專利名稱：一種高強(qiáng)度高韌性合金鋼的制造方法
一種高強(qiáng)度高韌性合金鋼的制造方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域，特別是涉及一種高強(qiáng)度高韌性合金鋼的制造方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，合金鋼的碳含量都較高，例如美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTMA709/ A709M-01b中的100、100W鋼，其碳含量大于O. 10 %，這種合金鋼雖然具有高強(qiáng)度，但其韌性、焊接性能都較差。專利申請?zhí)枮?004100967957公開了一種合金鋼。該合金鋼的采用 TMCP+RPC+SQ方法進(jìn)行生產(chǎn)，得到的是抗拉強(qiáng)度級別為800MPa級別的高強(qiáng)度鋼，并且該鋼以淬火狀態(tài)交貨，但該合金鋼的殘余應(yīng)力較大，另外該合金鋼中不含Cr，因而耐候性能較差。專利申請?zhí)枮?00410061112. 4也公開了一種合金鋼，但該合金鋼并未添加微量兀素硼，因此該合金鋼的抗拉強(qiáng)度僅為590 650MPa發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)在高強(qiáng)度合金鋼存在碳含量高，韌性、耐候性能較差、抗拉強(qiáng)度低的問題， 本發(fā)明提供一種合金鋼的制造方法，通過該方法制得的合金鋼不僅具有高強(qiáng)度，而且還具有優(yōu)異的韌性，鋼板沿板厚方向上的微觀組織和力學(xué)性能均勻的抗拉強(qiáng)度為700MPa級的高強(qiáng)度高韌性合金鋼，鋼的成分設(shè)計(jì)簡單，與傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼相比，鋼的碳含量極低，因而其組織均勻性和力學(xué)均勻性較好，鋼板的韌性、耐候性能優(yōu)異。
合金鋼中各化學(xué)組成成分的主要作用為
碳是鋼的主要強(qiáng)化元素，它通過固溶和形成碳化物的方式提高鋼的抗拉強(qiáng)度。加碳還可增加鋼的變硬化指數(shù)，降低屈強(qiáng)比，從而提高鋼的動態(tài)性能。但過多的碳會造成斷裂韌性降低，并使焊接性能變差。
Si可推遲低溫回火脆性的產(chǎn)生，同時(shí)起固溶強(qiáng)化作用，含量低效果不好，過高會降低鋼的塑性。
Ni可提高基體韌性，適量的Ni與Mn可形成少量殘余奧氏體，從而提高鋼的塑韌性，過多則使強(qiáng)度下降。同時(shí)Ni與Cr、Mo可保證鋼所必須的淬透性。
Mn與Ni —樣，都有利于形成殘余奧氏體，提高鋼的韌性，故以Mn代部分Ni。
Cr與Ni、Mo共同作用可顯著提高鋼的淬透性，并可阻止殘余奧氏體的分解。
Mo可提高鋼的淬透性，防止回火脆性的產(chǎn)生，同時(shí)可降C的活度，阻止碳化物聚集，保持鋼的強(qiáng)度
加入少量Nb可有效地細(xì)化晶粒，從而提高鋼的強(qiáng)度和塑韌性。
因此，本發(fā)明提出的制造方法所得的高強(qiáng)度高韌性合金鋼的化學(xué)成分如下(重量百分比，下同)碳0· 14 O. 19wt%、硅0· 20 O. 33wt%、硼0· 02 O. 05wt%、錳O.85% I. 30wt%、磷彡 O. 02wt%jt :0. 015 O. 02wt%、鉻0· 08 O. lwt%、· :0. 6 O.2wt%、鎳0· 30 O. 50wt%、銅0· 2 O. 3wt%、鑰0· 02 O. 08wt%、鈦·.( O. 2wt%、 銀彡O. 06wt%，余量為鐵。
具體實(shí)施方式
為了更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，通過下文描述的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例I
本發(fā)明提出的高強(qiáng)度高韌性合金鋼的制造方法包括如下步驟
(I)采用鐵水預(yù)脫硫，在真空感應(yīng)爐上冶煉所述合金鋼，該合金鋼的其具體化學(xué)成分為碳0· 14 O. 19wt%、硅0· 20 O. 33wt%、硼0· 02 O. 05wt%、錳0· 85% I.30wt %、磷彡 O. 02wt 硫0· 015 O. 02wt %、鉻0. 08 O. Iwt %、釩0· 6 O.2wt%、鎳0· 30 O. 50wt%、銅0· 2 O. 3wt%、鑰0· 02 O. 08wt%、鈦·.( O. 2wt%、 銀彡O. 06wt%，余量為鐵。
(2)步驟(I)所得的合金鋼經(jīng)冶煉澆鑄成錠后依次進(jìn)行初軋軋制和精軋軋制；其中，初軋開軋溫度彡1150°C，精軋開軋溫度彡900°C，精軋結(jié)束溫度彡800°C，累計(jì)壓下率 ^ 45%，經(jīng)所述初軋軋制和精軋軋制后空冷；
(3)對空冷后的合金鋼進(jìn)行均質(zhì)化熱處理、熱加工、退火、淬火、回火熱處理，其中 鋼錠均質(zhì)化熱處理溫度1250°C，時(shí)間7小時(shí)；熱加工加熱溫度1180-1200°C，加熱時(shí)間90分鐘；退火溫度700°C，退火時(shí)間I小時(shí)；淬火溫度900°C，加熱時(shí)間I小時(shí)、回火溫度250°C， 回火時(shí)間4小時(shí)。
本發(fā)明提出的高強(qiáng)度高韌性合金鋼的制造方法中，通過選擇合適含量的各化學(xué)成分，從而可以得到高強(qiáng)度高韌性的合金鋼；具體化學(xué)成分的設(shè)定說明如下
Si主要以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)也是鋼中的脫氧元素，本發(fā)明Si含量在 O. 20 % O. 33wt %，優(yōu)選 O. 25wt%o
Mn含量選擇在O. 85% I. 30wt% ,Mn是重要的強(qiáng)韌化元素，對貝氏體轉(zhuǎn)變有較大的促進(jìn)作用。但太高的Mn有損于鋼的韌性，而太低的Mn則不能保證鋼板的強(qiáng)度，本發(fā)明優(yōu)選的Mn含量為lwt%。
P含量為O. 02wt%, P的高含量會大幅度提高鋼的耐候性，并可通過P的適量合理偏聚，彌補(bǔ)極低碳鋼晶間強(qiáng)度降低的不足。因此在合金鋼領(lǐng)域，P的含量一般都不宜過低，本發(fā)明優(yōu)選P的含量是0. 02wt%o
S的含量為O. 015 O. 02wt%，高的S含量不僅會使鋼板縱橫向性能產(chǎn)生明顯差異，同時(shí)也降低合金鋼的低溫韌性，而且硫化物夾雜會使合金鋼的耐候性能也明顯降低，本發(fā)明優(yōu)選的S含量為O. 018wt%
Ni能提高淬透性，具有一定的強(qiáng)化作用，還能顯著地改善鋼材的低溫韌性。使基材和焊接熱影響區(qū)低溫韌性大幅度提高。Ni還能有效阻止Cu的熱脆引起的網(wǎng)裂。Ni可顯著提高鋼的耐候性能。其加入量小于O. 10%，則Ni起不到作用，但含量過高易造成鋼板氧化鐵皮難以脫落且增加鋼的成本。因此本發(fā)明中Ni的適宜量為O. 30 O. 50wt%，本發(fā)明優(yōu)選Ni含量為O. 4wt%。
Mo的含量為O. 02 O. 08wt%。Mo能增加淬透性，顯著提高鋼的強(qiáng)度。但過高的 Mo會使鋼的低溫韌性顯著惡化。過量的Mo也會在焊接時(shí)形成馬氏體，導(dǎo)致焊接接頭脆性的增加。本發(fā)明優(yōu)選的Mo含量為0. 05wt%o
Nb是強(qiáng)碳氮化合物形成元素，能提高鋼的奧氏體再結(jié)晶溫度。奧氏體可以在更高的軋制溫度下進(jìn)行軋制，此外Nb在軋制過程中通過Nb的碳氮化物的應(yīng)變誘導(dǎo)析出可以釘扎奧氏體晶粒，細(xì)化奧氏體晶粒并提高強(qiáng)度及低溫韌性。本發(fā)明中Nb的適宜量為 ^ O.06wt%o
Ti是強(qiáng)氮化物形成元素，Ti的氮化物能有效地釘扎奧氏體晶界，因此有助于控制奧氏體晶粒的長大，本發(fā)明中，Ti的適宜含量控制在彡O. 2wt%。
本發(fā)明提出的高強(qiáng)度高韌性合金鋼的制造方法得到的合金鋼，其具有高強(qiáng)度，高韌性以及耐候性能優(yōu)異等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，但是其并非用于限定本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求來限定，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求保護(hù)范圍的情況下，可以對本發(fā)明做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度高韌性合金鋼的制造方法，包括步驟 (1)采用鐵水預(yù)脫硫，在真空感應(yīng)爐上冶煉所述合金鋼，該合金鋼的其具體化學(xué)成分為碳0. 14 0. 19wt %、硅0. 20 0. 33wt %、硼0. 02 0. 05wt %、錳0. 85% I.30wt %、磷彡 0. 02wt 硫0. 015 0. 02wt %、鉻0. 08 0. Iwt %、釩0. 6 0.2wt%、鎳0. 30 0. 50wt%、銅0. 2 0. 3wt%、鑰0. 02 0. 08wt%、鈦彡 0. 2wt%、鈮< 0. 06wt%，余量為鐵。
(2)步驟(I)所得的合金鋼經(jīng)冶煉澆鑄成錠后依次進(jìn)行初軋軋制和精軋軋制；其中，初軋開軋溫度彡1150°C,精軋開軋溫度彡9000C，精軋結(jié)束溫度彡8000C，累計(jì)壓下率彡45%,經(jīng)所述初軋軋制和精軋軋制后空冷； (3)對空冷后的合金鋼進(jìn)行均質(zhì)化熱處理、熱加工、退火、淬火、回火熱處理，其中鋼錠均質(zhì)化熱處理溫度1250°C，時(shí)間7小時(shí)；熱加工加熱溫度1180-1200°C，加熱時(shí)間90分鐘；退火溫度700°C，退火時(shí)間I小時(shí)；淬火溫度900°C，加熱時(shí)間I小時(shí)、回火溫度250°C，回火時(shí)間4小時(shí)。
2.如權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)度高韌性合金鋼的制造方法，其中，Si含量在0.20% 0. 33wt %,優(yōu)選0. 25wt% ;Mn含量選擇在0. 85 % I. 30wt % ,優(yōu)選lwt% ；P的含量是0. 02wt% ；S 含量為 0. 018wt% ；Ni 含量為 0. 4wt% ；Mo 的含量為 0. 02 0. 08wt%，優(yōu)選的 Mo含量為0. 05wt%o
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度高韌性合金鋼的制造方法，包括步驟采用鐵水預(yù)脫硫，在真空感應(yīng)爐上冶煉所述合金鋼；合金鋼經(jīng)冶煉澆鑄成錠后依次進(jìn)行初軋軋制和精軋軋制；經(jīng)所述初軋軋制和精軋軋制后空冷；對空冷后的合金鋼進(jìn)行均質(zhì)化熱處理、熱加工、退火、淬火、回火熱處理。
文檔編號C21D1/18GK102978534SQ20121043752
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者葛艷明, 袁志偉 申請人:江蘇金源鍛造股份有限公司