CN106884121A - 一种高性能钢材及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能钢材及其制备工艺，该种高性能钢材是由以下质量百分比的化学成分组成的：碳0.3～0.4％，镍0.25～0.33％，铝0.25～0.33％，锰0.2～0.3％，锆0.15～0.22％，钛0.15～0.22％，硼0.025～0.038％，磷0.023～0.031％，硫0.011～0.022％，钽0.008～0.011％，钼0.005～0.009％，铌0.003～0.005％，余量为铁及不可避免的杂质。本发明的一种高性能钢材是由特定配比的碳、镍、铝、锰、锆、钛、硼、磷、硫、钽、钼、铌和铁组成的，特别适用于室外环境长期使用，有效避免了裂纹产生，具有良好的韧性、抗腐蚀能力。本发明的制备过程中通过冶炼浇铸、精锻机锻造、轧制和热处理的具体参数调整，有效保证了所得钢材的切割性能和焊接性。

Description

一种高性能钢材及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种钢材，具体涉及一种高性能钢材及其制备工艺，属于金属材料技术领域。
背景技术
钢锭或者钢坯通过压力加工制成的具有一定形状、尺寸和性能的金属材料，即为钢材。钢材是现代工业生产和建设中不可或缺的一种重要物资，其具有非常广泛的应用领域，可根据生产需求制作成各种形状和尺寸。目前实践生产中使用量最大的钢材当属工程和建筑结构件。
由于工程和建筑结构件大部分时间都直接暴露于室外环境，阳光、雨雪、盐雾环境等都会对其造成侵蚀，非常容易发生钢材的腐蚀疲劳，进而影响生产作业安全。室外环境也会降低钢结构的疲劳强度和断裂韧性，加快裂纹的萌生与扩展，大幅降低服役寿命。
因此，如何提高钢材的抗腐蚀性能显得尤为重要。另外，结构件制造时要求钢材具有良好的切割性能和焊接性，这些因素也应当一并考虑。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种高性能钢材。
本发明还提供了所述高性能钢材的制备工艺。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种高性能钢材，是由以下质量百分比的化学成分组成的：碳0.3～0.4％，镍0.25～0.33％，铝0.25～0.33％，锰0.2～0.3％，锆0.15～0.22％，钛0.15～0.22％，硼0.025～0.038％，磷0.023～0.031％，硫0.011～0.022％，钽0.008～0.011％，钼0.005～0.009％，铌0.003～0.005％，余量为铁及不可避免的杂质。
优选的，是由以下质量百分比的化学成分组成的：碳0.32～0.38％，镍0.27～0.3％，铝0.27～0.31％，锰0.22～0.28％，锆0.18～0.2％，钛0.16～0.19％，硼0.028～0.035％，磷0.025～0.029％，硫0.014～0.021％，钽0.009～0.01％，钼0.006～0.008％，铌0.004～0.005％，余量为铁及不可避免的杂质。
进一步优选的，是由以下质量百分比的化学成分组成的：碳0.35％，镍0.28％，铝0.28％，锰0.24％，锆0.19％，钛0.18％，硼0.03％，磷0.028％，硫0.018％，钽0.01％，钼0.007％，铌0.004％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述的一种高性能钢材的制备工艺，包括冶炼浇铸、精锻机锻造、轧制和热处理这四个步骤，具体如下：
(1)冶炼浇铸：根据配方量的化学成分进行冶炼，温度控制在1500～1600℃，然后在1700～1800℃条件下浇铸成钢锭；
(2)精锻机锻造：入炉温度700℃，以3℃/min升温至900℃预热，接着以0.5℃/min升温至1040℃，最后以1℃/min升温至1090℃，终锻温度900℃；
(3)轧制：入炉温度800℃，以10℃/min升温至900℃预热，接着以6℃/min升温至1100℃，最后以0.5℃/min升温至1140℃，终轧温度900℃；
(4)热处理：在炉温700～800℃箱式炉中保温5～6小时，立即入淬火介质中淬火，淬火后放入400～430℃箱式炉中保温24小时回火，回火完成后自然冷却。
优选的，步骤(1)冶炼过程还包括真空脱气步骤，具体方法是：在真空炉中真空脱气10～20分钟。
优选的，步骤(4)中的淬火介质是由以下质量百分数的各组分混合而得：聚乙烯醇6％，三乙醇胺4％，硝酸钾4％，苯甲酸钠2％，聚乙烯吡咯烷酮0.2％，水83.8％。
本发明的有益效果：
本发明的一种高性能钢材是由特定配比的碳、镍、铝、锰、锆、钛、硼、磷、硫、钽、钼、铌和铁组成的，特别适用于室外环境长期使用，有效避免了裂纹产生，具有良好的韧性、抗腐蚀能力。
本发明的制备过程中通过冶炼浇铸、精锻机锻造、轧制和热处理的具体参数调整，有效保证了所得钢材的切割性能和焊接性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
一种高性能钢材，是由以下质量百分比的化学成分组成的：碳0.3％，镍0.25％，铝0.25％，锰0.2％，锆0.15％，钛0.15％，硼0.025％，磷0.023％，硫0.011％，钽0.008％，钼0.005％，铌0.003％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述的一种高性能钢材的制备工艺，包括冶炼浇铸、精锻机锻造、轧制和热处理这四个步骤，具体如下：
(1)冶炼浇铸：根据配方量的化学成分进行冶炼，温度控制在1500℃，然后在1700℃条件下浇铸成钢锭；
(2)精锻机锻造：入炉温度700℃，以3℃/min升温至900℃预热，接着以0.5℃/min升温至1040℃，最后以1℃/min升温至1090℃，终锻温度900℃；
(3)轧制：入炉温度800℃，以10℃/min升温至900℃预热，接着以6℃/min升温至1100℃，最后以0.5℃/min升温至1140℃，终轧温度900℃；
(4)热处理：在炉温700℃箱式炉中保温5小时，立即入淬火介质中淬火，淬火后放入400℃箱式炉中保温24小时回火，回火完成后自然冷却。
其中，步骤(1)冶炼过程还包括真空脱气步骤，具体方法是：在真空炉中真空脱气10分钟；步骤(4)中的淬火介质是由以下质量百分数的各组分混合而得：聚乙烯醇6％，三乙醇胺4％，硝酸钾4％，苯甲酸钠2％，聚乙烯吡咯烷酮0.2％，水83.8％。
实施例2：
一种高性能钢材，是由以下质量百分比的化学成分组成的：碳0.4％，镍0.33％，铝0.33％，锰0.3％，锆0.22％，钛0.22％，硼0.038％，磷0.031％，硫0.022％，钽0.011％，钼0.009％，铌0.005％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述的一种高性能钢材的制备工艺，包括冶炼浇铸、精锻机锻造、轧制和热处理这四个步骤，具体如下：
(1)冶炼浇铸：根据配方量的化学成分进行冶炼，温度控制在1600℃，然后在1800℃条件下浇铸成钢锭；
(2)精锻机锻造：入炉温度700℃，以3℃/min升温至900℃预热，接着以0.5℃/min升温至1040℃，最后以1℃/min升温至1090℃，终锻温度900℃；
(3)轧制：入炉温度800℃，以10℃/min升温至900℃预热，接着以6℃/min升温至1100℃，最后以0.5℃/min升温至1140℃，终轧温度900℃；
(4)热处理：在炉温800℃箱式炉中保温6小时，立即入淬火介质中淬火，淬火后放入430℃箱式炉中保温24小时回火，回火完成后自然冷却。
其中，步骤(1)冶炼过程还包括真空脱气步骤，具体方法是：在真空炉中真空脱气20分钟；步骤(4)中的淬火介质是由以下质量百分数的各组分混合而得：聚乙烯醇6％，三乙醇胺4％，硝酸钾4％，苯甲酸钠2％，聚乙烯吡咯烷酮0.2％，水83.8％。
实施例3：
一种高性能钢材，是由以下质量百分比的化学成分组成的：碳0.32％，镍0.27％，铝0.27％，锰0.22％，锆0.18％，钛0.16％，硼0.028％，磷0.025％，硫0.014％，钽0.009％，钼0.006％，铌0.004％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述的一种高性能钢材的制备工艺，包括冶炼浇铸、精锻机锻造、轧制和热处理这四个步骤，具体如下：
(1)冶炼浇铸：根据配方量的化学成分进行冶炼，温度控制在1500℃，然后在1700℃条件下浇铸成钢锭；
(2)精锻机锻造：入炉温度700℃，以3℃/min升温至900℃预热，接着以0.5℃/min升温至1040℃，最后以1℃/min升温至1090℃，终锻温度900℃；
(3)轧制：入炉温度800℃，以10℃/min升温至900℃预热，接着以6℃/min升温至1100℃，最后以0.5℃/min升温至1140℃，终轧温度900℃；
(4)热处理：在炉温700℃箱式炉中保温5小时，立即入淬火介质中淬火，淬火后放入400℃箱式炉中保温24小时回火，回火完成后自然冷却。
其中，步骤(1)冶炼过程还包括真空脱气步骤，具体方法是：在真空炉中真空脱气10分钟；步骤(4)中的淬火介质是由以下质量百分数的各组分混合而得：聚乙烯醇6％，三乙醇胺4％，硝酸钾4％，苯甲酸钠2％，聚乙烯吡咯烷酮0.2％，水83.8％。
实施例4：
一种高性能钢材，是由以下质量百分比的化学成分组成的：碳0.38％，镍0.3％，铝0.31％，锰0.28％，锆0.2％，钛0.19％，硼0.035％，磷0.029％，硫0.021％，钽0.01％，钼0.008％，铌0.005％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述的一种高性能钢材的制备工艺，包括冶炼浇铸、精锻机锻造、轧制和热处理这四个步骤，具体如下：
(1)冶炼浇铸：根据配方量的化学成分进行冶炼，温度控制在1600℃，然后在1800℃条件下浇铸成钢锭；
(2)精锻机锻造：入炉温度700℃，以3℃/min升温至900℃预热，接着以0.5℃/min升温至1040℃，最后以1℃/min升温至1090℃，终锻温度900℃；
(3)轧制：入炉温度800℃，以10℃/min升温至900℃预热，接着以6℃/min升温至1100℃，最后以0.5℃/min升温至1140℃，终轧温度900℃；
(4)热处理：在炉温700～800℃箱式炉中保温6小时，立即入淬火介质中淬火，淬火后放入430℃箱式炉中保温24小时回火，回火完成后自然冷却。
其中，步骤(1)冶炼过程还包括真空脱气步骤，具体方法是：在真空炉中真空脱气20分钟；步骤(4)中的淬火介质是由以下质量百分数的各组分混合而得：聚乙烯醇6％，三乙醇胺4％，硝酸钾4％，苯甲酸钠2％，聚乙烯吡咯烷酮0.2％，水83.8％。
实施例5：
一种高性能钢材，是由以下质量百分比的化学成分组成的：碳0.35％，镍0.28％，铝0.28％，锰0.24％，锆0.19％，钛0.18％，硼0.03％，磷0.028％，硫0.018％，钽0.01％，钼0.007％，铌0.004％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述的一种高性能钢材的制备工艺，包括冶炼浇铸、精锻机锻造、轧制和热处理这四个步骤，具体如下：
(1)冶炼浇铸：根据配方量的化学成分进行冶炼，温度控制在1550℃，然后在1750℃条件下浇铸成钢锭；
(2)精锻机锻造：入炉温度700℃，以3℃/min升温至900℃预热，接着以0.5℃/min升温至1040℃，最后以1℃/min升温至1090℃，终锻温度900℃；
(3)轧制：入炉温度800℃，以10℃/min升温至900℃预热，接着以6℃/min升温至1100℃，最后以0.5℃/min升温至1140℃，终轧温度900℃；
(4)热处理：在炉温750℃箱式炉中保温5小时，立即入淬火介质中淬火，淬火后放入420℃箱式炉中保温24小时回火，回火完成后自然冷却。
其中，步骤(1)冶炼过程还包括真空脱气步骤，具体方法是：在真空炉中真空脱气15分钟；步骤(4)中的淬火介质是由以下质量百分数的各组分混合而得：聚乙烯醇6％，三乙醇胺4％，硝酸钾4％，苯甲酸钠2％，聚乙烯吡咯烷酮0.2％，水83.8％。
试验例
1、耐腐蚀性测试
在温度45±2℃，湿度70±5％RH条件下进行周期浸润加速腐蚀试验测试，每一个循环周期60±3min，其中，浸润时间12±1.5min，循环次数100次，烘烤后试样表面最高温度70±10℃，质量分数为2％的NaCl溶液；试验结束后，取出试样，流动水冲洗并自然过夜干燥后，称重。根据GB/T16545-1996对试样表面的腐蚀产物进行清除。根据公式rcorr＝m/(A×t)计算腐蚀速率。其中，m为失重量，单位是g；A为试样表面面积，单位为m2，t为腐蚀时间，单位为h，结果见表1。
表1.耐腐蚀性试验结果
从表1可以看出，本发明的钢板具有很好的耐腐蚀性能。
2、机械性能测试
对实施例1～5的机械性能进行了测试，结果见表2。
表2.钢板机械性能
从表2可以看出，本发明的钢材具有很高的屈服强度，同时具有非常理想的抗拉强度、断后伸长率和-60℃冲击韧性。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种高性能钢材，其特征在于，是由以下质量百分比的化学成分组成的：碳0.3～0.4％，镍0.25～0.33％，铝0.25～0.33％，锰0.2～0.3％，锆0.15～0.22％，钛0.15～0.22％，硼0.025～0.038％，磷0.023～0.031％，硫0.011～0.022％，钽0.008～0.011％，钼0.005～0.009％，铌0.003～0.005％，余量为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高性能钢材，其特征在于，是由以下质量百分比的化学成分组成的：碳0.32～0.38％，镍0.27～0.3％，铝0.27～0.31％，锰0.22～0.28％，锆0.18～0.2％，钛0.16～0.19％，硼0.028～0.035％，磷0.025～0.029％，硫0.014～0.021％，钽0.009～0.01％，钼0.006～0.008％，铌0.004～0.005％，余量为铁及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种高性能钢材，其特征在于，是由以下质量百分比的化学成分组成的：碳0.35％，镍0.28％，铝0.28％，锰0.24％，锆0.19％，钛0.18％，硼0.03％，磷0.028％，硫0.018％，钽0.01％，钼0.007％，铌0.004％，余量为铁及不可避免的杂质。
4.权利要求1～3中任一项所述的一种高性能钢材的制备工艺，其特征在于，包括冶炼浇铸、精锻机锻造、轧制和热处理这四个步骤，具体如下：
(1)冶炼浇铸：根据配方量的化学成分进行冶炼，温度控制在1500～1600℃，然后在1700～1800℃条件下浇铸成钢锭；
(2)精锻机锻造：入炉温度700℃，以3℃/min升温至900℃预热，接着以0.5℃/min升温至1040℃，最后以1℃/min升温至1090℃，终锻温度900℃；
(3)轧制：入炉温度800℃，以10℃/min升温至900℃预热，接着以6℃/min升温至1100℃，最后以0.5℃/min升温至1140℃，终轧温度900℃；
(4)热处理：在炉温700～800℃箱式炉中保温5～6小时，立即入淬火介质中淬火，淬火后放入400～430℃箱式炉中保温24小时回火，回火完成后自然冷却。
5.根据权利要求4所述的制备工艺，其特征在于，步骤(1)冶炼过程还包括真空脱气步骤，具体方法是：在真空炉中真空脱气10～20分钟。
6.根据权利要求4所述的制备工艺，其特征在于，步骤(4)中的淬火介质是由以下质量百分数的各组分混合而得：聚乙烯醇6％，三乙醇胺4％，硝酸钾4％，苯甲酸钠2％，聚乙烯吡咯烷酮0.2％，水83.8％。
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