錳硅基高強鋼及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及合金結(jié)構(gòu)鋼及其制備方法，具體地說錳硅基高強鋼及其制備方法。錳硅基高強鋼，由以下材料按照重量百分比組成，C：0.17～0.21％，Si：0.80～1.20％，Mn：1.90～2.30％，Mo：0.30～0.40％，Ti：0.03～0.13％，Al：0.015～0.035％，Cr：0.10～0.20％，P：小于等于0.012％，S：小于等于0.010％，余量為Fe。本發(fā)明提供的錳硅基高強鋼及其制備方法，采用微合金化技術(shù)，加入適當?shù)奈⒑辖鸹谹l、Ti，細化晶粒和組織，提高材質(zhì)的純凈度，通過本發(fā)明的制備方法獲得貝氏體組織的材料，提高鋼的強韌性及低溫沖擊韌性，克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷。
【專利說明】錳硅基高強鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合金結(jié)構(gòu)鋼及其制備方法，具體地說錳硅基高強鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國標20SiMn2MoV 材料化學(xué)成分為:0.17-0.23 % C，0.90-1.20 % Si,
2.20-2.60 % Mn, 0.30-0.40 % Mo, 0.05-0.12 % V, Max0.025 % P, Max0.025 % S，Max0.25 %Cu, Max0.30% Cr，Max0.30% Ni。然后在試樣加熱到900°C ±10°C保溫3h在油中淬火，奧氏體化過程進行得較為徹底，奧氏體晶粒充分長大，淬火組織粗化，在250°C下回火，獲得的組織主要為回火馬氏體，抗拉強度Rm > 1380Mpa,斷后伸長率A > 10%，斷后收縮率Z ^ 40%，沖擊吸收功Aku2 ^ 55J，熱處理后組織為回火馬氏體。該材料雖然具有較高的強度和硬度，但相應(yīng)的 韌性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種錳硅基高強鋼新材料及其制備方法，該材料具有高的強度同時又具有高韌性，為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0004]錳硅基高強鋼，由以下材料按照重量百分比組成，C:0.17~0.21%，S1:0.80~
1.20%,Mn:1.90 ~2.30%,Mo:0.30 ~0.40%,T1:0.03 ~0.13%,Al:0.015 ~0.035%,Cr:0.10~0.20%, P:小于等于0.012%, S:小于等于0.010%，余量為Fe。
[0005]優(yōu)選:C:0.18 ~0.20 %, Si:0.85-1.15 %, Mn:2.00 ~2.20 %, Mo:0.32 ~0.38 %, Ti:0.04 ~0.10 %，Al:0.020 ~0.030 %，Cr:0.12 ~0.18 %，P:小于等于
0.010%, S:小于等于0.008%，余量為Fe。
[0006]最佳配比:C:0.19 %, Si:1.00 %, Mn:2.10 %, Mo:0.35 %, T1:0.08 %, Al:
0.025%, Cr:0.16%, P 小于等于 0.008%, S:小于等于 0.005%，余量為 Fe。
[0007]錳硅基高強鋼制備方法，包括以下步驟:
[0008]1、每爐配入鐵水或生鐵，加熱熔化成鋼水，出鋼溫度1580°C~1620°C，P重量百分比控制在≤0.007% ;鋼水出鋼量達到總量的1/3時，按照配方要求向鋼包中投放S1-Fe合金、Mn-Fe合金、Mo-Fe合金進行成分初調(diào)；
[0009]2、鋼水到精煉工位喂入鋁線，渣子化好后加入C粉、Si粉，進行擴散脫氧，渣白后取樣分析，根據(jù)分析結(jié)果進行微調(diào)成分；
[0010]3、微調(diào)后的鋼水按2米/t喂入CaSi線，然后真空度小于等于67Pa下保持時間10~15分鐘；
[0011]4、鋼水放散后加保溫劑，進行軟吹氬時間20~25分鐘，以渣面微動，不裸露鋼液為準；
[0012]5、鋼水倒入鋼錠模中鑄錠，采用氬氣保護澆注，鋼錠模溫度為30~80°C ；
[0013]6、鋼錠加熱溫度1200~1220°C，保溫時間6小時，升溫速度控制在60~80°C /小時；[0014]7、鋼錠火切成鋼材后，20分鐘內(nèi)入將鋼材放入緩冷坑的中間層，緩冷60小時，鋼材溫度低于150°C吊出緩冷坑；
[0015]8、鋼材表面，對鋼材的缺陷清除裝爐淬火，淬火加熱溫度900~920°C，升溫速度IOO0C /小時，均溫時間2~3小時，保溫時間2.5~3.5小時，從出爐到入水，控制時間5以內(nèi)；
[0016]9、淬火后在3小時內(nèi)裝爐回火，回火的加熱溫度540~580°C，升溫速度50°C /小時，均溫時間2~3小時，保溫時間6.5~7.5小時。
[0017]本發(fā)明提供的錳硅基高強鋼及其制備方法，采用微合金化技術(shù)，加入適當?shù)奈⒑辖鸹谹l、Ti，細化晶粒和組織，提高材質(zhì)的純凈度，通過本發(fā)明的制備方法獲得貝氏體組織的材料，提高鋼的強韌性及低溫沖擊韌性，克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷。
[0018]本發(fā)明提供的錳硅基高強鋼制備方法，不再單純依靠C及合金元素的總量提高鋼的強度，借助貝氏體組織中的位錯強化、細晶粒強化、微合金的析出強化來提高強度及韌性。[0019]C:鋼中的碳含量控制在0.25%以下，鋼在經(jīng)過高溫奧氏體化及熱變形后的冷卻過程中，不再發(fā)生奧氏體向鐵素體與滲碳體的兩相分解，過冷奧氏體將直接轉(zhuǎn)變成各種形態(tài)的鐵素體并留下少量富碳的殘留奧氏體。另外必要的碳含量，一般不低于0.01 %，主要起固溶強化的作用。同時一部分碳原子將與加入的微量Nb、Ti作用析出微合金碳化物，在高溫階段抑制再結(jié)晶及低溫階段起析出強化作用。
[0020]Mo:推遲珠光體轉(zhuǎn)變，而對貝氏體轉(zhuǎn)變的推遲作用較小。低碳鋼中加入Ni可滿足高強度和高韌性的要求，但Ni的加入量必然很高，成本較高，而加入Mo、Mn可得到比Ni更好的效果，并且更經(jīng)濟。
[0021]Mn:是強烈推遲珠光體轉(zhuǎn)變的合金元素，有利于提高鋼的淬透性并通過固溶強化作用提高強度。另外，加入Mn可替代部分貴重金屬Mo推遲珠光體轉(zhuǎn)變，提高貝氏體淬透性。
[0022]S1:隨著Si含量從0.6%提高到1.8%，抗沖擊磨損性能提高。另外，Si顯著地強化鐵素體，每1% Mn使鐵素體屈服強度提高33MPa，而每1% Si使鐵素體屈服強度提高85MPa0
[0023]Si除對殘余奧氏體有促進其穩(wěn)定化作用外，還可以起到固溶強化的作用提高鋼的低溫抗回火脆性；對碳化物的析出有阻礙作用，降低貝氏體的轉(zhuǎn)變溫度，是提高鋼的強韌性的有利元素，鋼中Si含量過高時，> 1.8%，不僅不能提高鋼的強韌性還會出現(xiàn)相反結(jié)果。
[0024]Cr:鉻能增強鋼的機械性能和耐磨性，增加鋼的淬透性及淬火后的抗變形能力，增強鋼的彈性、抗磁性、耐蝕性和耐熱性。
[0025]T1:Ti在鋼中主要以TiC或Ti (C，N)的形式存在。Ti具有阻止形變奧氏體再結(jié)晶的作用，可以細化晶粒；此外，還有促進貝氏體形成的作用。在材料中Ti含量適宜即0.01~
0.018%時，才能滿足各方面的要求，較高的Ti含量將導(dǎo)致粗大的液態(tài)析出TiN的出現(xiàn)而不能起到阻止晶粒長大作用。
[0026]Ti可提高鋼的均勻性，但加入量不宜過多，因為這些元素是彌散相形成元素，彌散的第二相過多，會造成斷后伸長率下降。
[0027]本發(fā)明制的猛娃基聞強鋼夠確保雜質(zhì)兀素和氣體兀素S ^ 5ppm、P ^ 80ppm、N ^ 60ppm、O ^ lOppm、H^l.3ppm?！揪唧w實施方式】
[0028]結(jié)合實施例說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0029]實施例1:
[0030]錳硅基高強鋼，由以下材料按照重量百分比組成，C:0.19%, S1:1.00%, Mn:
2.10%, Mo:0.35%, Ti:0.08%, Al:0.025%, Cr:0.16%, P 小于等于 0.008%, S:小于等于0.005%，余量為Fe。
[0031]實施例2:
[0032]錳硅基高強鋼，由以下材料按照重量百分比組成，C:0.17%, S1:1.20%, Mn:
2.30%, Mo:0.40%, Ti:0.03%, Al:0.015%, Cr:0.20%, P:小于等于 0.012%, S:小于等于0.010%，余量為Fe。[0033]實施例3:
[0034]錳硅基高強鋼，由以下材料按照重量百分比組成，C:0.21%, Si:0.80%, Mn:
1.90%, Mo:0.30%, Ti:0.13%, Al:0.035%, Cr:0.10%, P:小于等于 0.010%, S:小于等于0.008%，余量為Fe。
[0035]實施例4:
[0036]錳硅基高強鋼，由以下材料按照重量百分比組成，C:0.18%, S1:1.15%, Mn:
2.00%, Mo:0.32%, Ti:0.10%, Al:0.030%, Cr:0.18%, P:小于等于 0.010%, S:小于等于0.008%，余量為Fe。
[0037]以上實施例按照以下步驟制備錳硅基高強鋼，包括以下步驟:
[0038]1、每爐配入鐵水或生鐵，加熱熔化成鋼水，出鋼溫度1580°C~1620°C，P重量百分比控制在≤0.007% ;鋼水出鋼量達到總量的1/3時，按照配方要求向鋼包中投放S1-Fe合金、Mn-Fe合金、Mo-Fe合金進行成分初調(diào)；
[0039]2、鋼水到精煉工位喂入鋁線，渣子化好后加入C粉、Si粉，進行擴散脫氧，渣白后取樣分析，根據(jù)分析結(jié)果進行微調(diào)成分；
[0040]3、微調(diào)后的鋼水按2米/t喂入CaSi線，然后真空度小于等于67Pa下保持時間10~15分鐘；
[0041]4、鋼水放散后加保溫劑，進行軟吹氬時間20~25分鐘，以渣面微動，不裸露鋼液為準；
[0042]5、鋼水倒入鋼錠模中鑄錠，采用氬氣保護澆注，鋼錠模溫度為30~80°C ；
[0043]6、鋼錠加熱溫度1200~1220°C，保溫時間6小時，升溫速度控制在60~80°C /小時；
[0044]7、鋼錠火切成鋼材后，20分鐘內(nèi)入將鋼材放入緩冷坑的中間層，緩冷60小時，鋼材溫度低于150°C吊出緩冷坑；
[0045]8、鋼材表面，對鋼材的缺陷清除裝爐淬火，淬火加熱溫度900~920°C，升溫速度IOO0C /小時，均溫時間2~3小時，保溫時間2.5~3.5小時，從出爐到入水，控制時間5以內(nèi)；
[0046]9、淬火后在3小時內(nèi)裝爐回火，回火的加熱溫度540~580°C，升溫速度50°C /小時，均溫時間2~3小時，保溫時間6.5~7.5小時。[0047]以上實施例制的的錳硅基高強鋼與目前傳統(tǒng)配方及生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的20SiMn2MoV相比，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和使用性能，具體測試情況見下表所示:
[0048]表1鋼材測試結(jié)果對比表
[0049]
【權(quán)利要求】
1.錳硅基高強鋼，其特征在于，由以下材料按照重量百分比組成，C:0.17~0.21%，Si:0.80 ~1.20 %，Mn:1.90 ~2.30 %, Mo:0.30 ~0.40 %，Ti:0.03 ~0.13 %，Al:0.015 ~0.035%, Cr:0.10 ~0.20%, P:小于等于 0.012%, S:小于等于 0.010%，余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錳硅基高強鋼，其特征在于，C:0.18~0.20%，S1:0.85-1.15 %，Mn:2.00 ~2.20 %，Mo:0.32 ~0.38 %，T1:0.04 ~0.10 %，Al:0.020 ~0.030%, Cr:0.12 ~0.18%, P:小于等于 0.010%, S:小于等于 0.008%，余量為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2 所述的錳硅基高強鋼制備方法，包括以下步驟: (1)每爐配入鐵水或生鐵，加熱熔化成鋼水，出鋼溫度1580°C~1620°C，P重量百分比控制在≤0.007%;鋼水出鋼量達到總量的1/3時，按照配方要求向鋼包中投放S1-Fe合金、Mn-Fe合金、Mo-Fe合金進行成分初調(diào)； (2)鋼水到精煉工位喂入鋁線，渣子化好后加入C粉、Si粉，進行擴散脫氧，渣白后取樣分析，根據(jù)分析結(jié)果進行微調(diào)成分； (3)微調(diào)后的鋼水按2米/t喂入CaSi線，然后真空度小于等于67Pa下保持時間10~15分鐘； (4)鋼水放散后加保溫劑，進行軟吹氬時間20~25分鐘，以渣面微動，不裸露鋼液為準； (5)鋼水倒入鋼錠模中鑄錠，采用氬氣保護澆注，鋼錠模溫度為30~80°C； (6)鋼錠加熱溫度1200~1220°C，保溫時間6小時，升溫速度控制在60~80°C/小時； (7)鋼錠火切成鋼材后，20分鐘內(nèi)入將鋼材放入緩冷坑的中間層，緩冷60小時，鋼材溫度低于150°C吊出緩冷坑； (8)鋼材表面，對鋼材的缺陷清除裝爐淬火，淬火加熱溫度900~920°C，升溫速度IOO0C /小時，均溫時間2~3小時，保溫時間2.5~3.5小時，從出爐到入水，控制時間5以內(nèi)； (9)淬火后在3小時內(nèi)裝爐回火，回火的加熱溫度540~580°C，升溫速度50°C/小時，均溫時間2~3小時，保溫時間6.5~7.5小時。
【文檔編號】C22C33/06GK103952635SQ201410200991
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】王偉先, 張成連, 姚鳳祥, 李殿生, 李瑛 , 李慶斌, 劉英武, 翟書研, 付憲強, 白廣成, 劉洪波, 楊云志, 徐詠梅, 于瑞芝, 劉向軍, 胡金海, 賈勇, 黃宇斌 申請人:東北特鋼集團北滿特殊鋼有限責任公司