專利名稱：用于制造可焊接的高強(qiáng)度熱軋無縫鋼管的低合金鋼的鋼合金的制作方法
用于制造可焊接的高強(qiáng)度熱軋無縫鋼管的低合金鋼的鋼合
金本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的用于制造高強(qiáng)度無縫鋼管材的低合金鋼的鋼合金。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(jié)構(gòu)管材用于特高 負(fù)荷的焊接鋼結(jié)構(gòu)，例如在起重機(jī)、橋梁、船舶、升降裝置和載重車輛的結(jié)構(gòu)中。這樣的管材除了圓形截面之外，還可根據(jù)要求和使用領(lǐng)域而具有例如正方形、矩 形或還有多邊形的橫截面。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(diǎn)，在舍棄鎳的情況下，還添加0. 30-1. 00%的鎢。通過舍棄在其它情況下強(qiáng)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(zhì)，尤其是在由這類鋼進(jìn)行皮爾格熱軋管材 (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。用于上述應(yīng)用領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)管材在最低至_40°C的低溫下承受在強(qiáng)度和韌性上的極 高負(fù)荷要求。為了達(dá)到所要求的性能，必須在熱軋之后對所述管材進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。采用由DE 199 42 641 A1以TOS 70形式已知的鋼，達(dá)到了所有對于屈服極限、拉 伸強(qiáng)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(yīng)用領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)管材 屈服極限RpQ 2最低960MPa 拉伸強(qiáng)度 Rm :980-1150MPa 缺口沖擊能Av(縱向)在-40°C下為27J 保證一般的可焊性 低的或者有限的Ni含量。在用于所述應(yīng)用領(lǐng)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(qiáng) 度提高，需要研發(fā)出新的合金方案(Legierungskonz印te)。特別是在屈服極限范圍為約 lOOOMPa時(shí)，傳統(tǒng)的合金方案不能在低溫下達(dá)到足夠的韌性。已知增加強(qiáng)度同時(shí)導(dǎo)還致韌性增加的機(jī)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(guān)地降低轉(zhuǎn)化溫度而降低晶粒尺寸。但是，這些合金方案導(dǎo)致碳當(dāng)量的增加并與此相關(guān)地導(dǎo)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軋管材的表面品質(zhì)劣化。但是，提高碳含量以增加強(qiáng)度的明顯可能性會導(dǎo)致韌性的劣化和碳當(dāng)量的顯著提
尚o釩同樣用于提高強(qiáng)度。該方案基于在回火處理期間釩的混晶硬化 (Mischkristallhartung )以及極細(xì)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(jìn)機(jī)械性能原則上也可通過熱機(jī)械處理進(jìn)行。但是，在熱加工無縫管材時(shí)特定的溫度進(jìn)程不允許變形溫度的降低，使得可施用 用于熱機(jī)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(shí)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。本發(fā)明的目的在于提供一種用于制造高強(qiáng)度的可焊接的無縫鋼管材(尤其是結(jié) 構(gòu)管材)的低合金鋼的廉價(jià)鋼合金，所述低合金鋼可靠地滿足在屈服極限、拉伸強(qiáng)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軋時(shí)導(dǎo)致視覺上無缺陷的表面。該目的從與權(quán)利要求1的特征相關(guān)的上位概念出發(fā)得以實(shí)現(xiàn)。有利的具體實(shí)施方 案是從屬權(quán)利要求的主題。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，對于用于制造高強(qiáng)度的、可焊接的熱軋無縫鋼管材(尤其是 結(jié)構(gòu)管材)的低合金鋼，提出一種鋼合金，其具有如下化學(xué)組成(以質(zhì)量％計(jì))0. 15-0. 18% C0. 20-0. 40% Si1. 40-1. 60% Mn最高0.05% P最高0.01% S> 0. 50-0. 90% Cr> 0. 50-0. 80% Mo> 0. 10-0. 15% V0. 60-1. 00% W0. 0130-0. 0220% N余量的鐵以及由冶煉引起的雜質(zhì)，任選地加入選自Al、Ni、Nb和Ti中的一種或多 種元素，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%。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(xì)晶粒結(jié) 構(gòu)鋼的研發(fā)進(jìn)行的。由迄今為止已知的經(jīng)驗(yàn)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(jìn)行合金化可達(dá)到的最大屈服極限升高僅為最高至約900MPa。進(jìn)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0.60-1.0%，優(yōu)選 0. 7-0. 9%。在本發(fā)明過程中進(jìn)行的試驗(yàn)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(qiáng)度提高，同 時(shí)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(dá)到特定的“基本強(qiáng)度”，Cr、Mo和W的添加總量應(yīng)為至少1. 5
重量％。本發(fā)明包括通過有針對性地與釩和氮進(jìn)行微合金化中而將再結(jié)晶終止溫度提高 至顯著高于最終軋制溫度的革新性方案。基于寬范圍的熱力學(xué)計(jì)算，V與N的含量的比例 必須為4-12，以便達(dá)到所期望的效果。
一般而言，高含量的溶解的氮(ge 16s temstickstoff)被視為對于韌性是不利 的。但是，通過在4-12范圍內(nèi)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(shí)所形成的釩碳氮化物通過熱機(jī)械處理具有所述晶粒細(xì)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(xì)化) 的合金還有利地使得不需要在二次冶金范圍內(nèi)的昂貴脫氣處理。在本發(fā)明的合金化方案范圍內(nèi)，視需要而定，設(shè)計(jì)任選地將一種或多種以下合金 元素添加到合金中Al、Ni、Nb和Ti。例如，這些需要可以由待軋制管材不同的壁厚而得出， 該壁厚可以處于低于10mm至高于80mm的范圍內(nèi)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(xì)化實(shí)現(xiàn)所需的性能。鑒于所述合金化方案的最佳成本/利潤關(guān)系，已經(jīng)證明如下含量是有利的最高 0. 03% 的 A1、最高 0. 40% 的 Ni、最高 0. 04% 的 Nb、最高 0. 04% 的 Ti。最高0.40%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(zhì)。在將皮爾格熱軋法用于制備無縫管材時(shí)，為了達(dá)到足夠的表面品質(zhì)，將M含量限 制于0. 20%，優(yōu)選0. 15%，尤其是最高0. 10%。采用下列本發(fā)明的鋼合金由處理的熔體(Betriebsschmelze)制造的無縫鋼管具 有優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性數(shù)值。0. 17% C0. 32% Si1. 54% Mn0. 013% P0. 003% S0. 74% Cr0. 54% Mo0. 11% V0. 75% ff0. 0142% N0. 023% A10. 16% Ni0. 001% Ti0. 164% Ni以及 V/N = 8. 03由此測得在下表中列出的值。所述值是分別來自4個拉伸試樣或者4個缺口沖擊 彎曲試樣的平均值。所述試樣作為縱向試樣獲自工廠制造的經(jīng)熱處理的管材。
權(quán)利要求
用于制造高強(qiáng)度的、可焊接的熱軋無縫鋼管材尤其是結(jié)構(gòu)管材的低合金鋼的鋼合金，其具有如下化學(xué)組成(以質(zhì)量％計(jì))0.15 0.18％ C0.20 0.40％ Si1.40 1.60％ Mn最高0.05％ P最高0.01％ S＞0.50 0.90％ Cr＞0.50 0.80％ Mo＞0.10 0.15％ V0.60 1.00％ W0.0130 0.0220％ N余量的鐵以及由冶煉引起的雜質(zhì)，任選地加入選自Al、Ni、Nb和Ti中的一種或多種元素，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(quán)利要求1的鋼合金，其特征在于，所述任選地加入合金的元素具有如下含量 最高 0.03% Al最高 0.40% Ni 最高 0.04% Nb 最高 0.04% Ti。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)的鋼合金，其特征在于，W含量為0.7-0. 9%。
4.高強(qiáng)度的可焊接無縫鋼管材尤其是結(jié)構(gòu)管材，其通過熱軋并隨后調(diào)質(zhì)處理而制得， 其包含具有如下合金組成的鋼0. 15-0. 18% C0.20-0. 40% Si1.40-1. 60% Mn 最高0.05% P 最高0.01% S>0. 50-0. 90% Cr>0. 50-0. 80% Mo>0. 10-0. 15% V 0. 60-1. 00% W0. 013-0. 0220% N，并且 4彡V/N彡12余量的鐵以及由冶煉引起的雜質(zhì)，含有選自Al、Ni、Nb和Ti中的一種或多種元素，并且 Ni含量最高為0.40%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)管材，其特征在于，所述任選地加入所述鋼合金中的元素具 有如下含量最高 0.03% Al 最高 0.04% Ni最高 0.40% Nb 最高 0.04% Ti。
6.據(jù)權(quán)利要求4-5任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)管材，其特征在于，W含量為0. 7-0. 9%。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造高強(qiáng)度、可焊接的熱軋無縫鋼管材尤其是結(jié)構(gòu)管材的低合金鋼的鋼合金，具有如下化學(xué)組成(以質(zhì)量％計(jì))0.15-0.18％C；0.20-0.40％Si；1.40-1.60％Mn；最高0.05％P；最高0.01％S；＞0.50-0.90％Cr；＞0.50-0.80％Mo；＞0.10-0.15％V；0.60-1.00％W；0.0130-0.0220％N；余量的鐵以及由冶煉引起的雜質(zhì)，任選地加入選自Al、Ni、Nb和Ti中的一種或多種元素，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％。
文檔編號C22C38/22GK101952472SQ200980105799
公開日2011年1月19日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月20日
發(fā)明者A·施耐德, C·施塔利巴斯, C·考克, G·庫貝拉, H·桑德斯, M·許茨 申請人:V&M德國有限公司