CN116043129A - 一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA及制造方法，属于冶金技术领域，钢板按质量百分比计，包括以下组分：C：0.28～0.34％；Si：0.90～1.20％；Mn：0.80～1.10％；P≤0.025％；S≤0.025％；Alt：0.020～0.040％；Cr：0.85～1.05％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。将按照上述组分进行冶炼、连铸后得到的连铸坯进行再加热，再加热温度为1080～1180℃，之后以厚度为2.5～3.0倍成品厚度进行粗轧，再经控轧厚度为2.5～3.0倍成品厚度、控轧温度为870～980℃、终轧温度为810～950℃进行精轧；对轧制后的成品调制处理。本发明通过优化30CrMnSiA组分，提高了材料的强度性能，并通过优化制造工艺，缩小了钢板纵横向性能差异，提高了30CrMnSiA钢板的强度和韧性。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA及制造方法。
背景技术
30CrMnSiA属合金结构钢，主要产品为特殊耐磨结构件，被广泛应用于航空、汽车、弹箭等各种民用和军用设施中，尤其是在压力容器、航空航天、核电站领域，其强度高，但焊接性能较差。
由于其承受比较恶劣的环境，钢材及其构件脆性断裂不仅容易发生而且会造成严重的后果，因此有必要对钢材的脆性断裂研究。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA及制造方法，以提高30CrMnSiA的强度和韧性。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA，包括以下组分：C：0.28～0.34％；Si：0.90～1.20％；Mn：0.80～1.10％；P≤0.025％；S≤0.025％；Alt：0.020～0.040％；Cr：0.85～1.05％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。
可选地，C为0.31～0.34％。
可选地，Si为0.95～1.05％。
可选地，Mn为0.85～1.05％。
可选地，P≤0.022％，S≤0.022％。
一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA的制造方法，包括以下步骤：
S1按照如权利要求1～5任一所述的航空用合金结构钢板30CrMnSiA的组分进行冶炼、连铸后得到连铸坯；
S2将连铸坯进行再加热、粗轧和精轧；
S3对轧制后的成品进行热处理；
在再加热工序中：再加热温度为1080～1180℃；
在粗轧工序中：粗轧送料的厚度为2.5～3.0倍成品厚度；
在精轧工序中：控轧厚度为2.5～3.0倍成品厚度，控轧温度为870～980℃，终轧温度为810～950℃；
在热处理工序中：正火温度为870～910℃，正火时间系数2.2～2.7min/mm，回火温度为690～710℃、回火时间30～48min。
可选地，在切割时保证钢板温度超过100℃，以避免连铸钢坯温度过低因局部热膨胀致钢坯炸裂、出现裂纹。
本发明的有益效果在于：
本发明通过优化30CrMnSiA组分，提高了材料的强度性能，并通过优化制造工艺，缩小了钢板纵横向性能差异，提高了30CrMnSiA钢板的强度和韧性。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA，按质量百分比计，包括以下组分：C：0.28～0.34％；Si：0.90～1.20％；Mn：0.80～1.10％；P≤0.025％；S≤0.025％；Alt：0.020～0.040％；Cr：0.80～1.10％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。
C：作为钢中最经济、最基本的强化元素，对提高钢的强度有明显作用，但是C含量过高会影响钢的延性、韧性和焊接性，本发明的C的质量百分比为0.28～0.34％，优选0.31～0.34％。
Si：是一种类金属元素，具有极好的防水性能和脱氧性能，能提高钢的强度及质量。本发明中Si的质量百分比为0.31～0.34％，优选0.95～1.05％。
Mn：通过固溶强化提高钢的强度，是钢中补偿因C含量降低而引起强度损失的最主要、最经济的强化元素，且有助于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性、降低韧脆转变温度。本发明中Mn的含量为0.80～1.10％，优选0.85～1.05％。
P、S：是不可避免的钢中有害杂质元素，易形成偏析、夹杂等缺陷，恶化钢板的焊接性能、冲击韧性。本发明中P≤0.025％，S≤0.025％；优选，P≤0.022％，S≤0.022％，降低了有害杂质元素。
Alt：为钢中全铝含量，是酸溶铝和氧化铝之和，有利于细化晶粒，改善钢材的韧性。本发明中，Alt的质量百分比为0.020～0.040％。
Cr：提高钢的淬透性的重要元素，可以单独或者复合添加，对于厚规格船板用钢而言，添加较高Cr含量可以有效提高淬透性以弥补厚度带来的强度损失，改善厚度方向上性能的均匀性。本申请中Cr的含量为0.80～1.10％，优选0.85～1.05％。
航空用合金结构钢板30CrMnSiA的制造方法如下：
(1)按照上述组分进行配比冶炼、连铸后得到连铸坯；(2)将上述连铸坯进行再加热、粗轧和精轧；(3)对轧制后的成品进行ACC冷却，再加热工序中：再加热温度1080～1180℃；粗轧工序中：粗轧送料的厚度为2.5倍成品厚度；精轧工序中：控轧厚度为2.5倍成品厚度，控轧温度为870～980℃，终轧温度为810～950℃；冷却工序中：空冷，不采用ACC冷却；进行如下热处理工艺：正火温度870～910℃、正火时间系数2.2～2.7min/mm，回火温度690～710℃、回火时间30～48min。
本发明对30CrMnSiA钢板采用调质处理(淬火+回火)，因为淬火提高钢板强度、回火提高钢板韧性，可使其具有很高的强度和足够的韧性，且淬透性较好。
实施例1：
表1组分表
| 元素 | 实施例1 | 实施例2 |
| Ti | 0.002 | 0.001 |
| V | 0.001 | 0.004 |
| Nb | 0.002 | 0.001 |
| Mo | 0.002 | 0.003 |
| Cu | 0.02 | 0.01 |
| Ni | 0.03 | 0.01 |
| Cr | 0.98 | 1.01 |
| Alt | 0.031 | 0.029 |
| S | 0.005 | 0.005 |
| P | 0.019 | 0.018 |
| Mn | 0.95 | 0.93 |
| Si | 1.02 | 1.10 |
| C | 0.33 | 0.32 |
实施例1
本实施例提供的航空用合金结构钢板30CrMnSiA，钢板的厚度为8mm。其具体制造步骤如下：
1)、按照表格中实施例1的组分进行冶炼、连铸后得到连铸坯；2)、将上述连铸坯进行在加热、粗轧和精轧；3)、对轧制后的成品进行冷却。在再加热工序中，再加热温度1112℃；在粗轧工序中，粗轧送料的厚度为30mm(铸坯厚度230mm)，轧制15道次，单道次压下率大于10％；在精轧工序中；控轧厚度30mm，控轧温度为975℃，终轧温度为842℃，轧制道次11道；所述冷却工序不采用ACC冷却工艺；正火温度883℃，正火时间系数2.5min/mm；回火温度701℃、回火时间30min。
实施例2：
本实施例提供的航空用合金结构钢板30CrMnSiA，所述钢板的厚度为14mm。其具体制造步骤如下：
1)、按照表格中实施例2的组分进行冶炼、连铸后得到连铸坯；2)、将上述连铸坯进行粗轧和精轧；3)、对轧制后的成品进行冷却。在再加热工序中，再加热温度1124℃；在粗轧工序中，粗轧送料的厚度为35mm(铸坯厚度230mm)，轧制15道次，单道次压下率大于10％；在精轧工序中；控轧厚度35mm，控轧温度为962℃，终轧温度为855℃，轧制道次11道；所述冷却工序未采用ACC冷却工艺；正火温度885℃，正火时间系数2.5min/mm；回火温度699℃、回火时间42min。
采用上述不同实施工艺进行轧制并热处理，并对成品板进行拉伸试验、冲击试验检验，得到的性能结果如表二所示。由表二可知：屈服强度RP0.2、抗拉强度Rm、延伸率A50、-20℃冲击功等性能指标波动小，特性值稳定，且综合性能优良。
表二为实施例的性能结果：表二性能表
本发明通过优化30CrMnSiA组分，提高了材料的强度性能，并通过优化制造工艺，解决了钢板纵横向性能差异较大的问题，提高了30CrMnSiA钢板的强度和韧性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA，其特征在于：按质量百分比计，包括以下组分：C：0.28～0.34％；Si：0.90～1.20％；Mn：0.80～1.10％；P≤0.025％；S≤0.025％；Alt：0.020～0.040％；Cr：0.85～1.05％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。
2.根据权利要求1所述的一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA，其特征在于：C为0.31～0.34％。
3.根据权利要求1所述的一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA，其特征在于：Si为0.95～1.05％。
4.根据权利要求1所述的一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA，其特征在于：Mn为0.85～1.05％。
5.根据权利要求1所述的一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA，其特征在于：P≤0.022％，S≤0.022％。
6.一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA的制造方法，包括以下步骤：
S1按照如权利要求1～5任一所述的航空用合金结构钢板30CrMnSiA的组分进行冶炼、连铸后得到连铸坯；
S2将连铸坯进行再加热、粗轧和精轧；
S3对轧制后的成品进行热处理；
其特征在于：
在再加热工序中：再加热温度为1080～1180℃；
在粗轧工序中：粗轧送料的厚度为2.5～3.0倍成品厚度；
在精轧工序中：控轧厚度为2.5～3.0倍成品厚度，控轧温度为870～980℃，终轧温度为810～950℃；
在热处理工序中：正火温度为870～910℃，正火时间系数2.2～2.7min/mm，回火温度为690～710℃、回火时间30～48min。
7.根据权利要求6所述的一种航空用合金结构钢板30CrMnSiA的制造方法，其特征在于：在切割时保证钢板温度超过100℃，以避免连铸钢坯温度过低因局部热膨胀致钢坯炸裂、出现裂纹。
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