一種低合金鋼的鋼合金的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造高強度無縫鋼管材的低合金鋼的鋼合金。
【背景技術】
[0002]本發(fā)明尤其涉及管材，其還可以具有非圓形的橫截面并且作為結構管材用于特高負荷的焊接鋼結構，例如在起重機、橋梁、船舶、升降裝置和載重車輛的結構中。
[0003]這樣的管材除了圓形截面之外，還可根據(jù)要求和使用領域而具有例如正方形、矩形或還有多邊形的橫截面。
[0004]例如，由DE 199 42 641A1已知用于這類鋼管材的鋼合金。這種常規(guī)鋼合金除了少量添加鉻、鉬和釩之外，作為低合金鋼的特點，在舍棄鎳的情況下，還添加0.30-1.00%的鎢。
[0005]通過舍棄在其它情況下強制要求的鎳或者至少將鎳含量限制到低濃度，旨在用于抑制發(fā)粘的氧化皮并由此改善表面品質，尤其是在由這類鋼進行皮爾格熱乳管材(ffarmpilgern von Rohren)期間，并避免在其他情況下所需的高成本的對表面的切削后加工。
[0006]用于上述應用領域的結構管材在最低至_40°C的低溫下承受在強度和韌性上的極高負荷要求。
[0007]為了達到所要求的性能，必須在熱乳之后對所述管材進行調質處理采用由DE 19942 641 Al以FGS 70形式已知的鋼，達到了所有對于屈服極限、拉伸強度、斷裂延伸率和缺口沖擊能所要求的最低值。但是，對用于上述應用領域的結構管材的要求近年來一直在不斷提高，使得現(xiàn)今越來越需要具有以下要求的結構管材:
?屈服極限Rp0.2最低:960MPa
?拉伸強度 Rm:980-1150MPa
?缺口沖擊能Av(縱向):在-40°C下為27J
籲保證一般的可焊性
籲低的或者有限的Ni含量。
[0008]在用于所述應用領域的熱加工的無縫管材具有足夠韌性的情況下所要求的強度提高，需要研發(fā)出新的合金方案(Legierungskonzepte)。特別是在屈服極限范圍為約100MPa時，傳統(tǒng)的合金方案不能在低溫下達到足夠的韌性。
[0009]已知增加強度同時導還致韌性增加的機制是降低晶粒尺寸。這可例如通過將鎳或鉬添加到合金中并與此相關地降低轉化溫度而降低晶粒尺寸。
[0010]但是，這些合金方案導致碳當量的增加并與此相關地導致較差的可焊性。此外，鎳和鉬使得合金成本顯著升高并且鎳還使得熱乳管材的表面品質劣化。
[0011]但是，提高碳含量以增加強度的明顯可能性會導致韌性的劣化和碳當量的顯著提尚O
[0012]釩同樣用于提高強度。該方案基于在回火處理期間釩的混晶硬化以及極細釩碳化物的析出。但是，采用上述合金化方案不能滿足所要求的性能。降低晶粒尺寸以改進機械性能原則上也可通過熱機械處理進行。但是，在熱加工無縫管材時特定的溫度進程不允許變形溫度的降低，使得可施用用于熱機械處理的已知方案。迄今為止所需的高要求只能采用高合金鋼得以實現(xiàn)，所述高合金鋼由于其高成本不具有或僅僅具有低的市場接受性。

【發(fā)明內容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種用于制造高強度的可焊接的無縫鋼管材(尤其是結構管材)的低合金鋼的廉價鋼合金，所述低合金鋼可靠地滿足在屈服極限、拉伸強度和缺口沖擊能方面的最低要求，并保證良好的可焊性且在熱乳時導致視覺上無缺陷的表面。
[0014]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種低合金鋼的鋼合金，其特征在于，其具有如下化學組成，以質量％計:
0.12-0.21 % C ;0.3-0.5 % Si ;1.610-1.8 % Mn ;最高 0.04 % P ;最高 0.005 % S ；
0.40-0.8% Cr ；0.60-0.90% Mo ；0.13-0.17% V ；0.55-1.4% W ；0.015-0.03% N
余量的鐵以及由冶煉引起的雜質，任選地加入選自Al和Ti中的一種或多種元素，以使所述任選地加入合金的元素具有如下含量:
最高0.01% Al ;最高0.03% Ti，前提是，V/N的比值為4-12并且所述鋼的Ni含量不超過0.40%。
[0015]本發(fā)明的鋼合金是接續(xù)由DE 199 42 641A1已知的在合金中添加鎢的細晶粒結構鋼的研發(fā)進行的。
[0016]由迄今為止已知的經(jīng)驗未知的是，鎢對于可焊性具有不利的影響。但是，根據(jù)研究，通過將與鎢進行合金化可達到的最大屈服極限升高僅為最高至約900MPa。進一步的升高僅通過提高鎢含量是不可能的。因此，已經(jīng)證明有利的W含量為0.55-1.4%%，優(yōu)選1-1.
[0017]在本發(fā)明過程中進行的試驗令人驚奇地顯示，在與已知的鋼合金相比僅以稍微更高的量添加合金元素如Cr和Mo的情況下，保持特定的V/N比例獲得了顯著的強度提高，同時仍保持所需的缺口沖擊能在-40°C下為27J。但是，已經(jīng)證明為了達到特定的“基本強度”，Cr、Mo和W的添加總量應為至少1.7重量％。
[0018]本發(fā)明包括通過有針對性地與釩和氮進行微合金化中而將再結晶終止溫度提高至顯著高于最終乳制溫度的革新性方案?；趯挿秶臒崃W計算，V與N的含量的比例必須為4-12，以便達到所期望的效果。
[0019]—般而言，高含量的溶解的氮(Stickstoff)被視為對于韌性是不利的。但是，通過在4-12范圍內適合地選擇V/N比例，可以將溶解的氮的含量降低到最低值，而同時所形成的釩碳氮化物通過熱機械處理具有所述晶粒細化作用。此外，具有異常高的氮含量(因形成釩-碳氮化物而無害或者甚至用于晶粒細化)的合金還有利地使得不需要在二次冶金范圍內的昂貴脫氣處理。
[0020]在本發(fā)明的合金化方案范圍內，視需要而定，設計任選地將一種或多種以下合金元素添加到合金中:A1、和Ti。例如，這些需要可以由待乳制管材不同的壁厚而得出，該壁厚可以處于低于1mm至高于80mm的范圍內并尤其是在較大壁厚的情況下使得需要通過合金化而加入所述元素，以便通過晶粒細化實現(xiàn)所需的性能。
[0021]鑒于所述合金化方案的最佳成本/利潤關系，已經(jīng)證明如下含量是有利的:最高
0.01 %的Al、最高0.03 %的Ti。最高0.30 %的Ni含量是足夠低的，以便在主要用于該類鋼物料的連續(xù)制管法(Rohrkontiverfahren)中產(chǎn)生足夠良好的表面品質。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)選配方為:
其具有如下化學組成，以質量％計:
0.2% C ；0.4% Si ；1.65% Mn ；0.014% P ；0.004% S ；0.7% Cr ； 0.8% Mo ；0.15%V ；0.6% V ；0.017% N ；0.005% Al; 0.018% Ni ;以及 V/N = 8.03。
【主權項】
1.一種低合金鋼的鋼合金，其特征在于，其具有如下化學組成，以質量％計:0.12-0.21 % C ；0.3-0.5 % Si ；1.610-1.8 % Mn ;最高 0.04 % P ;最高 0.005 % S ；0.40-0.8% Cr ；0.60-0.90% Mo ；0.13-0.17% V ；0.55-1.4% W ；0.015-0.03% N 余量的鐵以及由冶煉引起的雜質，任選地加入選自Al和Ti中的一種或多種元素，以使所述任選地加入合金的元素具有如下含量: 最高0.01% Al ;最高0.03% Ti，前提是，V/N的比值為4-12并且所述鋼的Ni含量不超過0.40%。2.根據(jù)權利要求1的鋼合金，其特征在于，其具有如下化學組成，以質量％計:0.2%C ；0.4% Si ；1.65% Mn ；0.014% P ；0.004% S ；0.7% Cr ； 0.8% Mo ；0.15% V ；0.6%W ；0.017% N ；0.005% Al; 0.018% Ni ;以及 V/N = 8.03。3.根據(jù)權利要求1的鋼合金，其特征在于，W含量為1-1.2%。4.根據(jù)權利要求1的鋼合金，Cr、Mo和W的添加總量為至少1.7重量％。
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于制造高強度、可焊接的熱軋無縫鋼管材尤其是結構管材的低合金鋼的鋼合金，其具有如下化學組成，以質量％計：0.12-0.21％C；0.3-0.5％Si；1.610-1.8％Mn；最高0.04％P；最高0.005％S；0.40-0.8％Cr；0.60-0.90％Mo；0.13-0.17％V；0.55-1.4％W；0.015-0.03％N，余量的鐵以及由冶煉引起的雜質，任選地加入選自Al和Ti中的一種或多種元素，以使所述任選地加入合金的元素具有如下含量：最高0.01％Al；最高0.03％Ti，前提是，V/N的比值為4-12并且所述鋼的Ni含量不超過0.40％。
【IPC分類】C22C38/38
【公開號】CN105714205
【申請?zhí)枴緾N201410723790
【發(fā)明人】銀琦
【申請人】重慶旭新悅數(shù)控機械有限公司