專利名稱：1100MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度合金鋼，特別是涉及一種IlOOMPa級(jí)中低碳非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，機(jī)械制造行業(yè)普遍使用非調(diào)質(zhì)鋼代替需要調(diào)質(zhì)的碳素鋼和合金鋼，以節(jié)約能源和合金資源，降低生產(chǎn)成本。我國(guó)自70年代以來(lái)，相繼開(kāi) 發(fā)了一系列不同強(qiáng)度等級(jí)的非調(diào)質(zhì)鋼，但大多數(shù)鋼種抗拉強(qiáng)度級(jí)別偏低，因此限制了它們的廣泛應(yīng)用。少數(shù)鋼種抗拉強(qiáng)度雖然在IlOOMPa以上，但塑韌性指標(biāo)偏低，它們通常含有較高的C，或是含有一定量的貴重元素Cr和Mo，或是需要經(jīng)過(guò)特殊加工才能使抗拉強(qiáng)度達(dá)到IlOOMPa以上?，F(xiàn)有技術(shù)中有介紹IlOOMPa級(jí)非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度合金鋼的。如CN1861831A公開(kāi)了一種IIOOMpa級(jí)非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼及其生產(chǎn)方法，其中C含量相對(duì)較高，對(duì)氣體N含量也有一定的控制要求，且只有經(jīng)過(guò)冷軋后抗拉強(qiáng)度才能達(dá)到IlOOMPa以上，其制造工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)成本增加。CN101302601A公開(kāi)了一種高強(qiáng)韌性大截面非調(diào)質(zhì)鋼鋼棒及其制備方法，其中主要通過(guò)加入一定量的Cr和適量的Mo來(lái)獲得高強(qiáng)高韌性。CN1472358A公開(kāi)了一種非調(diào)質(zhì)超高碳鋼及其生產(chǎn)工藝，其中C、Si含量非常高，又含有一定的Cr元素，雖然強(qiáng)度很高，但塑韌性較低，而且采用噴射成型加等溫鍛造工藝，使其制造成本大幅度提聞。開(kāi)發(fā)一種不含Cr、Mo元素，不需要特殊加工即可達(dá)到抗拉強(qiáng)度在IlOOMPa以上、并具有良好塑韌性.的中低碳非調(diào)質(zhì)合金鋼是目前所需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種IlOOMPa級(jí)中低碳非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼。本發(fā)明通過(guò)采用廉價(jià)的C、Si、Mn元素，并適當(dāng)添加微量的V、Ti、Nb等元素，熱軋后通過(guò)適當(dāng)?shù)膹?qiáng)制冷卻加低溫回火，即可獲得一種抗拉強(qiáng)度在IlOOMPa以上，并兼有良好塑韌性的非調(diào)質(zhì)合金鋼，可廣泛用于制造汽車、工程機(jī)械的零部件。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的非調(diào)質(zhì)合金鋼，按重量百分比計(jì)的化學(xué)成分為C:O. 22-0. 30 %, Si 0. 80-1. 20 %, Mn :2. 00-2. 50 %, V :0. 08-0. 15 %, Nb :0. 015-0. 10 %,Ti :0.01-0. 04%, Al :0.015-0. 05%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)元素的總量低于O. 05%。優(yōu)選地，C:0· 22-0. 28%，優(yōu)選地，Si:0· 82-1. 20%。優(yōu)選地，Mn:2· 05-2. 50%。優(yōu)選地，Nb0. 017-0. 10%。優(yōu)選地，Al:0· 015-0. 045%，更優(yōu)選 O. 015-0. 04%。
本發(fā)明的合金鋼選擇化學(xué)成分范圍的原因如下C是保證鋼室溫強(qiáng)度和淬透性所必需的成分。碳含量低于O. 22%時(shí)淬透性和強(qiáng)度不夠，高于O. 30%則韌性變壞。優(yōu)選C含量為O. 22-0. 28%。Si加入鋼中起到了脫氧和固溶強(qiáng)化的作用。含量低于O. 80%效果不明顯。當(dāng)含量超過(guò)I. 20%后，加工性和韌性惡化。本發(fā)明鋼中控制Si含量為O. 80-1. 20%，優(yōu)選為O. 82-1. 20%。Mn :為了提高淬透性并確保強(qiáng)度，Mn含量必須在2. 00%以上，另一方面，若Mn含量過(guò)高，則鋼的韌性降低。為此，本發(fā)明中控制Mn含量為2. 00-2. 50%，優(yōu)選為2. 05-2. 50%。Al在鋼中起到了脫氧和細(xì)化晶粒的作用。當(dāng)加入量低于O. 01%時(shí)，效果不明顯， 加入量超過(guò)O. 06%時(shí)會(huì)使鋁系夾雜物顆粒增大，使力學(xué)性能變差。本發(fā)明中控制Al含量為
O.015-0. 05%，優(yōu)選為 O. 015-0. 045%，更優(yōu)選為 O. 015-0. 04%。Ti在鋼中主要與C、N形成Ti (C，N)以提高強(qiáng)度，細(xì)小的Ti (C，N)可在加熱過(guò)程中阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化組織，提高塑韌性。但其含量不能太高，否則Ti (C，N)顆粒粗大，不僅不能夠有效阻止晶粒長(zhǎng)大，而且會(huì)損害鋼的韌性。本發(fā)明中控制Ti含量在
O.01-0. 04%范圍可以有效阻止熱加工過(guò)程中奧氏體晶粒長(zhǎng)大。V在鋼中主要起沉淀強(qiáng)化作用，適量的V可提高鋼的強(qiáng)度和塑性，V太高不會(huì)使強(qiáng)度明顯增加，但會(huì)顯著降低鋼的塑韌性，如果V含量超過(guò)O. 15%，則韌性就降低很多。本發(fā)明中控制V含量為O. 08-0. 15%范圍。Nb在微合金非調(diào)質(zhì)鋼中一般不單獨(dú)加入，當(dāng)Nb和V元素復(fù)合加入時(shí)，既能提高鋼的強(qiáng)度又能改善鋼的塑韌性。當(dāng)加入量低于0.015%時(shí)，效果不明顯，超過(guò)O. 1%時(shí)，由于析出物粗化而使性能惡化。本發(fā)明中控制Nb含量為O. 015-0. 10%，有為0.017-0. 10%。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述IlOOMPa級(jí)中低碳非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼的制造方法。本發(fā)明的鋼經(jīng)煉鋼、軋制后，在850°C以上強(qiáng)冷卻至450°C以下，隨后空冷至室溫，最后在200-250°C下低溫回火，回火時(shí)間為2. 5小時(shí)以上即可達(dá)到抗拉強(qiáng)度σ b彡11 OOMPa,延伸率δ5彡15%的高性能。優(yōu)選地，在850_920°C以上，以8_15°C /s冷卻速度強(qiáng)冷卻至450°C以下。優(yōu)選地，本發(fā)明鋼采用電爐+爐外精煉一模鑄或連鑄一控軋控冷一低溫回火工藝生產(chǎn)。冶煉時(shí)，為了提高微合金元素(如v、Ti)的收得率，在充分脫氧后再進(jìn)行合金化。為了提高鋼的塑韌性，對(duì)熱加工條件應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制。在熱軋工序中，鋼錠加熱溫度控制在1150-1220°C，開(kāi)軋溫度為1020-1100°C，終軋溫度為850_920°C，在軋制過(guò)程中，盡量增大精軋機(jī)組最后三道次的壓下量，道次變形量控制在10-15%，終軋后以8-15°C /s的冷速冷卻至450°C以下，保證軋材均勻快速冷卻，隨后空冷至室溫，然后入200-250°C退火爐進(jìn)行低溫回火。有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有突出的特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明鋼不含有Cr、Mo等元素，而是添加微量的V、Ti、Nb元素，節(jié)約了合金資源，合乎我國(guó)缺Cr的國(guó)情，而且我國(guó)的V、Ti、Nb等微合金化元素資源豐富，符合我國(guó)資源優(yōu)勢(shì)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。采用上述成分和制造方法生產(chǎn)的IlOOMPa級(jí)非調(diào)質(zhì)合金鋼，其延伸率在15%以上，具有高強(qiáng)度兼有一定的塑韌性，該鋼在軋后強(qiáng)制冷卻，然后經(jīng)過(guò)200-25(TC低溫回火即可獲得上述性能，其制造工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的熱處理工序，從而節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，縮短生產(chǎn)周期和降低制造成本。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行較為詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的化學(xué)成分和生產(chǎn)方法生產(chǎn)了 6爐合金，合金的具體成分如表I所示。
權(quán)利要求
1.一種合金鋼，其按重量百分比計(jì)的化學(xué)成分為C :0. 22-0. 30%, Si :0. 80-1. 20%,Mn 2. 00-2. 50%,V 0. 08-0. 15%,Nb 0. 015-0. 10%,Ti 0. 01-0. 04%,Al 0. 015-0. 05%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)元素的總量低于O. 05%。
2.如權(quán)利要求I所述的合金鋼，其特征在于，C:0. 22-0. 28%。
3.如權(quán)利要求I或2所述的合金鋼，其特征在于，Si:0. 82-1.20%。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的合金鋼，其特征在于，Mn:2. 05-2. 50%。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的合金鋼，其特征在于，Nb:0. 017-0. 10%。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的合金鋼，其特征在于，Al:0. 015-0. 045 %，優(yōu)選為O. 015-0. 04% ο
7.如權(quán)利要求1-6任一所述的合金鋼，其特征在于，其抗拉強(qiáng)度llOOMPa，延伸率δ 5彡15%。
8.如權(quán)利要求1-7任一所述的合金鋼的制造方法，包括 經(jīng)煉鋼、熱軋后，在高于850°C以上強(qiáng)冷卻至450°C以下，隨后空冷至室溫，最后在200-250°C下回火，回火時(shí)間在2. 5小時(shí)以上。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在850°C-920°C以上，以8_15°C /s的冷卻速度冷卻至450°C以下。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在熱軋中，鋼錠加熱溫度控制在1150-1220°C，開(kāi)軋溫度為 1020-1100°C，終軋溫度為 850_920°C ； 在軋制過(guò)程中，道次變形量控制在10-15% ； 終軋后以8-15°C /s的冷卻速度冷卻至450°C以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種合金鋼，其按重量百分比計(jì)的化學(xué)成分為C0.22-0.30％，Si0.80-1.20％，Mn2.00-2.50％，V0.08-0.15％，Nb0.015-0.10％，Ti0.01-0.04％，Al0.015-0.05％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)元素的總量低于0.05％。本發(fā)明鋼的制造包括經(jīng)煉鋼、熱軋后，在高于850℃以上強(qiáng)冷卻至450℃以下，隨后空冷至室溫，最后在200-250℃下回火，回火時(shí)間在2.5小時(shí)以上。本發(fā)明合金鋼的抗拉強(qiáng)度σb≥1100MPa，延伸率δ5≥15％。本發(fā)明合金鋼的制造工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的熱處理工序，從而節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，縮短生產(chǎn)周期和降低制造成本。
文檔編號(hào)C22C38/14GK102839319SQ20111017265
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者田玉新, 張景海, 郭軍霞 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司