CN108048740A

CN108048740A - 一种低合金高强度钢及其制备工艺

Info

Publication number: CN108048740A
Application number: CN201711261111.8A
Authority: CN
Inventors: 张永刚; 钱积惠
Original assignee: Chengdu Six Hui Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Six Hui Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2018-05-18

Abstract

本发明公开了一种低合金高强度钢及其制备工艺，其成分的重量百分比为C 0.38～0.46%、Cr 1.8～2.2%、Si 1.4～1.8%、Mn 0.8～1.2%、Mo 0.2～0.4%、V 0.04～0.08%、Cu≤0.30%、Nb 0.015～0.045%、Re 0.15%、S≤0.015%、P≤0.015%，余量为Fe；本发明立足于我国资源条件，免用Ni和Co等稀贵金属，减少了生产成本；制备的钢力学性能优异，抗拉强度最高可达2041MPa，同时具有塑韧性；元素成分较少，工艺简单，成本低，并且可铸、可锻、可轧、可焊，工艺性能良好。

Description

一种低合金高强度钢及其制备工艺

技术领域

本发明金属的生产技术领域，具体涉及一种低合金高强度钢及其制备工艺。

背景技术

习惯上将屈服强度达到≥1200MPa，抗张强度≥1400MPa的钢称为超高强度钢；现有的高强度钢中，抗张强度最高可达≥1800MPa；但是超高强度钢对杂质元素敏感，为保证钢质国外大多采用真空感应熔炼或真空感应炉—电渣炉双炼或真空感应—真空电弧双炼；对于冶炼过程要求也比较严格；并英美等国家的超强钢中，均以Ni、Cr、Co、Mo等为主要添加元素；这就造成超高强度钢成本较高，而且我国Ni元素缺乏，这就造成了极大的不便。

发明内容

本发明提供一种生产工艺简单、生产成本相对较低的低合金高强度钢及其制备工艺。

本发明采用的技术方案是：一种低合金高强度钢，其成分的重量百分比为：C 0.38～0.46%、Cr 1.8～2.2%、Si 1.4～1.8%、Mn 0.8～1.2%、Mo 0.2～0.4%、V 0.04～0.08%、Cu≤0.30%、Nb 0.015～0.045%、Re 0.15%、S≤0.015%、P≤0.015%，余量为Fe。

进一步的，其成分的重量百分比为：C 0.42%、Cr 2.0%、Si 1.6%、Mn 1.0%、Mo0.3%、V 0.06%、Cu≤0.30%、Nb 0.03%、Re 0.15%、S≤0.015%、P≤0.015%，余量为Fe。

一种低合金高强度钢的制备工艺，包括以下步骤：

步骤1：备料，按照：C 0.38～0.46%、Cr 1.8～2.2%、Si 1.4～1.8%、Mn 0.8～1.2%、Mo0.2～0.4%、V 0.04～0.08%、Cu≤0.30%、Nb 0.015～0.045%、Re 0.15%、S≤0.015%、P≤0.015%，余量为Fe重量百分比进行；

步骤2：在碱性中频感应炉中进行熔炼，加入Mn原料和Si原料时，先加Mn原料后加Si原料；

步骤3：脱氧，在1540℃条件下，按照每吨铁水，0.5kg的比例加入铝进行预脱氧；然后按照每吨铁水，0.2kg的比例加入铝进行终脱氧；

步骤4：调质，用充包法加入铁水质量0.15%的Si和Ca颗粒；

步骤5：出铁，出铁温度为1550～1660℃；

步骤6：浇铸成型；

步骤7：热处理。

进一步的，所述步骤2中碱性中频感应炉中底渣加入量为原料质量的3～5%；底渣成分为石灰60～70%、萤石15～20%和石英砂15～20%。

进一步的，熔炼过程中铁水液面上设置有保护层。

进一步的，所述步骤5中出铁后，铁水液面采用珍珠岩覆盖。

进一步的，所述步骤6中浇铸温度为1430℃～1470℃。

进一步的，所述步骤7中热处理包括在910℃条件下保温22min后进行油淬，然后在270℃℃条件下进行回火保温，保温时间为4～6h。

进一步的，所述步骤3中预脱氧处理后取样进行分析如其元素含量达到设定值则进行终脱氧。

进一步的，所述步骤4中调质过程中Si和Ca颗粒粒径为3～5mm，添加时用无锈铁皮或者铜皮包裹。

本发明的有益效果是：

（1）本发明立足于我国资源条件，免用Ni和Co等稀贵金属，减少了生产成本；

（2）本发明制备的钢力学性能优异，抗拉强度最高可达2041MPa，同时具有塑韧性；

（3）本发明中元素成分较少，工艺简单，成本低，并且可铸、可锻、可轧、可焊，工艺性能良好。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种低合金高强度钢，其成分的重量百分比为：C 0.42%、Cr 2.0%、Si 1.6%、Mn 1.0%、Mo 0.3%、V 0.06%、Cu≤0.30%、Nb 0.03%、Re 0.15%、S≤0.015%、P≤0.015%，余量为Fe。

一种低合金高强度钢的制备工艺，包括以下步骤：

步骤1：备料，按照C 0.42%、Cr 2.0%、Si 1.6%、Mn 1.0%、Mo 0.3%、V 0.06%、Cu≤0.30%、Nb 0.03%、Re 0.15%、S≤0.015%、P≤0.015%，余量为Fe重量百分比进行；

步骤2：在碱性中频感应炉中进行熔炼，加入Mn原料和Si原料时，先加Mn原料后加Si原料；按照该顺序加料可减少铁液中夹杂物的量；

碱性中频感应炉中底渣加入量为原料质量的3～5%；底渣成分为石灰60～70%、萤石15～20%和石英砂15～20%；原料在进炉时，要注意干燥；

熔炼过程中铁水液面上设置有保护层；设置渣层形成的保护层可避免大气污染铁水、元素氧化等；

步骤3：脱氧，在1540℃条件下，按照每吨铁水，0.5kg的比例加入铝进行预脱氧；然后按照每吨铁水，0.2kg的比例加入铝进行终脱氧；预脱氧处理后取样进行分析如其元素含量达到设定值则进行终脱氧；分析C、Mo、Mn、Si、S、P、Cr等元素含量；如元素含量达到设定值则加入铝进行搅拌，终脱氧；

步骤4：调质，用充包法加入铁水质量0.15%的Si和Ca颗粒；Si和Ca颗粒粒径为3～5mm，添加时用无锈铁皮或者铜皮包裹；该处理过程可细化颗粒；

步骤5：出铁，出铁温度为1600℃；出铁完毕后包中铁水立即用珍珠岩覆盖隔离大气污染并起到保温作用；

步骤6：浇铸成型；砂型工作面加冷铁、铁水收缩大，可用大冒口补缩；浇铸温度1450℃；铸造过程中毛刺、飞边、冒口用敲击法清除，尽可能不用火焰切割，如果用火时，被割件须预热至≥200℃以上；出钢镇静后进行浇筑，为了能够细化晶粒，浇筑温度较低；浇筑过程中应先小流，中间要快，后期慢浇，使铸件充分补缩，并点浇冒口两次以上；

步骤7：热处理；铸件随炉升温至910℃，保温一定时间后，进行油淬，在270℃条件下回火保温，衬板保温时间为5h后空冷。

本发明钢种为复合微合金化稀土超强钢，在非真空条件下，用两吨碱性中频感应炉进行冶炼，铸成直径为300mm的圆锭，经完全退火，锻造成100×100方坯，在方坯上切取试样；试样经热处理后测试各项力学性能。

根据GB/T 228.1-2010对试样进行拉伸性能检测，其屈服强度为1778MPa，抗拉强度为2041MPa，伸长率为10.0%，断面收缩率为34%；根据GB/T 229-2007进行冲击性能检测，冲击功为27J；根据GB/T232-2010 进行工艺性能检测，弯曲180°，d=2a条件下断裂。

实施例2

一种低合金高强度钢，其成分的重量百分比为：C 0.38%、Cr 1.8%、Si 1.8%、Mn 1.2%、Mo 0.2%、V 0.04%、Cu≤0.30%、Nb 0.045%、Re 0.15%、S≤0.015%、P≤0.015%，余量为Fe。

一种低合金高强度钢的制备工艺，包括以下步骤：

步骤1：备料，按照C 0.38%、Cr 1.8%、Si 1.8%、Mn 1.2%、Mo 0.2%、V 0.04%、Cu≤0.30%、Nb 0.045%、Re 0.15%、S≤0.015%、P≤0.015%，余量为Fe重量百分比进行；

步骤5：出铁，出铁温度为1550℃；出铁完毕后包中铁水立即用珍珠岩覆盖隔离大气污染并起到保温作用；

根据GB/T 228.1-2010对试样进行拉伸性能检测，其屈服强度为1573MPa，抗拉强度为1921MPa，伸长率为4.5%，断面收缩率为7%；根据GB/T 229-2007进行冲击性能检测，冲击功为22.5J；根据GB/T232-2010 进行工艺性能检测，弯曲180°，d=2a条件下断裂。

实施例3

一种低合金高强度钢，其成分的重量百分比为：C 0.46%、Cr 2.2%、Si 1.4%、Mn 0.8%、Mo 0.4%、V 0.08%、Cu≤0.30%、Nb 0.015%、Re 0.15%、S≤0.015%、P≤0.015%，余量为Fe。

一种低合金高强度钢的制备工艺，包括以下步骤：

步骤1：备料，按照C 0.46%、Cr 2.2%、Si 1.4%、Mn 0.8%、Mo 0.4%、V 0.08%、Cu≤0.30%、Nb 0.015%、Re 0.15%、S≤0.015%、P≤0.015%，余量为Fe重量百分比进行；

步骤5：出铁，出铁温度为1660℃；出铁完毕后包中铁水立即用珍珠岩覆盖隔离大气污染并起到保温作用；

根据GB/T 228.1-2010对试样进行拉伸性能检测，其屈服强度为1645MPa，抗拉强度为1812MPa，伸长率为9.5%，断面收缩率为43%；根据GB/T 229-2007进行冲击性能检测，冲击功为21.0J；根据GB/T232-2010 进行工艺性能检测，弯曲180°，d=2a条件下断裂。

本发明为了确保钢质纯净着重控制有害元素，利用本发明中独特的脱氧制度脱氧；利用Ti和Re复合加强对钢液的变质处理，取得良好的效果，经测试抗拉强度最高可达2041MPa；并且其塑性也可满足要求；本发明立足于我国资源条件，免用Ni和Co等稀贵金属；并且合金成分少、工艺简单，成本低；本发明钢种可在非真空条件下冶炼，规模化生产时可采用炉外精炼技术，或真空处理等手段，塑韧性可进一步提高，具有较强的实用性和可规模化生产。

Claims

1.一种低合金高强度钢，其特征在于，其成分的重量百分比为：C 0.38～0.46％、Cr1.8～2.2％、Si 1.4～1.8％、Mn 0.8～1.2％、Mo 0.2～0.4％、V 0.04～0.08％、Cu≤0.30％、Nb 0.015～0.045％、Re 0.15％、S≤0.015％、P≤0.015％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种低合金高强度钢，其特征在于，其成分的重量百分比为：C0.42％、Cr 2.0％、Si 1.6％、Mn 1.0％、Mo 0.3％、V 0.06％、Cu≤0.30％、Nb 0.03％、Re0.15％、S≤0.015％、P≤0.015％，余量为Fe。

3.一种如权利要求1所述低合金高强度钢的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：备料，按照：C 0.38～0.46％、Cr 1.8～2.2％、Si 1.4～1.8％、Mn 0.8～1.2％、Mo 0.2～0.4％、V 0.04～0.08％、Cu≤0.30％、Nb 0.015～0.045％、Re 0.15％、S≤0.015％、P≤0.015％，余量为Fe重量百分比进行；

步骤4：调质，用充包法加入铁水质量0.15％的Si和Ca颗粒；

步骤5：出铁，出铁温度为1550～1660℃；

步骤6：浇铸成型；

步骤7：热处理。

4.根据权利要求3所述的一种低合金高强度钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤2中碱性中频感应炉中底渣加入量为原料质量的3～5％；底渣成分为石灰60～70％、萤石15～20％和石英砂15～20％。

5.根据权利要求3所述的一种低合金高强度钢的制备工艺，其特征在于，熔炼过程中铁水液面上设置有保护层。

6.根据权利要求3所述的一种低合金高强度钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤5中出铁后，铁水液面采用珍珠岩覆盖。

7.根据权利要求3所述的一种低合金高强度钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤6中浇铸温度为1430℃～1470℃。

8.根据权利要求3所述的一种低合金高强度钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤7中热处理包括在910℃条件下保温22min后进行油淬，然后在270℃℃条件下进行回火保温，保温时间为4～6h。

9.根据权利要求3所述的一种低合金高强度钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤3中预脱氧处理后取样进行分析如其元素含量达到设定值则进行终脱氧。

10.根据权利要求3所述的一种低合金高强度钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤4中调质过程中Si和Ca颗粒粒径为3～5mm，添加时用无锈铁皮或者铜皮包裹。