專利名稱：一種超高強度高韌性可焊接鑄鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
；本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，特別是一種超高強度高韌性可焊接鑄鋼。
背景技術(shù)：
；目前在鋼鐵材料領(lǐng)域，從組織上劃分，鑄鋼可分為低強度級別的珠光體—鐵素體鋼與高強度及超高強度的淬火-回火馬氏體鋼(或貝氏體鋼)兩大類。由于鑄鋼是非變形材料，不可能象軋制鋼板那樣，利用控制軋制等先進(jìn)的冶金工藝，同時提高其強度和韌性。目前傳統(tǒng)的高強度和超高強度的淬火-回火馬氏體鋼(或貝氏體鋼)，普遍存在著強度與韌性和焊接性這一對矛盾，為了提高強度，則需要提高鋼中C及合金元素總量，從而提高鋼的淬透性，而強度的升高將會導(dǎo)致鋼的韌性和焊接性的降低。表1為中國專利介紹的幾種強度較高的鑄鋼。
表1 幾種強度較高的鑄鋼性能

由表1可見，已有的高強度鑄鋼，強度可以達(dá)到很高，甚至超過1000MPa，但其塑性、韌性較差，延伸率10％左右，室溫U型缺口沖擊功30～40J；這些高強度鑄鋼焊接性更差，甚至難以焊接。

發(fā)明內(nèi)容
；為了解決現(xiàn)有技術(shù)中鑄鋼在提高強度時存在的強度與韌性和焊接性的矛盾，本發(fā)明的目的在于推出一種超高強度高韌性可焊接鑄鋼，其屈服強度可達(dá)到800MPa以上，同時塑、韌性良好，延伸率A≥15％，斷面收縮率Z≥50％，-20℃下V型缺口沖擊功Akv≥55J。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案所述的超高強度高韌性可焊接鑄鋼，鑄鋼的化學(xué)成分配制比例，按質(zhì)量百分比(wt％)為C0.12～0.17；Si0.10～0.50；Mn0.8～1.2；S+P≤0.025；Ni4.00～4.50；Cr0.7～1.2；Mo0.40～0.50；V0.04～0.08；Cu0.20～0.40；其余量為鐵。
所述的超高強度高韌性可焊接鑄鋼的冶煉及澆注的工藝方法采用電爐+AOD氬氧聯(lián)合脫碳精煉設(shè)備的雙聯(lián)工藝冶煉，其具體工藝步驟如下(1)采用廢鋼、鉻鐵、錳鐵、硅鐵、釩鐵、電解鎳、純銅、鉬鐵、生鐵等原料，用電爐熔化鋼水，且控制C含量不低于0.35％(wt)，并保證鋼水溫度高于1750℃；(2)將電爐熔化的鋼水倒入AOD精煉爐，開始精煉，在整個精煉過程中，氬氧比例(Ar2∶O2)由1∶3-1∶1-3∶1逐漸過渡，精煉末期純氬吹煉時間不少于5分鐘；(3)待鋼液化學(xué)成分達(dá)到要求后出鋼澆注，出鋼溫度1650℃，澆注溫度不超過1550℃，采用底注法澆注，鑄型的設(shè)計應(yīng)保證成品率不超過60％。
(4)最后，采用預(yù)處理工藝和調(diào)質(zhì)工藝對鑄鋼進(jìn)行熱處理為成品鑄鋼。
所述的超高強度高韌性可焊接鑄鋼的冶煉及澆注的工藝方法，其中，對鑄鋼進(jìn)行熱處理時采用的預(yù)處理工藝包括擴(kuò)散退火步驟和正火步驟，所述的擴(kuò)散退火步驟是將澆注后鑄鋼裝爐加熱至1050℃，保溫時間每毫米2.5分鐘，然后隨爐冷到600℃后，出爐空冷；所述的正火步驟是將擴(kuò)散退火后的鑄鋼裝爐加熱至920℃，保溫時間每毫米2.5分鐘，然后進(jìn)行空冷，其中正火步驟的裝爐溫度應(yīng)低于600℃。
所述的超高強度高韌性可焊接鑄鋼的冶煉及澆注的工藝方法，其中，所述的調(diào)質(zhì)工藝包括淬火步驟和回火步驟，所述的淬火步驟是將預(yù)處理后的鑄鋼裝爐加熱至900℃，保溫時間每毫米2.5分鐘后，水冷處理，其中，淬火步驟的裝爐溫度應(yīng)低于600℃；所述的回火步驟是將淬火步驟處理后的鑄鋼裝爐加熱至600～660℃，保溫時間每毫米5～9分鐘后，水冷處理，其中，回火步驟的裝爐溫度應(yīng)低于600℃。
由于采用上述技術(shù)方案本發(fā)明取得如下顯著的效果本發(fā)明通過多元微合金化復(fù)合成分設(shè)計，提高鑄鋼淬透性，利用固溶強化、相變強化及第二相強化等復(fù)合強化，以保證鑄鋼超高強度要求。選擇AOD爐外精煉方法，并控制冶煉和澆注工藝，提高鑄鋼的冶金質(zhì)量，以保證鑄鋼的韌性和焊接性。通過熱處理，調(diào)整鑄鋼強度和韌性，以達(dá)到最佳匹配。所發(fā)明的鑄鋼屈服強度達(dá)到800MPa以上，延伸率15％以上，斷面收縮率50％以上，-20℃V型缺口沖擊功Akv 55J以上。根據(jù)鑄鋼的結(jié)構(gòu)形式，模擬實際結(jié)構(gòu)上鑄鋼件的焊接結(jié)構(gòu)，采用奧氏體焊條焊接，選用剛性節(jié)點杯形管節(jié)抗裂性試驗，在環(huán)境溫度19℃，預(yù)熱100℃的條件下，進(jìn)行抗裂性試驗，試驗焊縫未產(chǎn)生裂紋，表明鑄鋼具有良好的焊接性。
具體實施例方式
；為了解決現(xiàn)有技術(shù)中鑄鋼在提高強度時存在的強度與韌性和焊接性的矛盾，本發(fā)明推出了一種超高強度高韌性可焊接鑄鋼，其化學(xué)成分控制(按質(zhì)量百分比，wt％)為C0.12/0.17、Si0.10/0.50、Mn0.8/1.2、S+P≤0.025、Ni4.00/4.50、Cr0.7/1.2、Mo0.40/0.50、V0.04/0.08、Cu0.20/0.40、余量為鐵。
本發(fā)明還推出了一種對超高強度高韌性可焊接鑄鋼的冶煉及澆注方法，其是采用電爐+AOD(氬氧聯(lián)合脫碳)精煉設(shè)備的雙聯(lián)工藝冶煉，其具體步驟如下(1)采用廢鋼、鉻鐵、錳鐵、硅鐵、釩鐵、電解鎳、純銅、鉬鐵、生鐵等原料，用電爐熔化鋼水，且控制C含量達(dá)到0.35％(wt)以上，并保證鋼水溫度在1750℃以上；(2)將電爐熔化的鋼水倒入AOD精煉爐，開始精煉，在整個精煉過程中，氬氧比例(Ar2∶O2)由1∶3-1∶1-3∶1逐漸過渡，精煉末期純氬吹煉時間超過5分鐘；(3)待鋼液化學(xué)成分達(dá)到要求后出鋼澆注，出鋼溫度1650℃左右，澆注溫度不超過1550℃，采用底注法澆注，鑄型的設(shè)計應(yīng)保證成品率不超過60％。
(4)最后對鑄鋼進(jìn)行熱處理采用預(yù)處理+調(diào)質(zhì)的工藝，見下面表2。
表2鑄鋼熱處理工藝

下面給出了幾個具體實施例，以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明實施例一鑄鋼的化學(xué)成分按重量百分比wt％C0.17、Si0.46、Mn1.15、S0.004、P0.018、Ni4.48、Cr1.18、Mo0.44、V0.08、Cu0.40、余鐵。采用中頻感應(yīng)爐+AOD精煉的聯(lián)合冶煉工藝，采用底注法澆注梅花棒試樣、試板及典型鑄件。按下表3工藝熱處理。
表3實施例一鑄鋼熱處理工藝(630℃回火)

鑄鋼性能見下表4表4實施例一鑄鋼典型鑄件的實際性能

實施例二鑄鋼成分、冶煉、澆注工藝同實施例一，按下表5工藝熱處理(600℃回火)。
表5實施例二鑄鋼熱處理工藝(600℃回火)

鑄鋼性能見下表6表6實施例二鑄鋼典型鑄件的實際性能

實施例三鑄鋼成分、冶煉、澆注工藝同實施例一，按下表7工藝熱處理(660℃回火)。
表7實施例三鑄鋼熱處理工藝(660℃回火)

鑄鋼性能見下表8表8實施例三鑄鋼典型鑄件的實際性能

實施例四鑄鋼的化學(xué)成分(下限)(按質(zhì)量百分比，wt％)C0.12、Si0.12、Mn0.80、S0.005、P0.020、Ni3.96、Cr0.7、Mo0.48、V0.042、Cu0.21、余鐵。采用中頻感應(yīng)爐+AOD精煉的聯(lián)合冶煉工藝，采用底注法澆注試板及典型鑄件。按下表9的工藝熱處理。
表9實施例四鑄鋼熱處理工藝

鑄鋼性能見下表10表10實施例四鑄鋼試板實際性能

實施例五鑄鋼的化學(xué)成分(中限)(按質(zhì)量百分比，wt％)C0.15、Si0.34、Mn0.95、S0.002、P0.012、Ni4.25、Cr0.91、Mo0.43、V0.062、Cu0.34、余鐵。采用中頻感應(yīng)爐+AOD精煉的聯(lián)合冶煉工藝，采用底注法澆注試板及典型鑄件。按下表11的工藝熱處理。
表11實施例五鑄鋼熱處理工藝

鑄鋼性能見下表12表12實施例五鑄鋼試板實際性能

本發(fā)明如上所述的技術(shù)方案，通過多元微合金化復(fù)合成分設(shè)計，提高了鑄鋼淬透性，利用固溶強化、相變強化及第二相強化等復(fù)合強化，以保證鑄鋼超高強度要求。選擇AOD爐外精煉方法，并控制冶煉和澆注工藝，提高鑄鋼的冶金質(zhì)量，以保證鑄鋼的韌性和焊接性。通過熱處理，調(diào)整鑄鋼強度和韌性，以達(dá)到最佳匹配。所發(fā)明的鑄鋼屈服強度達(dá)到800MPa以上，延伸率15％以上，斷面收縮率50％以上，-20℃V型缺口沖擊功Akv 55J以上。根據(jù)鑄鋼的結(jié)構(gòu)形式，模擬實際結(jié)構(gòu)上鑄鋼件的焊接結(jié)構(gòu)，采用奧氏體焊條焊接，選用剛性節(jié)點杯形管節(jié)抗裂性試驗，在環(huán)境溫度19℃，預(yù)熱100℃的條件下，進(jìn)行抗裂性試驗，試驗焊縫未產(chǎn)生裂紋，表明鑄鋼具有良好的焊接性。
權(quán)利要求
1.一種超高強度高韌性可焊接鑄鋼，其特征在于鑄鋼的化學(xué)成分配制比例，按質(zhì)量百分比(wt％)為 C0.12～0.17；Si0.10～0.50；Mn0.8～1.2；S+P≤0.025；Ni4.00～4.50；Cr0.7～1.2；Mo0.40～0.50；V0.04～0.08；Cu0.20～0.40；其余量為鐵。
2.一種超高強度高韌性可焊接鑄鋼的冶煉及澆注的工藝方法，其特征在于其是采用電爐+AOD氬氧聯(lián)合脫碳精煉設(shè)備的雙聯(lián)工藝冶煉，其具體工藝步驟如下1)采用廢鋼、鉻鐵、錳鐵、硅鐵、釩鐵、電解鎳、純銅、鉬鐵、生鐵等原料，用電爐熔化鋼水，且控制C含量不低于0.35％(wt)，并保證鋼水溫度高于1750℃；2)將電爐熔化的鋼水倒入AOD精煉爐，開始精煉，在整個精煉過程中，氬氧比例(Ar2∶O2)由1∶3-1∶1-3∶1逐漸過渡，精煉末期純氬吹煉時間不少于5分鐘；3)待鋼液化學(xué)成分達(dá)到要求后出鋼澆注，出鋼溫度1650℃，澆注溫度不超過1550℃，采用底注法澆注，鑄型的設(shè)計應(yīng)保證成品率不超過60％；4)最后，采用預(yù)處理工藝和調(diào)質(zhì)的工藝對鑄鋼進(jìn)行熱處理為成品鑄鋼。
3.如權(quán)利要求2所述的超高強度高韌性可焊接鑄鋼的冶煉及澆注的工藝方法，其特征在于對鑄鋼進(jìn)行所述的熱處理時所采用的預(yù)處理工藝包括擴(kuò)散退火步驟和正火步驟，所述的擴(kuò)散退火步驟是將澆注后鑄鋼裝爐加熱至1050℃，保溫時間每毫米2.5分鐘，然后隨爐冷到600℃后，出爐空冷；所述的正火步驟是將擴(kuò)散退火后的鑄鋼裝爐加熱至920℃，保溫時間每毫米2.5分鐘，然后進(jìn)行空冷，其中正火步驟的裝爐溫度應(yīng)低于600℃。
4.如權(quán)利要求2所述的超高強度高韌性可焊接鑄鋼的冶煉及澆注的工藝方法，其特征在于所述的調(diào)質(zhì)工藝包括淬火步驟和回火步驟，所述的淬火步驟是將預(yù)處理后的鑄鋼裝爐加熱至900℃，保溫時間每毫米2.5分鐘后，水冷處理，其中，淬火步驟的裝爐溫度應(yīng)低于600℃；所述的回火步驟是將淬火步驟處理后的鑄鋼裝爐加熱至600～660℃，保溫時間每毫米5～9分鐘后，水冷處理，其中，回火步驟的裝爐溫度應(yīng)低于600℃。
全文摘要
一種船舶、海洋、石油化工、機(jī)械工程領(lǐng)域用超高強度、高韌性、可焊接鑄鋼，通過多元微合金化復(fù)合成分，鑄鋼的化學(xué)成分配制比例，按質(zhì)量百分比(wt％)為C0.12～0.17；Si0.10～0.50；Mn0.8～1.2；S+P≤0.025；Ni4.00～4.50；Cr0.7～1.2；Mo0.40～0.50；V0.04～0.08；Cu0.20～0.40；其余量為鐵；選擇電爐+氬氧脫碳(AOD)雙聯(lián)的冶煉工藝，并配以合理的澆注工藝和熱處理工藝獲得的本鑄鋼，屈服強度可達(dá)800MPa以上，－20℃夏比V型缺口沖擊功可達(dá)55J以上，焊接性良好；在提高強度的同時，仍保持較高的韌性和良好的焊接性。
文檔編號C21C7/00GK101074472SQ20061001779
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月18日
發(fā)明者趙路遇, 徐科, 張?zhí)锖? 徐建, 吳智信, 姚上衛(wèi), 王任甫, 靳新鋒 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所