一種高強度高韌性合金鋼的製作方法

2023-09-17 23:00:35

專利名稱：一種高強度高韌性合金鋼的製作方法
一種高強度高韌性合金鋼技術領域
本發明屬於合金鋼領域，特別是涉及一種高強度高韌性合金鋼。
背景技術：
在現有技術中，合金鋼的碳含量都較高，例如美國材料與試驗協會標準ASTMA709/ A709M-01b中的100、100W鋼，其碳含量大於O. 10 %，這種合金鋼雖然具有高強度，但其韌性、焊接性能都較差。專利申請號為2004100967957公開了一種合金鋼。該合金鋼的採用 TMCP+RPC+SQ方法進行生產，得到的是抗拉強度級別為800MPa級別的高強度鋼，並且該鋼以淬火狀態交貨，但該合金鋼的殘餘應力較大，另外該合金鋼中不含Cr，因而耐候性能較差。專利申請號為200410061112. 4也公開了一種合金鋼，但該合金鋼並未添加微量兀素硼，因此該合金鋼的抗拉強度僅為590 650MPa發明內容
針對現在高強度合金鋼存在碳含量高，韌性、耐候性能較差、抗拉強度低的問題， 本發明提供一種合金鋼，其不僅具有高強度，而且還具有優異的韌性，鋼板沿板厚方向上的微觀組織和力學性能均勻的抗拉強度為700MPa級的高強度高韌性合金鋼，鋼的成分設計簡單，與傳統調質高強度鋼相比，鋼的碳含量極低，因而其組織均勻性和力學均勻性較好， 鋼板的韌性、耐候性能優異。
合金鋼化學成分設計的主要原理為
碳是鋼的主要強化元素，它通過固溶和形成碳化物的方式提高鋼的抗拉強度。加碳還可增加鋼的變硬化指數，降低屈強比，從而提高鋼的動態性能。但過多的碳會造成斷裂韌性降低，並使焊接性能變差。
Si可推遲低溫回火脆性的產生，同時起固溶強化作用，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可形成少量殘餘奧氏體，從而提高鋼的塑韌性，過多則使強度下降。同時Ni與Cr、Mo可保證鋼所必須的淬透性。
Mn與Ni —樣，都有利於形成殘餘奧氏體，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，並可阻止殘餘奧氏體的分解。
Mo可提高鋼的淬透性，防止回火脆性的產生，同時可降C的活度，阻止碳化物聚集，保持鋼的強度
加入少量Nb可有效地細化晶粒，從而提高鋼的強度和塑韌性。
因此，根據上面介紹的合金鋼設計原理，本發明提出的高強度高韌性合金鋼的化學成分如下(重量百分比，下同)碳0. 14 O. 19wt%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%、鈦彡 O. 2wt%、鈮彡 O. 06wt%，餘量為鐵。
具體實施方式
為了更加清楚地說明本發明的技術方案，通過下文描述的實施例對本發明作進一步描述。
實施例I
本發明提出的高強度高韌性合金鋼的化學成分如下(重量百分比，下同)碳 O. 14 O. 19wt%、矽0· 20 O. 33wt%、硼0· 02 O. 05wt%、錳0· 85% I. 30wt%、磷 (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%、鈮·.( O. 06wt%，餘量為鐵。
其中，Si主要以固溶強化形式提高鋼的強度，同時也是鋼中的脫氧元素，本發明 Si 含量在 O. 20 % O. 33wt %，優選 O. 25wt%。
其中，Mn含量選擇在O. 85% I. 30wt%，Mn是重要的強韌化元素，對貝氏體轉變有較大的促進作用。但太高的Mn有損於鋼的韌性，而太低的Mn則不能保證鋼板的強度，本發明優選的Mn含量為lwt%。
其中，P含量為彡O. 02wt%，P的高含量會大幅度提高鋼的耐候性，並可通過P的適量合理偏聚，彌補極低碳鋼晶間強度降低的不足。因此在合金鋼領域，P的含量一般都不宜過低，本發明優選P的含量是0. 02wt%o
其中，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生明顯差異，同時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，本發明優選的S含量為O. 018wt%
合金鋼種加入Cu能提高合金鋼的淬透性，在合金鋼中主要起固溶及沉澱強化作用，同時還可通過Cu-Cr-Ni的適宜配比，提高合金鋼的耐候性能，此外還有利於獲得良好的低溫韌性，增加合金鋼的抗疲勞裂紋擴展能力。
Cr也是提高淬透性的有效元素，一定量的Cr可以使鋼獲得良好的耐候性能。在 Cu-Cr-Ni複合添加的情況下，Cr有助於提高淬透性以及耐候性能。
Ni能提高淬透性，具有一定的強化作用，還能顯著地改善鋼材的低溫韌性。使基材和焊接熱影響區低溫韌性大幅度提高。Ni還能有效阻止Cu的熱脆引起的網裂。Ni可顯著提高鋼的耐候性能。其加入量小於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。因此本發明中Ni的適宜量為O. 30 O. 50wt%，本發明優選Ni含量為O. 4wt%。
本發明的合金鋼中，Mo的含量為O. 02 O. 08wt%。Mo能增加淬透性，顯著提高鋼的強度。但過高的Mo會使鋼的低溫韌性顯著惡化。過量的Mo也會在焊接時形成馬氏體， 導致焊接接頭脆性的增加。本發明優選的Mo含量為0. 05wt%。
Nb是強碳氮化合物形成元素，能提高鋼的奧氏體再結晶溫度。奧氏體可以在更高的軋制溫度下進行軋制，此外Nb在軋制過程中通過Nb的碳氮化物的應變誘導析出可以釘扎奧氏體晶粒，細化奧氏體晶粒並提高強度及低溫韌性。Nb有時單獨或與Ti 一起複合加入以通過沉澱強化提高鋼的機械性能。但過高的Nb也易與Fe、C等元素形成低熔點共晶物， 從而增加焊縫金屬產生熱裂紋的傾向。本發明中Nb的適宜量為< O. 06wt%。
Ti是強氮化物形成元素，Ti的氮化物能有效地釘扎奧氏體晶界，因此有助於控制奧氏體晶粒的長大，本發明中，Ti的適宜含量控制在彡O. 2wt%。
本發明提出的化學成分配比而得到的合金鋼，其具有高強度，高韌性以及耐候性能優異等特點，可以廣泛應用於各種領域。
雖然已經描述了本發明的一些具體實施例，但是其並非用於限定本發明，本發明的保護範圍由所附的權利要求來限定，並且本領域技術人員在不脫離所附權利要求保護範圍的情況下，可以對本發明做出各種修改。
權利要求
1.一種高強度高韌性合金鋼，其化學成分組成如下 碳0· 14 O. 19wt %、矽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 .く O. 2wt%、鈮< O. 06wt%，餘量為鐵。
2.如權利要求I所述的高強度高韌性合金鋼，其中， Si 含量在 O. 20 % O. 33wt %，優選 O. 25wt%。
3.如權利要求I所述的高強度高韌性合金鋼，其中， 其中，Mn含量選擇在O. 85% I. 30wt%，優選lwt%。
4.如權利要求I所述的高強度高韌性合金鋼，其中，P的含量是0.02wt%。
5.如權利要求I所述的高強度高韌性合金鋼，其中，S含量為O.018wt%o
6.如權利要求I所述的高強度高韌性合金鋼，其中，Ni含量為O.4wt%。
7.如權利要求I所述的高強度高韌性合金鋼，其中，Mo的含量為O.02 O. 08Wt%，優選的Mo含量為0. 05wt%o
全文摘要
本發明公開了一種高強度高韌性合金鋼，其化學成分組成如下碳0.14～0.19wt％、矽0.20～0.33wt％、硼0.02～0.05wt％、錳0.85%～1.30wt％、磷≤0.02wt％、硫0.015～0.02wt％、鉻0.08～0.1wt％、釩0.6～0.2wt％、鎳0.30～0.50wt％、銅0.2～0.3wt％、鉬0.02～0.08wt％、鈦≤0.2wt%、鈮≤0.06wt%，餘量為鐵。
文檔編號C22C38/54GK102978533SQ20121043636
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月5日 優先權日2012年11月5日
發明者葛豔明, 袁志偉 申請人:江蘇金源鍛造股份有限公司