一種焊接結構鋼及其製造方法

2023-09-18 07:55:10 1

專利名稱：一種焊接結構鋼及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種焊接結構鋼及其製造方法，具體地講，本發明涉及一種lOOKg、IlOKg和120Kg級焊接結構鋼及其製造方法。
背景技術：
經濟建設和社會發展需要大量的高強鋼材，隨著國內鋼結構產業、工程機械、礦山機械等行業蓬勃發展，同時為順應起重機械、挖掘機懸臂梁、礦井用液壓支架等工程機械大型化、高強化的市場需求趨勢，對高強度、高質量等級工程機械用鋼的需求日益強烈。與此同時，為了在超高強鋼的生產與研發方面與國際接軌，較好地滿足當前國內外在超高強鋼領域的市場需求，各大鋼鐵企業在研發方面投入了大量人力物力。在中國專利CN1888120A中，在鋼的成分設計方面採用Cr-Ni-Cu-Mo-V-Nb-Ti-B複合添加，採用熱機械控制軋制+調質工藝，鋼的屈服強度> 880MPa，抗拉強度> 980MPa。在中國專利CN101451221A中，在鋼的成分設計方面採用Cr-Ni-Mo-Nb-V-Ti-B複合添加，採用熱機械控制軋制+調質工藝，使鋼的屈服強度不小於960MPa。在中國專利CN101086051A中，在鋼的成分設計方面採用低碳高錳、Cu-Cr-Ni-Mo-Nb-V-Ti-B-Re複合添加，採用熱機械控制軋制技術，使鋼的屈服強度達到980MPa以上水平。在中國專利CN101481779A中，在鋼的成分設計方面採用Cr-Ni-Mo-V-Cu-B複合添力口，採用熱機械控制軋制+調質工藝，鋼的屈服強度> lOOOMPa，抗拉強度> IlOOMPa0對已公開的專利和文獻分析發現，雖然各企業或院校對IOOkg 120kg級高強鋼均有一定研究，但內容也僅限對單個強度級別的研究，不同強度級別在成分體系和含量上 有較大差別，尚未見到採用一種成分同時開發出IOOkg 120kg級多個強度級別的報導。

發明內容
為了解決現有技術中的上述問題，本發明提供了一種焊接結構鋼的製造方法，所述焊接結構鋼的化學成分按重量計包含c :0. 10 0. 14%、Si :0. 10 0. 45%、Mn :I. 00 I. 39%、S 彡 0. 010%、P 彡 0. 020%, Nb :0. 015 0. 040%, Ti :0. 008 0. 030%,
V:0 0. 080%,Ni :0. 10 0. 50%,Cr :0. 15 0. 65%,Mo :0. 15 0. 40%,Als :0. 015
0.060%,B :0. 0008 0. 0030%,N ( 40ppm、0 ( 20ppm、H ( 2ppm，其餘為鐵和不可避免的雜質，所述焊接結構鋼的製造方法包括冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻、淬火和回火，其中，通過控制回火條件可以得到不同強度級別的焊接結構鋼。根據本發明的實施例，軋制前的加熱溫度為1150°C 1220°C，軋制過程中鋼坯的精軋開扎溫度為860°C 920°C，冷卻過程中的終冷溫度為500°C 700°C，冷卻速度為5 12°C /s，淬火過程中淬火溫度為890°C 940°C，淬火保溫時間為5 40分鐘，回火過程中回火溫度為150°C 640°C，回火保溫時間為10 110分鐘。優選地，對於IOOKg級的焊接結構鋼，回火溫度為470°C 640°C，回火保溫時間為10 50分鐘。對於IlOKg級的焊接結構鋼，回火溫度為300°C 450°C，回火保溫時間為30 90分鐘。對於120Kg級的焊接結構鋼，回火溫度為150°C 280°C，回火保溫時間為60 110分鐘。本發明還提供了一種焊接結構鋼，所述焊接結構鋼的化學成分按重量計包含C 0. 10 0. 14%, Si :0. 10 0. 45%, Mn :1. 00 I. 39%, S 彡 0. 010%, P ( 0. 020%, Nb 0. 015 0. 040%, Ti :0. 008 0. 030%, V 0 0. 080%, Ni :0. 10 0. 50%, Cr :0. 15 0. 65%, Mo :0. 15 0. 40 %、Als :0. 015 0. 060 %、B :0. 0008 0. 0030 %、N 彡 40ppm、0 ( 20ppm、H ( 2ppm,其餘為鐵和不可避免的雜質。根據本發明的實施例，採用相同的成分設計，能夠得到不同強度級別的鋼。



通過結合附圖描述本發明的實施例，本發明的上述和其它目的及優點將變得更加清楚，在附圖中圖I是示出了根據本發明實施例I的鋼的金相組織的照片。
具體實施例方式本發明提供了一種IOOkgUlOkg及120kg級焊接結構鋼及其製造方法。根據本發明的實施例，採用一種成分能夠生產上述三種強度級別的鋼。根據本發明的能夠提供三種強度級別的鋼的化學成分按重量計包含C 0. 10 0. 14%, Si :0. 10 0. 45%,Mn :1. 00 I. 39%, S ^ 0. 010%, P ^ 0. 020%, Nb :0. 015
0.040%, Ti :0. 008 0. 030%, V 0 0. 080%, Ni :0. 10 0. 50%, Cr :0. 15 0. 65%,Mo :0. 15 0. 40%,Als :0. 015 0. 060%,B :0. 0008 0. 0030%,N ( 40ppm、0 ( 20ppm、H ( 2ppm,其餘為鐵和不可避免的雜質,其中，Als表示酸溶招。優選地，根據本發明實施例的鋼的化學成分滿足Pcm彡0. 28%，其中，？(^((%)=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20o以下對根據本發明實施例的100_120kg級焊接結構鋼中的各成分進行詳細說明。C :C既是最主要的固溶強化元素，能顯著提高鋼的淬透性，也是低碳鋼中最經濟的強化元素，對馬氏體鋼的強度和硬度起決定性的作用，但碳含量的增加使鋼的塑性和衝擊韌性降低，冷脆傾向性和時效傾向性提高，惡化焊接性能。考慮到降碳的同時必須額外增加其它貴重的微合金含量才能保證鋼強度，而這將造成成本大幅度增加，綜合考慮將C的適宜量控制在0. 10 0. 14%。Si =Si進入鐵素體起固溶強化作用，降低屈強比，但Si會顯著地提高鋼的韌脆轉變溫度，同時也會惡化塑性及焊接性能，因此，Si的適宜量控制在0. 10 0. 45%。Mn =Mn能夠降低臨界轉變溫度Ar3，明顯提高鋼的淬透性，同時具有一定的固溶強化作用，起到提高鋼的強度和硬度的作用。由於錳和硫具有較大的親和力，MnS在高溫時有一定的塑性，避免了鋼的熱脆，但過高的Mn會影響鋼的焊接性能，也會加劇鑄坯的中心偏析，造成產品帶狀組織嚴重，進而影響到衝擊韌性。因此，Mn的適宜量控制在I. 00
1.39%。S :當S以FeS的形式存在於鋼中時，如果S含量高則易產生熱脆現象。當S以MnS的形式存在於鋼中時，S常以條狀形態沿軋制方向分布，形成嚴重的帶狀組織，破壞了鋼的連續性，對鋼材不同方向的性能也會產生重要影響，降低鋼的塑性和衝擊韌性，提高韌脆轉變溫度。因此，將S的含量控制在0.010%以下。P P屬於低溫脆性元素，P顯著擴大液相和固相之間的兩相區，在鋼凝固過程中偏析於晶粒之間，形成高磷脆性層，提高帶狀組織的級別，使鋼的局部組織異常，造成機械性能不均勻，降低鋼的塑性，使鋼易產生脆性裂紋，抗腐蝕性下降，對焊接性能也有不利影響，增加焊接裂紋敏感性，所以應儘可能降低磷在鋼中的含量。考慮到生產成本，將P的含量控制在0. 020%以下。Nb =Nb能產生顯著的晶粒細化、析出強化以及中等的沉澱強化作用。固溶於奧氏體的Nb能夠提高淬透性，Nb (C，N)析出相具有細化晶粒作用但降低淬透性，而且當Nb含量過高時，Nb易與Fe、C等元素形成低熔點共晶物，有增加焊接熱影響區熱裂紋的傾向。綜合各方面因素，Nb的適宜量控制在0. 015 0. 040%之間。Ti =Ti在1200 1300°C高溫下即可析出TiN顆粒，可以作為Nb (C、N)的析出核心，從而減少微細鈮析出物的數量，進而降低含Nb鋼的裂紋敏感性。Ti可形成細小的鈦的碳化物、氮化物顆粒，在板坯加熱過程中通過阻止奧氏體晶粒的粗化從而得到較為細小的奧氏體顯微組織。Ti與N結合生成穩定的高彌散化合物，不但可以消除鋼中的自由氮，而且能在熱加工過程和焊接時的熱影響區中控制晶粒尺寸，改善鋼結構各部位的低溫韌性。過量的Ti將形成微米級尺寸的液析TiN，不僅無法細化晶粒，反而會惡化鋼韌性，因此，Ti的適宜量控制在0. 008 0. 030% oV V的作用主要是以V(C，N)形式存在於基體和晶界上，起到沉澱強化和抑制晶粒長大的作用。隨著相變的進行，V(c, N)在鐵素體中沉澱析出，在軋制過程中能抑制奧氏體的再結晶並阻止晶粒長大，從而起到細化鐵素體晶粒、提高鋼的強度和韌性的作用，而且V和N有很強的親和力，V的加入起到了固定鋼中自由N的作用，從而能夠避免鋼的應變時效性，而對於薄規格鋼板，在確保強度有足夠富餘量的前提下，可以不加V。綜合考慮，將V的含量定為0 0. 080%。
Ni =Ni通過形成簡單的置換固溶體起著強化鐵素體的作用，可提高鋼的強度，同時Ni是奧氏體穩定元素，提高鋼的淬透性，可顯著提高鋼的耐低溫衝擊韌性。但Ni板價格相對比較昂貴，考慮到成本因素，將Ni的含量定為0. 10 0. 50%。Cr =Cr能防止加Mo鋼的石墨化傾向，屬於穩定奧氏體元素，可極大地提高鋼的淬透性，提高鋼的強度，但過高的Cr會降低鋼的焊接性能，綜合考慮，Cr的適宜量控制在0. 15 0. 65%。Mo =Mo在鋼中存在於固溶體相和碳化物相中，屬於穩定奧氏體元素，可極大地提高鋼的淬透性，可將C曲線強烈右移，以促進馬氏體轉變，同時可改善鋼的回火脆性，極大地提高鋼的低溫韌性，提高鋼的耐延遲斷裂性能。綜合成本因素，Mo的適宜量控制在0. 15 0. 40%。Al :A1能細化鋼的晶粒，提高鋼的強度，同時也能提高衝擊韌性。由於Al和N有較強的親和力，還可以消除N元素造成的時效敏感性，因此，Als的含量定為0.015 0. 060%。B B強烈偏聚於奧氏體晶界及其它晶體缺陷處，能夠增加鋼的淬硬性，提高鋼的淬透性。加入微量B可明顯抑制鐵素體在奧氏體晶界上的成核，使鐵素體轉變曲線明顯右移，以促進馬氏體轉變，但硼含量超過0. 003%後上述作用達到飽和，而且還可能形成各種對熱加工性能和韌性不利的含B析出相，綜合考慮，硼含量應控制在0. 0008 0. 0030%。N N含量過高會惡化高強鋼的衝擊韌性，一般控制在40ppm以下。0:0含量過高表明鋼中夾雜物太多，對鋼的各項機械性能均會產生不利的影響，故0含量應儘量控制在20ppm以下，以提高鋼水潔淨度。H :H對於屈服強度大於690MPa的高強鋼而言，危害較大，易造成探傷不合格，並影響低溫衝擊韌性，需要通過真空處理等手段控制在2ppm以下。根據本發明的100kg、110kg、120kg級焊接結構鋼的製造方法包括以下步驟
冶煉和鑄造採用轉爐或電爐冶煉，鑄造採用連鑄或模鑄。採用中厚板軋機軋制連鑄坯或鑄錠開坯後在加熱爐中加熱，出爐溫度控制在1150 1220°C，粗軋總壓縮比> 50%，粗軋軋制5-11道次，精軋開軋溫度為860 920°C，精軋軋制5-12道次，終冷溫度為500 700°C，冷卻速度為5 12°C /s。淬火處理淬火保溫溫度為890 940 V，淬火保溫時間為5 40min。回火處理回火溫度為150 640°C，回火保溫時間為10 llOmin。具體地講，採用根據本發明實施例的焊接結構鋼的化學成分，通過改變製造工藝中的參數，來製造得到不同強度的焊接結構鋼。對於IOOKg級鋼的屈服強度不低於890MPa、抗拉強度滿足940 llOOMPa、斷後伸長率不低於14%、-40°C縱向AKv不低於130J的焊接結構鋼，鋼的回火溫度為470°C 640°C，回火保溫時間為10分鐘 50分鐘。對於IlOKg級鋼的屈服強度不低於960MPa、抗拉強度滿足980 1150MPa、斷後伸長率不低於12. 5%, -40°C縱向AKv不低於115J的焊接結構鋼，鋼的回火溫度為300°C 450°C，回火保溫時間為30分鐘 90分鐘。對於120Kg級鋼的屈服強度不低於1030MPa、抗拉強度滿足1150 1500MPa、斷後伸長率不低於11%、-40°C縱向AKv不低於100J的焊接結構鋼，鋼的回火溫度為150°C 280°C，回火保溫時間為60分鐘 110分鐘。通過採用按照表I示出的化學成分進行轉爐冶煉並澆注成連鑄坯或鑄錠，將連鑄坯或鑄錠開坯後在加熱爐中加熱，根據表2中的參數進行後續的軋制、淬火、回火等工藝。得到的鋼的主要性能參數示出在表3中。下面的表I示出了根據本發明實施例I至實施例9的鋼的化學成分。表I本發明的實施例1-9的100_120kg級焊接結構鋼的化學成分(wt. % )實
權利要求
1.一種焊接結構鋼的製造方法，其特徵在於所述焊接結構鋼的化學成分按重量計包含C 0. 10 O. 14%,Si 0. 10 O. 45%,Mn 1. 00 I. 39%,S く O. 010%,P く O. 020%,Nb :0. 015 O. 040 Ti :0. 008 O. 030 %、V :0 O. 080 Ni :0. 10 O. 50 %、Cr :O. 15 O. 65 Mo 0. 15 O. 40 %、Als 0. 015 O. 060 %、B 0. 0008 O. 0030N ^ 40ppm、0 く 20ppm、H ^ 2ppm,其餘為鐵和不可避免的雜質,所述焊接結構鋼的製造方法包括冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻、淬火和回火， 其中，通過控制回火條件可以得到不同強度級別的焊接結構鋼。
2.根據權利要求I所述的焊接結構鋼的製造方法，其特徵在於軋制前的加熱溫度為1150°C 1220°C，軋制過程中鋼坯的精軋開扎溫度為860°C 920°C，冷卻過程中的終冷溫度為500°C 700°C，冷卻速度為5 12°C /s，淬火過程中淬火溫度為890°C 940°C，淬火保溫時間為5 40分鐘，回火過程中回火溫度為150°C 640°C，回火保溫時間為10 110分鐘。
3.根據權利要求2所述的焊接結構鋼的製造方法，其特徵在於對於IOOKg級的焊接結構鋼，回火溫度為470°C 640°C，回火保溫時間為10 50分鐘。
4.根據權利要求2所述的焊接結構鋼的製造方法，其特徵在於對於IlOKg級的焊接結構鋼，回火溫度為300°C 450°C，回火保溫時間為30 90分鐘。
5.根據權利要求2所述的焊接結構鋼的製造方法，其特徵在於對於120Kg級的焊接結構鋼，回火溫度為150°C 280°C，回火保溫時間為60 110分鐘。
6.一種焊接結構鋼，其特徵在於所述焊接結構鋼的化學成分按重量計包含C 0. 10 ·O. 14%, Si 0. 10 O. 45%,Mn 1. 00 I. 39%, S ^ O. 010%, P く O. 020%, Nb 0. 015 ·O. 040%, Ti :0. 008 O. 030%, V 0 O. 080%, Ni :0. 10 O. 50%, Cr :0. 15 O. 65%,Mo 0. 15 O. 40%,Als 0. 015 O. 060%,B 0. 0008 O. 0030%,N く 40ppm、0 く 20ppm、H < 2ppm,其餘為鐵和不可避免的雜質。
全文摘要
本發明提供了一種焊接結構鋼及其製造方法。所述焊接結構鋼的化學成分按重量計包含C0.10～0.14％、Si0.10～0.45％、Mn1.00～1.39％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb0.015～0.040％、Ti0.008～0.030％、V0～0.080％、Ni0.10～0.50％、Cr0.15～0.65％、Mo0.15～0.40％、Als0.015～0.060％、B0.0008～0.0030％、N≤40ppm、O≤20ppm、H≤2ppm，其餘為鐵和不可避免的雜質，所述焊接結構鋼的製造方法包括冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻、淬火和回火，其中，通過控制回火條件可以得到不同強度級別的焊接結構鋼。根據本發明的焊接結構鋼的製造方法採用相同的成分設計，得到了不同強度級別的鋼。
文檔編號C21D1/18GK102676947SQ20121015404
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者馮文義, 周平, 李海方, 李豔, 楊建勳 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司