮化铬铁开始在8~15分钟内进行出钢并浇注成坯，并控制N的收得率不低于80%；对铸坯加热，其加热温度控制在1170℃～1220℃，并在此温度下保温50~200min；

3）进行热轧工艺：控制粗轧开轧温度在1050℃～1100℃，道次压下率不低于20%，累计压下率不低于70%；控制精轧终轧温度在850℃～890℃；轧后进行水冷，终冷温度控制在500~650℃；然后自然冷却；钢板厚度控制为：成品厚度*(1+20)%±3mm；

4）进行冷轧，冷轧分三个道次进行，各道次压下率不超过10%。