一種屈服強度≥960MPa級工程機械用鋼及生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種屈服強度≥960MPa級工程機械用鋼，其組分及wt%為：C：0.04～0.20%，Si：0.15～0.40%，Mn：1.0～10%，N：0.01～0.08%，Ti：0.010～0.050%，Als：0.01～0.06%，P：≤0.020%，S：≤0.010%，Cr：0.05~3%。生產(chǎn)步驟：冶煉并真空處理；出鋼并澆注成坯并加熱；進行熱軋工藝；冷軋。本發(fā)明提出了一種屈服強度≥960MPa，延伸率≥15.0%，?20℃ AKV不低于60J，沖擊斷口具有韌窩特征，強韌性匹配十分優(yōu)異的工程用鋼；通過在化學成份中添加適配的N來保證鋼的強度，取消了較昂貴的Mo、V、Nb等微合金元素的添加；本發(fā)明鋼軋制工藝簡單易行，軋制過程需控冷，也無需進行熱處理。
【專利說明】
一種屈服強度彡960MPa級工程機械用鋼及生產(chǎn)方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及低合金化鋼及其生產(chǎn)方法，具體地屬于一種屈服強度彡960MPa級工程 機械用鋼及生產(chǎn)方法。
【背景技術】
[0002] 中國國內鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的屈服強度在960MPa級別的工程機械用鋼多采用調質工 藝生產(chǎn)，為了提高淬透性一般添加大量的合金元素，成本較高。目前該類國產(chǎn)高強鋼尚沒有 完全國產(chǎn)化，工程機械領域的應用主要被國外的一些進口鋼板所占據(jù)，對于更高強度的高 強鋼則完全依賴進口，主要牌號有瑞典奧克隆德鋼廠的WELD0X系列高強鋼板，該系列鋼板 的屈服強度可達1100~1500MPa。日本JFE公司也可以生產(chǎn)最小屈服強度960MPa級的高強結 構鋼板，具體牌號為S960。
[0003] 國外屈服強度在900MPa或960MPa級別的高強結構鋼也一般采用淬火+回火工藝 生產(chǎn)，由于對鋼板的強度要求極高，容易在回火過程中由于回火溫度較高或回火時間較長 而出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，從而不能夠保證鋼板的強度，因此，該強度級別的鋼板化學成份中通常含 有較多的微合金元素 V、Nb等，以利用細小第二相粒子的析出強化和釘扎晶界的作用，提高 鋼的強度和抗高溫回火軟化能力。
[0004] 從檢索900~960MPa級別高強結構鋼的供貨技術條件中獲知，該級別鋼板通常將V、 Nb、Ni、Mo等作為必要的合金元素添加，以淬火和回火的工藝進行生產(chǎn)，目前尚沒有該強度 級別鋼板所采用熱乳加冷乳工藝生產(chǎn)的的公開報道。
[0005] 本發(fā)明基于目前現(xiàn)狀，提出了一種屈服強度超過900MPa、進一步優(yōu)化為超過 960MPa的超高強度焊接結構鋼的化學成份設計思路，以及與這種化學成份特點相匹配的淬 火+回火熱處理工藝，其特點是在化學成份中添加一定量的N來強化基體的作用，取消了 Mo、 Ni、V、Nb等貴重微合金元素的添加。本發(fā)明鋼乳制及熱處理工藝簡單易行，乳制過程無需控 冷，熱處理工藝可控范圍較寬。本發(fā)明鋼同時還具有十分優(yōu)異的低溫沖擊韌性，以及很低的 碳當量。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種屈服強度彡960MPa，延伸率彡 15.0%，-20°C AKV不低于60J，沖擊斷口具有韌窩特征，強韌性匹配優(yōu)異，且無需進行熱處理 的屈服強度彡960MPa級工程機械用鋼及生產(chǎn)方法。
[0007] 實現(xiàn)上述目的的措施： 一種屈服強度彡960MPa級工程機械用鋼，其組分及重量百分比含量為：C: 0.04~ 0.20%，Si:0.15~0.40%，Mn:1.0~10%，N:0.01~0.08%，Ti :0.010~0.050%，Als:0.01~ 0 · 06%，P:彡0 · 020%，S:彡0 · 010%，Cr: 0 · 05~3%，其余為Fe及不可避免的雜質。
[0008] 生產(chǎn)一種屈服強度多960MPa級工程機械用鋼的方法，其步驟： 1)冶煉，熔煉時按照成分配比加入低碳錳鐵和純鐵原料后，進行真空處理，并在真空處 理結束后向真空爐中按照配定比例加入粒度為1~3mm的鈦鐵和氮化鉻鐵； 2) 出鋼并澆注成坯:其間，在自加入鈦鐵和氮化鉻鐵開始在8~15分鐘內進行出鋼并澆 注成坯，并控制N的收得率不低于80%;對鑄坯加熱，其加熱溫度控制在1170 °C~1220 °C，并 在此溫度下保溫50~200min; 3) 進行熱乳工藝:控制粗乳開乳溫度在1050°C~1100°C，道次壓下率不低于20%，累計 壓下率不低于70%;控制精乳終乳溫度在850 °C~890°C;乳后進行水冷，終冷溫度控制在500 ~650°C ;然后自然冷卻;鋼板厚度控制為:成品厚度*( 1+20)%± 3mm; 4) 進行冷乳，冷乳分三個道次進行，各道次壓下率不超過10%。
[0009] 本發(fā)明中各元素及主要工藝的作用及機理 本發(fā)明的氮(N):在本發(fā)明中，N元素的含量控制較高，主要利用N原子間隙固溶強化這 一特點，在提高鋼的強度的同時又提高了韌性，本發(fā)明綜合N原子的強化作用和溶解特征將 其含量控制在〇. 01~〇. 08%范圍。
[0010] 本發(fā)明的碳(C):在本發(fā)明中，C是保證強度的前提，也是與鋼中N元素相互作用進 行強化的有效元素，但是C含量不宜過高，太高會影響N元素的溶解度，太低不能有效補充N 元素的強化效果，C量不宜過多，因此將C含量定為0.04~0.2%。
[0011] 本發(fā)明的錳(Μη):在本發(fā)明中，Μη是鋼中重要的固溶強化元素，錳對N的作用系數(shù) 為負值，可以提高Ν在鋼中的溶解度，從而提高Ν收得率。如錳的取值低于1.0%，則無法保證Ν 的收得率在80%，如高于10%，則會時鋼產(chǎn)生偏西現(xiàn)象，故將Μη含量控制在1.0~10%范圍。
[0012] 本發(fā)明的鉻(Cr):在本發(fā)明中，鉻提高鋼的耐氧化性介質和酸性氯化物介質的性 能，從而提高耐局部腐蝕(如晶間腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕以及某些條件下的應力腐蝕)性 能。在鋼中，鉻與錳一樣還能提高氮元素在鋼液中的溶解度，甚至它提高氮溶解度的能力比 錳還稍強，本發(fā)明將Cr控制在0.05~3%范圍。
[0013] 本發(fā)明的鈦(Ti):在本發(fā)明中，Ti可與鋼中N結合形成細小TiN粒子，從而在加熱過 程中釘乳晶界并防止奧氏體晶粒過度長大，這對于得到細小的晶粒組織，從而提高鋼的強 度和韌性是有利的。
[0014] 本發(fā)明的硅(Si):在本發(fā)明中，Si主要是以固溶強化形式提高鋼的強度，同時也是 鋼中的脫氧元素，但含量不可過高，以免降低鋼的韌性和焊接性能。
[0015] 本發(fā)明的酸溶鋁(Als):在本發(fā)明中，A1是鋼中的主要脫氧元素，A1含量過高則導 致A1的氧化物夾雜增加，降低鋼的純凈度，不利于鋼的韌性及耐候性能。此外，A1的氮化物 熔點較高，在生產(chǎn)中，A1N可以用來阻止晶粒長大。
[0016] 本發(fā)明的磷(P):在本發(fā)明中，硫(S)含量彡0.010%。較高的磷含量可以大幅度提高 鋼的耐候性，但是磷在鋼中具有容易造成偏析、惡化高強性能、顯著降低鋼的低溫沖擊韌 性、提高脆性轉變溫度，所以，考慮到本發(fā)明鋼強度較高，控制磷含量<0.020%。硫易與錳結 合生成MnS夾雜，硫還影響鋼的低溫沖擊韌性。因此，本發(fā)明應采用潔凈鋼生產(chǎn)工藝，盡量減 少磷、硫元素對鋼性能的不利影響。
[0017] 本發(fā)明基于目前現(xiàn)狀，提出了一種屈服強度超過960MPa，以及與其所設定化學成 份特點相匹配的熱乳+冷乳工藝，通過在化學成份中添加適配的N來保證鋼的強度，取消了 相對較昂貴的Mo、V、Nb等微合金元素的添加;本發(fā)明鋼乳制工藝簡單易行，乳制過程無需控 冷，也無需進行熱處理；同時還具有延伸率彡15.0%，-20°C Ακν不低于60J，沖擊斷口具有韌 窩特征，強韌性匹配十分優(yōu)異。
【具體實施方式】
[0018] 下面對本發(fā)明予以詳細描述： 表1為本發(fā)明各實施例及對比例的取值列表； 表2為本發(fā)明各實施例及對比例的主要工藝參數(shù)列表； 表3為本發(fā)明各實施例及對比例性能檢測情況列表。
[0019] 本發(fā)明各實施例按照以下生產(chǎn)工藝生產(chǎn)： 1) 冶煉，熔煉時按照成分配比加入低碳錳鐵和純鐵原料后，進行真空處理，并在真空處 理結束后向真空爐中按照配定比例加入粒度為1~3_的鈦鐵和氮化鉻鐵； 2) 出鋼并澆注成坯:其間，在自加入鈦鐵和氮化鉻鐵開始在8~15分鐘內進行出鋼并澆 注成坯，并控制N的收得率不低于80%;對鑄坯加熱，其加熱溫度控制在1170 °C~1220 °C，并 在此溫度下保溫50~200min; 3) 進行熱乳工藝:控制粗乳開乳溫度在1050°C~1100°C，道次壓下率不低于20%，累計 壓下率不低于70%;控制精乳終乳溫度在850 °C~890°C;乳后進行水冷，終冷溫度控制在500 ~650°C ;然后自然冷卻;鋼板厚度控制為:成品厚度*( 1+20)%± 3mm; 4) 進行冷乳，冷乳分三個道次進行，各道次壓下率不超過10%。
[0020] 表1本發(fā)明各實施例和對比例的成分取值列表(wt%)
表2本發(fā)明各實施例和對比例的主要工藝取值列表
說明：表1與表2中的數(shù)據(jù)并非一一對應關系。
[0021]表3本發(fā)明各實施例和對比例在回火后主要性能檢測統(tǒng)計表
從表3可以看出，，本發(fā)明鋼與對比實例比較，強度指標和韌性指標基本在一個層面，但 是延伸率高5個百分點左右，證明本發(fā)明鋼的塑形明顯優(yōu)于對比實例。
[0022]本【具體實施方式】僅為最佳例舉，并非對本發(fā)明技術方案的限制性實施。
【主權項】
1. 一種屈服強度彡960MPa級工程機械用鋼，其組分及重量百分比含量為：C: 0.04~ 0.20%，Si:0.15~0.40%，Mn:1.0~10%，N:0.01~0.08%，Ti :0.010~0.050%，Als:0.01~ 0 · 06%，P:彡0 · 020%，S:彡0 · 010%，Cr: 0 · 05~3%，其余為Fe及不可避免的雜質。2. 生產(chǎn)權利要求1所述的一種屈服強度多960MPa級工程機械用鋼的方法，其步驟： 1) 冶煉，熔煉時按照成分配比加入低碳錳鐵和純鐵原料后，進行真空處理，并在真空處 理結束后向真空爐中按照配定比例加入粒度為1~3_的鈦鐵和氮化鉻鐵； 2) 出鋼并澆注成坯:其間，在自加入鈦鐵和氮化鉻鐵開始在8~15分鐘內進行出鋼并澆 注成坯，并控制N的收得率不低于80%;對鑄坯加熱，其加熱溫度控制在1170 °C~1220 °C，并 在此溫度下保溫50~200min; 3) 進行熱乳工藝：控制粗乳開乳溫度在1050°C~IlOOtC，道次壓下率不低于20%，累計 壓下率不低于70%;控制精乳終乳溫度在850 °C~890°C;乳后進行水冷，終冷溫度控制在500 ~650°C ;然后自然冷卻;鋼板厚度控制為:成品厚度*( 1+20)%± 3mm; 4) 進行冷乳，冷乳分三個道次進行，各道次壓下率不超過10%。
【文檔編號】C22C38/02GK105950971SQ201610313584
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】馬玉喜, 郭斌, 杜明, 王濤, 薛歡, 周榮, 蔣業(yè)華, 李祖來, 董翰, 賈淑君, 劉靜, 段小林, 練容彪
【申請人】武漢鋼鐵股份有限公司