專利名稱：：高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及到一種超高強(qiáng)度鋼的制造方法，特別是涉及一種在鋼中形成以潔凈的超細(xì)化回火板條馬氏體為基體、彌散分布納米級(jí)沉淀相為特征的復(fù)相組織、并因此獲得超高強(qiáng)度鋼、高塑性和高韌性等多種力學(xué)特性的高性能、低成本鋼鐵材料的制造方法。
背景技術(shù)：
：目前，鋼鐵材料仍然是結(jié)構(gòu)材料的主體，發(fā)展具有集超高強(qiáng)度、高塑性和優(yōu)異低溫沖擊韌性等多種特性為一體的高性能鋼鐵材料及其關(guān)鍵制造技術(shù)，是滿足大型工程機(jī)械、高層建筑和嚴(yán)酷地質(zhì)服役環(huán)境油井管等現(xiàn)代重要結(jié)構(gòu)向長效安全、減輕自重和節(jié)能降耗方向發(fā)展的一個(gè)重要途徑。國際上一般認(rèn)為，屈服強(qiáng)度^840MPa(120ksi)的結(jié)構(gòu)用鋼可稱為超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，實(shí)際工程中有時(shí)甚至要求結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到1000MPa以上。如何在使這類鋼在達(dá)到超高強(qiáng)度級(jí)別的同時(shí)，具有較高的塑性和優(yōu)異的低溫沖擊韌性，以滿足結(jié)構(gòu)對(duì)重載、抵抗沖擊和適應(yīng)大移位變形的要求，是近十年來的研究與開發(fā)熱點(diǎn)。一般來說，鋼的強(qiáng)度與塑性、韌性通常表現(xiàn)為互為消長的關(guān)系，強(qiáng)度高的鋼常常塑性和韌性就低，反之，為追求高的塑性和韌性，就必須犧牲鋼的強(qiáng)度。因此，高塑性、高韌性、超高強(qiáng)度鋼的開發(fā)難度極大，需要在超高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)韌化和強(qiáng)塑化的冶金手段方面進(jìn)行新的探索。目前在開發(fā)超高強(qiáng)度鋼方面，為了提高強(qiáng)度，通常利用貝氏體或馬氏體作為主要組織，同時(shí)利用各種細(xì)化手段，期望得到更高的強(qiáng)度及韌性。國內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了廣泛探索，并已形成了多項(xiàng)成果或?qū)＠７治鲞@類成果或?qū)＠_的超高強(qiáng)度鋼及其相關(guān)制造方法可以發(fā)現(xiàn)，它們都存在如下諸多不足之處的一種、或兩種、或兩種以上1)公開的超高強(qiáng)度鋼在利用細(xì)化的馬氏體/貝氏體組織強(qiáng)化時(shí)，雖然也達(dá)到了較高的低溫沖擊韌性，但延伸率一般不高，通常只能達(dá)到10%-20%，一般對(duì)所提出的超高強(qiáng)度鋼的塑性指標(biāo)要求不高，甚至不提任何要求。如4國際專利"低溫韌性優(yōu)異的超高強(qiáng)度低碳合金鋼管及其制造方法"(公開號(hào)W02005035800A1)公開的超高強(qiáng)度鋼管，其材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別可達(dá)到930MPa和1000MPa，韌脆轉(zhuǎn)變溫度在-6(TC以下，但延伸率僅^9%;如國內(nèi)專利"非調(diào)質(zhì)易焊接超高強(qiáng)度鋼及其生產(chǎn)方法"(公開號(hào)CN101086015)公開的一種超高強(qiáng)度鋼，雖然該鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到了980MPa以上，且-60'C低溫沖擊功達(dá)到100J以上，但鋼的塑性偏低，延伸率不能穩(wěn)定達(dá)到20%以上。又如國內(nèi)專利"具有優(yōu)良耐蝕性和抗疲勞性的超高強(qiáng)度鋼及其制造方法"(公開號(hào)CN1888120A)公開的一種超高強(qiáng)度厚鋼板或熱軋鋼板，雖然材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別可達(dá)到880MPa和980MPa以上，且-20。C沖擊功達(dá)到100J以上，但鋼的塑性明顯不足，延伸率一役均在20%以下。如國際專利"低溫韌性優(yōu)良的可焊性高強(qiáng)度鋼"(公開號(hào)CN1146784A)公開的超高強(qiáng)度鋼板，經(jīng)采用微合金化結(jié)合控制軋制，雖然材料的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了950MPa以上，韌脆轉(zhuǎn)變溫度在-85。C以下，但相關(guān)權(quán)利要求書和實(shí)施例均未提及材料的延伸率數(shù)據(jù)，說明該專利并未對(duì)所公開的超高強(qiáng)度鋼提出塑性指標(biāo)要求；又如國內(nèi)專利"石油天然氣開采中深井、超深井石油套管及其生產(chǎn)方法"(公開號(hào)CN1619005A)公開的超高強(qiáng)度套管，雖然材料的的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別可達(dá)到966-1103MPa和1034MPa以上，橫向全尺寸沖擊功達(dá)40J以上，但相關(guān)權(quán)利要求書和實(shí)施例均未提及材料的延伸率數(shù)據(jù)，說明該專利公開的超高強(qiáng)度鋼并未對(duì)塑性指標(biāo)提出要求。2)公開的超高強(qiáng)度鋼雖然也達(dá)到了較高的塑性，但低溫沖擊韌性明顯不足。如國內(nèi)專利"低合金超高強(qiáng)度鋼種"(公開號(hào)CN1390972)公開的一種低合金超高強(qiáng)度鋼種，其材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別可達(dá)到860-1200Mpa和1000-1300MPa，延伸率為15-25%,但0。C全尺寸低溫沖擊功僅^33J。3)公開的超高強(qiáng)度鋼塑性和低溫沖擊韌性均不足。如國內(nèi)專利"特殊連接結(jié)構(gòu)超高強(qiáng)度抗擠毀石油套管及其生產(chǎn)方法"公開的一種超高強(qiáng)度鋼，雖然其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別可達(dá)到896-1150Mpa和^970MPa，但延伸率僅^9%、(TC全尺寸低溫沖擊功僅^33J。4)公開的超高強(qiáng)度鋼雖然也達(dá)到了較高的低溫韌性，也可能達(dá)到較高的塑性，但合金成本偏高。如國際專利"具有優(yōu)異的低溫韌性的超高強(qiáng)度鋼"(公開號(hào)CN1282381A)公開的一種超高強(qiáng)度低溫鋼，盡管材料的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到830MPa以上，經(jīng)化學(xué)成分優(yōu)選后，材料的抗拉強(qiáng)度甚至可達(dá)到lOOOMPa以上，由于提高材料塑性和低溫韌性的主要手段是包括加入1.0%以上的鎳，優(yōu)化的鎳加入量甚至在1.5%以上，通過促進(jìn)位錯(cuò)的交滑移來提高材料的變形能力，但由此增加了合金原料成本。由此可見，上述現(xiàn)有超高強(qiáng)度鋼要么材料的塑性不足，要么材料的低溫韌性不足，要么材料的塑性和低溫韌性均不足，要么合金原料成本偏高，均不屬于集超高強(qiáng)度、高塑性和優(yōu)異低溫韌性等多種特性為一體的高性能經(jīng)濟(jì)型鋼鐵材料。目前在開發(fā)低合金高強(qiáng)度鋼方面，為了提高鋼的塑性，通常采取在鋼中形成鐵素體/珠光體、鐵素體/馬氏體、鐵素體/貝氏體、殘余奧氏體/貝氏體、貝氏體/M-A島等不同軟硬相組合的復(fù)相組織，并且通過熱處理或控冷等手段以調(diào)控各組成相的比例來提高鋼的塑性。如國內(nèi)專利"一種制取細(xì)晶粒雙相鋼熱處理方法"(公開號(hào)CN1039621A)公開的一種鐵素體/馬氏體雙相鋼，通過控制兩相區(qū)熱軋或熱處理后，獲得的雙相比例分別為80%和20%，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到約500MPa和750MPa，延伸率略高于20%。如國內(nèi)專禾1」"低屈強(qiáng)比超細(xì)晶粒帶鋼的制造方法"(公開號(hào)CN1928130A)公開的一種鐵素體/珠光體雙相鋼，通過控冷使鐵素體細(xì)化且比例達(dá)到85%左右，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到約295-415MPa和460-510MPa，延伸率達(dá)到26-40%。文獻(xiàn)(尚成嘉等，北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，Vol.25(3):288-290)提出的超細(xì)貝氏體/鐵素體雙相鋼，鐵素體約占20%，經(jīng)68(TC回火1小時(shí)后，延伸率可穩(wěn)定達(dá)到25%以上，但屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度僅達(dá)到720MPa和780MPa。文獻(xiàn)(王學(xué)敏等，2001年中國鋼鐵年會(huì)論文集，859-872)提出的超細(xì)貝氏體/馬氏體雙相鋼，經(jīng)675。C回火3小時(shí)后，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到747MPa和772MPa，延伸率僅16%左右。文獻(xiàn)(張丕軍等，東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，Vol.27(4):414-417)提出的針狀鐵素體/馬氏體雙相鋼，通過控冷后獲得10-30%的針狀鐵素體，延伸率可達(dá)到23-29%，但屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度僅分別達(dá)到550-610MPa和740-840MPa。文獻(xiàn)(董允等，河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，Vol.29(1):67-70)提出的殘余奧氏體/貝氏體雙相鋼，通過350-400。C等溫處理后獲得含量為11-15%的殘余奧氏體，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到800-1000MPa和1300-1600MPa，延伸率可達(dá)到20-30°/。，該文獻(xiàn)未提及該鋼的低溫沖擊韌性，但由于其中碳含量高達(dá)0.60-0.75%,預(yù)計(jì)其低溫沖擊韌性可能不足。另據(jù)文獻(xiàn)(I.Nobuyuki等，JFETechnicalR印ort2006，No.7:20-26)報(bào)道，日本JFE開發(fā)的抗大變形鐵素體/貝氏體和貝氏體/M-A島雙相鋼，雖然均勻變形延伸率可分別達(dá)到16%和12%以上，但屈服強(qiáng)度僅分別達(dá)到460MPa和530MPa以上。由此可見，盡管上述現(xiàn)有雙相鋼均可達(dá)到較高的塑性。但存在的問題是要么強(qiáng)度不足，要么低溫沖擊韌性不足，同樣，它們也不屬于集超高強(qiáng)度、高塑性和優(yōu)異低溫韌性等多種特性為一體的高性能經(jīng)濟(jì)型鋼鐵材料。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼及其制造方法，以滿足大型工程機(jī)械、高層建筑、嚴(yán)酷地質(zhì)服役環(huán)境油井管等現(xiàn)代重要結(jié)構(gòu)對(duì)承受重載、抵抗沖擊和適應(yīng)大移位變形的使用要求，而且該方法還必須具有貴重金屬鎳消耗較少、熱處理時(shí)間較短、生產(chǎn)成本較低的優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所涉及的制造方法包括以下步驟采用純凈鋼冶煉技術(shù)，按預(yù)先設(shè)計(jì)的合金成分，制成板坯或圓坯等各種截面形狀的坯料；將坯料加熱后經(jīng)過軋制或穿孔軋制等變形后，獲得具有板狀或管狀的外形和尺寸；將成形后的工件按875"C930'C保溫2540分鐘后淬火、然后在625。C675。C回火3090分鐘后空冷的工藝進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。通過精確控制上述有關(guān)工藝參數(shù)，在鋼中形成以潔凈的超細(xì)化回火板條馬氏體為基體、彌散分布一定數(shù)量納米級(jí)沉淀相為特征的復(fù)相組織，制得具有上述多種力學(xué)特性的板材或管材。為達(dá)到上述目的，首先需要對(duì)本發(fā)明涉及的鋼的化學(xué)成分進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和控制，其中各合金成分的作用機(jī)理是(1)碳(C)碳是一種能有效提高強(qiáng)度且成本低廉的合金元素。當(dāng)碳含量低于O.15%時(shí)，對(duì)于上述要求的板材或管材，淬透性偏低，難于通過熱處理使軋件整個(gè)截面上獲得均勻的回火馬氏體組織，從而使強(qiáng)度偏低。當(dāng)碳含量高于0.30%時(shí)，鋼的韌性不足，難于達(dá)到在超高強(qiáng)度下的強(qiáng)韌性匹配。因此，碳含量應(yīng)控制在0.150.30%,適宜的碳含量范圍應(yīng)為0.180.28%。(2)錳(Mn)錳是一種有效提高鋼的淬透性的元素，能同時(shí)提高強(qiáng)度和韌性。但錳含量過高時(shí)，宜在鑄坯中形成偏析，從而在軋件中形成帶狀組織，使韌性下降。因此，錳含量應(yīng)控制在0.20%1.40%。適宜的錳含量范圍應(yīng)為0.40%1.00%。(3)硅(Si)硅在煉鋼中是一種有效的脫氧元素，且能提高鋼的強(qiáng)度。當(dāng)硅含量低于0.10%時(shí)，鋼易氧化，但其含量超過0.50%時(shí)，損害鋼的韌性。因此，硅含量應(yīng)控制在0.10%0.50%。適宜的硅含量范圍應(yīng)為0.10%0.40%。(4)鉻(Cr)鉻是一種在適當(dāng)?shù)奶砑臃秶鷥?nèi)能同時(shí)提高鋼的強(qiáng)度、韌性和耐蝕性的元素。當(dāng)鉻含量低于0.40%時(shí)，對(duì)于上述要求的板材或管材，淬透性偏低，從而使強(qiáng)度偏低。當(dāng)鉻含量高于1.50%時(shí)，套管的韌性不足，難于達(dá)到在超高強(qiáng)度下的強(qiáng)韌性匹配。因此，鉻含量應(yīng)控制在0.401.50%。適宜的鉻含量范圍應(yīng)為0.401.10%。(5)鉬(Mo)鉬是一種能有效抗回火軟化、提高鋼的強(qiáng)度的元素。特別是在調(diào)質(zhì)鋼中與鉻復(fù)合添加時(shí)，強(qiáng)化效果更明顯。當(dāng)鉬含量低于0.25%時(shí)，強(qiáng)度偏低。當(dāng)鉬含量高于1.35%時(shí)，昂貴合金料的成本顯著增加，且鋼的韌性明顯下降，難于達(dá)到在超高強(qiáng)度下的強(qiáng)韌性匹配。因此，鉬含量應(yīng)控制在0.25%1.35%，適宜的鉬含量范圍應(yīng)為0.25%0.95%。(6)釩(V)釩是一種能提高鋼的強(qiáng)度的元素，即使添加0.01%的釩，就能起抗回火軟化的作用。釩的加入量一般在0.10%左右，但是，由于釩鐵合金價(jià)格偏高，限制了釩的最高加入量，因此，適宜的釩含量范圍是00.亂(7)鎳(Ni)鎳是一種能同時(shí)提高鋼的強(qiáng)度和韌性的元素，特別是改善低溫韌性。但由于鎳的價(jià)格偏高，不宜多加甚至盡可能不加。因此，適宜的鎳含量范圍是SO.20%。8(8)銅(CU)銅是一種耐蝕元素，同時(shí)，在鋼中還可起到固溶強(qiáng)化(^0.20%時(shí))或析出強(qiáng)化作用(回火時(shí)析出e-Cu粒子)。過高的銅含量易引起熱脆，需同時(shí)添加鎳來抑制，宜限制其最高加入量或不加，因此，銅含量應(yīng)控制在^0.20%。(9)鋁(Al)鋁是煉鋼中需要加入的脫氧元素，對(duì)夾雜物具有變性作用，另外在鋼中形成穩(wěn)定的細(xì)小A1N沉淀粒子，有細(xì)化晶粒的作用。因此，適宜的鋁含量范圍是0.010.05%。(10)硼(B)在鋼中加入520卯m的微量硼，可顯著增加低碳低合金鋼的淬透性，有利于在淬火時(shí)獲得馬氏體或貝氏體硬相，并可節(jié)省鉻、鉬、釩等貴重鐵合金資源，同時(shí)B可以與N結(jié)合，固定自由N，以降低N引起的時(shí)效脆化效應(yīng)。因此，鋼中的硼含量范圍可控制在520ppm，適宜的硼含量范圍是820ppm。因此，根據(jù)上述制造方法，本發(fā)明涉及的高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼，其化學(xué)成分為(wt%):C:0.150.30，Mn:0.201.40，Si:0.100.50，P:^0.015，S:〇0.012，Ni:20，Cr:0.401.50，Mo:0.251.35，V:00.10，Cu:^0.2，Al:0.010.05，B:0.00050.0020，余量為Fe及附帶的雜質(zhì)元素。上述本發(fā)明涉及的高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼，因采用精確控制淬火馬氏體的回火工藝，可以充分利用超細(xì)化回火板條馬氏體/納米級(jí)沉淀相復(fù)相組織帶來的強(qiáng)化、塑化和韌化效果，因此，可減少其中貴重合金元素的加入量，降低碳含量，改善鋼的綜合力學(xué)性能，其優(yōu)化的化學(xué)成分為(Wt%):C:0.180.28，Mn:0.401.00，Si:0.100.40，P:().012，S:^0.010，Ni:^0.20，Cr:0.401.10，Mo:0.250.95，V:00.10，Cu:SO.2,Al:0.010.05,B:0.00080.0020，余量為Fe及雜質(zhì)元素。上述本發(fā)明所涉及的高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼及其制造方法，在坯料生產(chǎn)時(shí)必須采用純凈鋼冶煉工藝，這是提高超高強(qiáng)度鋼低溫韌性的關(guān)鍵措施之一。在綜合采用原料控制、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹、鋼包吹氬精煉、真空處理、Ca/Si絲夾雜物變性處理等措施后，應(yīng)使坯料的冶金質(zhì)量達(dá)到下述要求(1)鋼中氧的總含量限制在^30ppm、氮的總含量限制在^70卯m，或氧氮總量限制在^100ppm。(2)鋼中有害元素S+PSO.025%、Pb+Sn+As+Sb+Bi^O.15%;(3)鋼中夾雜物的含量按ASTME45標(biāo)準(zhǔn)"最惡略視場(chǎng)法(方法A)"來測(cè)定。夾雜物的最高含量是細(xì)系夾雜物水平^2;粗系夾雜物水平^1。上述本發(fā)明所涉及的高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼及其制造方法，其外形包括熱軋板材和管材等不同截面形狀的高性能結(jié)構(gòu)件，在將坯料經(jīng)過熱變形以獲得所需要的形狀和尺寸時(shí)，在冶金技術(shù)裝備條件允許的范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能采用控制軋制，即主要適當(dāng)控制坯料加熱溫度、按軋制表(或鍛造表)分配變形溫度和變形量、以及軋后噴水冷卻。其目的主要是盡可能細(xì)化形變奧氏體晶粒，并獲得均勻的軋態(tài)組織。熱變形工藝可采用如下典型參數(shù)生產(chǎn)板材時(shí)，板坯加熱溫度為1200°C1250°C，粗軋溫度為1200°C1250°C，總壓下率為6070%;精軋溫度為950。C850。C，變形量為3040%;軋后空冷。生產(chǎn)管材時(shí)，圓坯加熱溫度為1200°C1250°C，經(jīng)熱定心后，在1200。C以上進(jìn)行熱軋穿孔，變形量為6070%;在1050。C1150。C進(jìn)行熱連軋，變形量為2030%;再經(jīng)過850'C95(TC定徑，變形量為1020%，變形量可根據(jù)軋機(jī)的能力在不同道次間進(jìn)行分配，但軋制時(shí)應(yīng)盡可能使鋼中的形變奧氏體發(fā)生充分再結(jié)晶，避免形成或殘留剪切帶。上述本發(fā)明所涉及的高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼及其制造方法，為獲得超細(xì)化回火板條馬氏體/納米級(jí)沉淀相復(fù)相組織，必須對(duì)淬火馬氏體的回火工藝進(jìn)行精確控制。具體來說，需要通過控制回火溫度和回火時(shí)間，以調(diào)控回火板條馬氏體的寬度在0.200.40um之間、沉淀相的體積百分?jǐn)?shù)在8-12%之間、當(dāng)量尺度在30-50nm之間、形態(tài)為針狀或棒狀等合適的組織參量，便于發(fā)揮沉淀相作為硬相、回火板條馬氏體作為軟相在變形時(shí)的協(xié)同作用，從而滿足本發(fā)明鋼需同時(shí)具備超高強(qiáng)度、高塑性和優(yōu)異低溫沖擊韌性等綜合力學(xué)性能的要求。對(duì)于本發(fā)明鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理時(shí)，適宜的工藝參數(shù)為875。C93(TC保溫2540分鐘后淬火，然后在625°C675°C回火3090分鐘后空冷。圖1是高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼的金相組織。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明涉及的高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼，其化學(xué)成分(wt%)列于表l。表l:本發(fā)明鋼的化學(xué)成分(Wt%)元素CSiMnPSCrMoVCuNiNbTiAlB0+Nwt%0.180.210.820.0080,0031.050.550.080.120.140.0050.0030.041525巧5注表中B、0、N等元素化學(xué)成分的單位為卯m。殘余元素總量Pb+Sn+As+Sb+Bi:SO.15。實(shí)施例1本發(fā)明的實(shí)施例1選取硫、磷含量低的原料，采用50Kg真空爐進(jìn)行冶煉，使鋼中的化學(xué)成分滿足表1的要求，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。然后采用惰性氣體保護(hù)進(jìn)行澆鑄，每爐澆兩錠，鑄錠平均直徑為？120mm。將鑄錠冒口切除后，在250mm軋機(jī)上將其制成板厚為12rnm、寬度為200mm的熱軋板。其中，主要的熱軋工藝是板坯加熱溫度為12001250°C，初軋開始溫度為11501180°C，粗軋總壓下率為6070%，粗軋結(jié)束溫度為10201070°C。精軋開始溫度為930980°C，精軋總壓下率為3040%，精軋結(jié)束溫度為850870°C。軋后空冷。隨后，在熱軋板上取樣，加工成尺寸為12mmX12誦X80隱的試件，釆用兩臺(tái)箱式電阻爐按表2所示工藝分別進(jìn)行淬火和回火，淬火介質(zhì)采用飽和食鹽水。調(diào)質(zhì)處理后，測(cè)試試驗(yàn)鋼的室溫縱向拉伸性能和0'C全試樣橫向低溫沖擊功。結(jié)果見表2。表2:本發(fā)明鋼的調(diào)質(zhì)熱處理丄藝和力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果淬火工藝回火工藝基材力學(xué)性能類別加熱溫度x時(shí)間(。CXmin)加熱溫度X時(shí)間(。CXmin)抗拉強(qiáng)度(MPa)屈月艮強(qiáng)度(MPa)延伸率(%)V缺口沖擊功(_60。C)工藝鋼1900'CX30min600°CX120min122611401963工藝鋼2620'CX20min125411911654工藝鋼369CTCX75min9759093115611<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從表2可以看出，按照本發(fā)明方法制備的鋼板，如工藝鋼6-12，均具有超高強(qiáng)度、高塑性和優(yōu)異低溫韌性的綜合力學(xué)性能。而工藝鋼1-5，盡管成分和熱成形工藝相同，但由于回火工藝不同，鋼的強(qiáng)度和韌性的匹配則不如工藝鋼6-12。實(shí)施例2本發(fā)明的實(shí)施例2選取預(yù)處理鐵水+P，S含量低的優(yōu)質(zhì)廢鋼作為原料，采用150噸電爐進(jìn)行冶煉，并采用爐外精煉、真空脫氣(VD)、夾雜物變性和吹氬攪拌等純凈鋼冶煉工藝，使鋼中的化學(xué)成分滿足表1的要求，夾雜物水平達(dá)到上述要求。然后將發(fā)明鋼連鑄成外徑尺寸為310,的圓坯。管坯穿孔連軋時(shí)，嚴(yán)格控制各工藝的溫度。鑄坯加熱到125(TC，經(jīng)熱定心后，在1200125(TC斜軋穿孔，變形量為6070%;軋管溫度范圍控制在11001150°C，變形量為2030%;定徑溫度控制在Ar3以上，變形量為1020%，然后空冷、鋸切、一次熱矯，矯直溫度為500600°C。軋態(tài)管經(jīng)880900匸加熱、保溫35min后，在水基淬火液中淬火，然后在645675。C經(jīng)4575min保溫回火后空冷。調(diào)質(zhì)熱處理后，進(jìn)行二次熱矯，矯直溫度為500600°C。成形后的管體尺寸為①244.48mmX15.llmm。在成品管上取樣測(cè)試鋼管的綜合力學(xué)性能。鋼管的縱向拉伸性能為屈服強(qiáng)度10301170MPa、抗拉強(qiáng)度為11201260MPa、延伸率為2030%，鋼管CTC橫向全尺寸卻貝沖擊功為105130J。權(quán)利要求1.一種高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼，其特征是所述鋼的化學(xué)成分為(wt％)C0.15～0.30，Mn0.20～1.40，Si0.10～0.50，P≦0.015，S≦0.012，Ni≦0.20，Cr0.40～1.50，Mo0.25～1.35，V0～0.10，Cu≦0.2，Al0.01～0.05，B0.0005～0.0020，余量為Fe及附帶的雜質(zhì)元素，其中夾雜物的最高含量是細(xì)系夾雜物水平≦2、粗系夾雜物水平≦1，鋼中夾雜物的含量按ASTME45標(biāo)準(zhǔn)“最惡略視場(chǎng)法-A”來測(cè)定；氧的總含量限制在≦30ppm、氮的總含量≦70ppm，或者氧、氮總量≦100ppm；殘余元素總量為(wt％)Pb+Sn+As+Sb+Bi≦0.15。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼，其特征是所述鋼中形成以0.200.40Pm亞微米級(jí)寬度的板條馬氏體為基體、彌散分布體積分?jǐn)?shù)在8-12%之間、當(dāng)量尺度在30-50nm之間的納米級(jí)沉淀相的復(fù)相組織，屈服強(qiáng)度^1000Mpa、抗拉強(qiáng)度^1100Mpa、延伸率為2030%，(TC橫向全尺寸卻貝沖擊功^100J。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼，其特征是所述鋼的化學(xué)成分為(wt%):C:0.180.28，Mn:0.401.00，Si:0.100.40，P:〇0.012，S:^0.010,Ni:^0.20，Cr:0.401.10，Mo:0.250.95，V:00.10，Cu:^0.2，Al:0.010.05，B:0.00080.0020，[O+N]:^0.010;殘余元素總量Pb+Sn+As+Sb+Bi:^0.15，余量為Fe及附帶的雜質(zhì)元素；屈服強(qiáng)度^1020Mpa、抗拉強(qiáng)度^1120Mpa、延伸率為2430%，0'C橫向全尺寸卻貝沖擊功^100J。4.一種制造權(quán)利要求1或2所述的高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼的方法，其特征是(1)采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉低硫、磷含量的鋼水，進(jìn)一步經(jīng)爐外精煉、真空脫氣和夾雜物變性處理后，采用連鑄方法鑄成板坯或圓坯；(2)生產(chǎn)板材時(shí)，板坯加熱溫度為1200°C1250°C，粗軋溫度為1200。C1250。C，總壓下率為6070%;精軋溫度為950。C850。C，變形量為3040%;軋后空冷；生產(chǎn)管材時(shí)，圓坯加熱溫度為1200。C125(TC，經(jīng)熱定心后，在1200。C以上進(jìn)行熱軋穿孔，變形量為6070%;在1050。C1150。C進(jìn)行熱連軋，變形量為2030%;再經(jīng)過850"C95(TC定徑，變形量為1020%，然后空冷、鋸切、一次熱矯，矯直溫度為500600°C;(3)成形后進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，其工藝為875。C93(TC保溫2535分鐘后淬火，然后在625。C675。C回火3090分鐘后，空冷、二次熱矯，矯直溫度為500600°C。5.—種制造權(quán)利要求3所述的高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼的方法，其特征是(1)采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉低硫、磷含量的鋼水，進(jìn)一步經(jīng)爐外精煉、真空脫氣和夾雜物變性處理后，采用連鑄方法鑄成板坯或圓坯；(2)生產(chǎn)板材時(shí)，板坯加熱溫度為120(TC125(TC，粗軋溫度為1200°C1250°C，總壓下率為6070%;精軋溫度為950°C850°C，變形量為3040%;軋后空冷；生產(chǎn)管材時(shí)，圓坯加熱溫度為1200°C1250°C，經(jīng)熱定心后，在120(TC以上進(jìn)行熱軋穿孔，變形量為6070%;在105(TC115(TC進(jìn)行熱連軋，變形量為2030%;再經(jīng)過850。C95(TC定徑，變形量為1020%，然后空冷、鋸切、一次熱矯，矯直溫度為50060(TC;(3)成形后進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，其工藝為875。C930。C保溫2535分鐘后淬火，然后在625。C675'C回火3090分鐘后，空冷、二次熱矯，矯直溫度為500600°C。全文摘要本發(fā)明公開了一種高塑性高韌性超高強(qiáng)度鋼及其制造方法。所述鋼的化學(xué)成分為(wt％)C0.15～0.30，Mn0.20～1.40，Si0.10～0.50，P≤0.015，S≤0.012，Ni≤0.20，Cr0.40～1.50，Mo0.25～1.35，V0～0.10，Cu≤0.2，Al0.01～0.05，B0.0005～0.0020，[O+N]≤0.010，余量為Fe及雜質(zhì)。其制造方法包括按配方冶煉、連鑄成坯料、熱軋成板材或管材、經(jīng)875～930℃保溫25～40分鐘淬火和625～675℃回火30～90分鐘后空冷的工藝進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。該鋼的屈服強(qiáng)度≥1000MPa、抗拉強(qiáng)度≥1100MPa、0℃卻貝沖擊功≥100J，延伸率20～30％，適用于工程機(jī)械、高層建筑、油井管等重要結(jié)構(gòu)制造。文檔編號(hào)C22C38/54GK101481779SQ20081008007公開日2009年7月15日申請(qǐng)日期2008年12月6日優(yōu)先權(quán)日2008年12月6日發(fā)明者任娟俠,孫徠博,張傳友,王青峰申請(qǐng)人:燕山大學(xué)