一種屈服強度1300MPa級調(diào)質(zhì)高強鋼及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[OOOU 本發(fā)明設(shè)及一種屈服強度1300MI^級調(diào)質(zhì)高強鋼及其生產(chǎn)方法，獲得的高強鋼的 屈服強度為1300?HOOMPa,抗拉強度> 1200MPa，延伸率〉8%，-40°C沖擊功在40JW上， 顯微組織為回火馬氏體。
【背景技術(shù)】
[0002] 采用高強度易焊接結(jié)構(gòu)鋼制造工程機械的梁結(jié)構(gòu)、起重機的吊臂和自卸車的車體 等移動設(shè)備的構(gòu)件，都會減輕設(shè)備自重，減少燃料消耗，提高工作效率。隨著國際競爭的加 劇，采用高強度易焊接結(jié)構(gòu)鋼制造港口機械、礦山機械、挖掘機、裝載機的梁結(jié)構(gòu)、起重機的 吊臂和自卸車的車體等移動設(shè)備的構(gòu)件已經(jīng)成為趨勢。由于工程機械高性能、大型化、輕量 化的發(fā)展要求，工程機械用鋼的強度級別不斷攀升，從500?600MI^級快速上升到700MPa、 800化乃至IOOOMPaW上。工程機械用超高強鋼由于其苛刻的使用環(huán)境和受力條件，對鋼材 質(zhì)量有嚴(yán)格的要求，包括強度性能、沖擊性能、折彎性能、焊接性能和板形等。
[000引 目前國內(nèi)生產(chǎn)屈服1300MPa級別的高強度鋼板的企業(yè)較少，中國專利 200610051936. 2介紹了一種IlOOMI^級非調(diào)質(zhì)高強鋼及其生產(chǎn)方法，在熱軸環(huán)節(jié)通過控軸 控冷形成中等強度的貝氏體+鐵素體組織，然后通過冷軸大變形生產(chǎn)屈服強度在IlOOMPa 的超高強鋼。中國專利201210429944. 1介紹了一種屈服強度HOOMI^級的超高強鋼生產(chǎn) 方法，采用Q+P熱處理工藝，組織類型為超細(xì)板條馬氏體+納米級板條殘余奧氏體及沉淀析 出的碳化物。上述述兩專利中都采用復(fù)相組織實現(xiàn)超高強度，需要特殊的裝備，復(fù)相組織中 各相的比例難W控制穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種屈服強度UOOMI^級調(diào)質(zhì)高強鋼及其生產(chǎn)方法，采用 離線澤火+回火工藝生產(chǎn)，其屈服強度為1300?HOOMPa,抗拉強度> 1200MPa，延伸率 〉8%，-40°C沖擊功在40JW上，顯微組織為回火馬氏體。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：
[0006] 一種屈服強度UOOMI^級調(diào)質(zhì)高強鋼，其化學(xué)成分重量百分比為；C:0.21? 0. 26%，Si;0. 10 ?0. 30%，Mn;0. 80 ?1. 60%，Cr;0. 20 ?0. 70%，Mo;0. 10 ?0. 45%， Ni;0. 80 ?2. 0%，Nb;0.OlO?0. 030%，Ti;0.OlO?0. 030%，V;0. 020 ?0. 060 %， B;0. 0005 ?0. 0030%，Al;0. 02 ?0. 06%，Ca;0.OOl?0. 004%，N;0. 002 ?0. 005 %， P《0. 020%，S《0. 010%，0《0. 008%，其余為化及不可避免的雜質(zhì)，且，
[0007] Ceq0. 61 ?0. 75%，Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ;
[000引 1. 3%《Mo+0. 8Ni+0. 4Cr+6V《2. 5% ;3. 7《Ti/N《7. 0 ;1. 0《Ca/S《3. 0。
[0009] 進一步，所述的屈服強度1300M化級調(diào)質(zhì)高強鋼的屈服強度為1300?HOOMPa，抗 拉強度> 1200MPa，延伸率〉8%，-40°C沖擊功在40JW上，顯微組織為回火馬氏體。
[0010] 在本發(fā)明的成分設(shè)計中：
[0011] 碳：固溶強化，調(diào)整馬氏體組織的強度和塑初性，經(jīng)試驗，再加熱澤火后低碳馬氏 體的抗拉強度與C含量的關(guān)系呈如下關(guān)系；Rm= 2510C(% )+790 (MPa),Rm為抗拉強度，C含 量在0. 21 %W上才可W保證澤火態(tài)抗拉強度大于1300MPa，再通過回火進一步調(diào)整強度， 改善初性；C含量較高會導(dǎo)致整體C當(dāng)量的提高，焊接時容易產(chǎn)生裂紋，本發(fā)明的C含量范 圍為0.21?0.26%。
[0012] 娃；0. 10%W上的Si可W起到較好的脫氧作用，Si超過0. 30%容易產(chǎn)生紅鐵皮， Si含量較高時容易惡化馬氏體高強鋼的初性，本發(fā)明的娃含量范圍為0. 10?0. 30%。
[0013] 鋪；Mn元素在0. 8%W上可W提高鋼的澤透性，Mn含量超過1. 6 %容易產(chǎn)生偏析和 MnS等夾雜物，惡化馬氏體高強鋼的初性，本發(fā)明的Mn含量范圍為0. 80?1. 60%。
[0014] 銘：化元素在0.2%W上可W提高鋼的澤透性，有利于在澤火時形成全馬氏體組 織，&在150?350°C的回火溫度范圍內(nèi)會形成&的碳化物，具有抗低溫回火軟化的作用， 化含量超過0. 70%在焊接時會出現(xiàn)較大的火花，影響焊接質(zhì)量，本發(fā)明的化含量范圍為 0. 20 ?0. 70%。
[0015] 鋼；0. 10%W上的Mo元素具有提高鋼的澤透性，有利于在澤火時形成全馬氏體組 織；Mo高溫下會與C反應(yīng)形成化合物顆粒，具有抗焊接接頭軟化的作用，Mo含量太高會導(dǎo) 致碳當(dāng)量提高，惡化焊接性能，同時Mo屬于貴金屬，會提高成本，本發(fā)明的Mo含量范圍為 0. 10 ?0. 45%。
[0016] 鑲；對于馬氏體鋼當(dāng)強度提高至IOOOMPaW上時，鋼的初性明顯下降，Ni使位錯 的交滑移變得容易，并具有細(xì)化馬氏體組織的作用，可W提高鋼的低溫初性，0.80%W上的 Ni元素可W改善1300MPa級馬氏體超高強鋼的低溫初性和焊接接頭初性，Ni含量太高會 導(dǎo)致碳當(dāng)量提高，惡化焊接性能，同時Ni屬于貴金屬，會提高成本，本發(fā)明的Ni含量范圍為 0. 80 ?2.10%。
[0017] 魄、鐵和饑；佩、Ti和V為微合金元素，與C、N等元素形成納米級析出物，在加 熱時抑制奧氏體晶粒的長大；Nb可W提高未再結(jié)晶臨界溫度化r，擴大生產(chǎn)窗口；Ti可W 改善焊接性能；V在回火過程中析出可W提高鋼的強度；本發(fā)明的魄含量范圍為0.OlO? 0.030%，鐵含量范圍為0.010?0.030%，饑含量范圍為0.020?0.060%。
[0018] 棚；微量的B可W提高鋼的澤透性，提高鋼的強度，超過0.0030%的B容易產(chǎn)生偏 析，形成碳棚化合物，嚴(yán)重惡化鋼的初性，本發(fā)明的棚含量范圍為0. 0005?0. 0030%。
[0019] 侶；Al用作脫氧劑，鋼中加入0.02%w上的Al可細(xì)化晶粒，提高沖擊初性，AL含 量超過0.06%容易產(chǎn)生Al的氧化物夾雜缺陷，本發(fā)明的Al含量范圍為0.02?0.06%。
[0020] 巧；超過0.OOl%的微量化元素可W在鋼冶煉過程中的起到凈化劑作用，改善鋼 的初性；化含量超過0. 004%容易形成尺寸較大的化的化合物，反而會惡化初性，本發(fā)明 Ca含量范圍為0.OOl?0. 004%。
[0021] 氮；本發(fā)明要求嚴(yán)格控制N元素的范圍，0.002%W上的N元素在回火過程中可W 與V和C反應(yīng)形成納米級的v(c，腳粒子起到析出強化的作用，在焊接過程中也可W通過 析出強化抵抗熱影響區(qū)軟化；N含量超過0.005%容易導(dǎo)致形成粗大的析出物顆粒，惡化初 性。本發(fā)明N含量范圍為0.002?0.005%。
[0022] 磯、硫和氧；P、S和0作為雜質(zhì)元素影響鋼的塑、初性，本發(fā)明的四種元素的控制范 圍為P《0.020%，S《0.010%，0《0. 008%。
[002引對于離線澤火+回火型屈服1300MPa高強鋼碳當(dāng)量Ceq需滿足；CeqO.61? 0. 75%，Ceq=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu) /150,Ceq太低容易出現(xiàn)焊接接頭軟化，Ceq太 高容易出現(xiàn)焊接微裂紋。
[0024] 通過控制1.3%《]?〇+0.8化+0.4化+6￥《2.5%主要用于保證13001口3高強鋼的 等強匹配焊接，調(diào)節(jié)焊接熱影響區(qū)的強度和低溫初性，達到與母材鋼板強度和低溫初性的 最佳匹配。其中Mo、Ni和化元素都可W降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的澤透性，提高焊 接接頭的強度；Mo在高溫下與C反應(yīng)形成化合物，具有抵抗焊接接頭軟化的作用；Mo和Ni 元素都具有細(xì)化組織，改善初性的作用；V與N反應(yīng)生成納米級V(C，腳顆?？蒞抵抗接頭 軟化;Mo、NiXr和V元素的搭配可W根據(jù)母材強度調(diào)節(jié)焊接熱影響區(qū)的強度和初性。低于 1. 3%焊接接頭的強度和低溫初性都較低；高于2. 5%焊接接頭強度偏高，容易產(chǎn)生焊接裂 紋。
[0025] 通過控制3. 7《Ti/N《7. 0可W保護鋼中的B原子，使得B充分固溶，提高澤透 性，合適的Ti、N比有利于控制Ti析出物顆粒的尺寸改善母材和接頭的強度和初性。
[0026] 通過控制1. 0《化/S《3. 0可W使鋼種的硫化物球化，改善鋼的低溫初性和焊接 性能。
[0027] 本發(fā)明的一種1300M化級調(diào)質(zhì)高強鋼的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：
[002引1)冶煉、鑄造
[0029] 按下述化學(xué)成分采用轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼，并采用精煉進一步微調(diào)，鑄造形成鑄巧；其 化學(xué)成分重量百分比為；C;0. 21 ?0. 26%，Si;0. 10 ?0. 30%，Mn;0. 80 ?1. 60%，Cr; 0. 20 ?0. 70%，M〇 ;0. 10 ?0. 45%，Ni;0. 80 ?2. 0%，佩；0.OlO?0. 030%，Ti;0.OlO? 0. 030%，V;0. 020 ?0. 060%，B;0. 0005 ?0. 0030%，Al;0. 02 ?0. 06%，Ca;0.OOl? 0. 004%，N;0. 002 ?0. 005%，P《0. 020%，S《0. 010%，0《0. 008%，其余為化及不可 避免的雜質(zhì)，且，
[0030] Ceq0. 61 ?0. 75%，Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ;
[003UI. 3%《Mo+0. 8Ni+0. 4Cr+6V《2. 5% ;3. 7《Ti/N《7. 0 ;1. 0《Ca/S《3. 0 ;
[0032] 2)加熱
[0033] 將鑄巧于1150?1270°C的爐中加熱，待鑄巧屯、部到爐溫后開始保溫，保溫時間 〉1.化；
[0034] 如軸制
[0035] 采用單機架往復(fù)軸制或多機架熱連軸將鑄巧軸至目標(biāo)厚度，軸制最后一道次軸制 壓下率〉15% ;終軸溫度為820?920°C，同時，終軸溫度Tf滿足；ArsCTfCTnr，其中Ars為 亞共析鋼奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變開始溫度，Tnr為未再結(jié)晶臨界溫度；Ars= 901-325C-92Mn-126Cr-67Ni-149Mo，
[0036] hr= 887+464C+(6445Nb-644sqrt(Nb)) + (732V-230sqrt(V))+890Ti+363Al-357 Si;
[0037] 4)冷卻
[0038] 對熱軸后的軸件在450?Bs°C溫度范圍內(nèi)卷取，然后空冷至室溫；Bs= 630-45Mn -40V-35Si-30Cr-25M〇-20Ni;
[0039] 5)熱處理
[0040] 澤火，澤火加熱溫度為Ac3+ (30?80) °C，Ac3為奧氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度；Ac3= 955-350C-25Mn巧lSi+106Nb+100Ti+68A^llCr-33Ni-16Cu+67Mo;鋼板達到爐溫后開始保 溫，保溫 5 ?40min;澤火冷卻速度V〉e(5J-2'53c-°J6sw'8*-°'95cr-L8?〇-i6〇B)nc/s;
[0041] 回火，回火溫度為150?350°C，鋼板屯、部到回火溫度后保溫20?ISOmin，得到屈 服強度1300MPa級調(diào)質(zhì)高強鋼。
[00創(chuàng)進一步，得到的屈服強度1300M化級調(diào)質(zhì)高強鋼的屈服強度為1300?HOOMPa,抗 拉強度> 1500MPa，延伸率〉8%，-40°C沖擊功在40JW上，顯微組織為回火馬氏體。
[004