CN102134680A - 一种屈服强度960MPa级超高强钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种屈服强度960MPa级超高强钢及其生产方法，其化学成分按重量百分比为：C：0.07～0.09％；Si：0.15-0.25％；Mn：1.00～1.20％；Cr：1.05～1.15％；Mo：0.15～0.20％；Al：0.01～0.06％；P：≤0.02％；S：≤0.01％；N：≤0.008％；其余为Fe及不可避免杂质；生产方法为：冶炼、铸造成铸坯；加热至1150～1250℃；终轧温度为840～900℃；终冷温度为640～700℃；进行调质处理，淬火加热温度为880～920℃，保温时间为20～60min，回火加热温度为150～450℃，保温时间为90-180min。材料达到960MPa超高强钢性能要求，具有良好的延伸率和冲击韧性。
Description
技术领域
本发明属于高强钢生产技术领域，涉及一种屈服强度960MPa级超高强钢及其生产方法。
背景技术
增加材料的强度，以减轻构件重量是结构钢的发展方向。近年来，在工程机械、汽车车辆、煤炭机械等领域开始大量使用高强度钢取代传统强度钢，所用钢级越来越高。采用高强度钢制造工程机械的结构件、起重机的吊臂、汽车的梁结构和自卸车的车体等移动设备的构件，都会明显减轻设备自重，减少燃料消耗，提高工作效率，由此带来的经济效益非常可观。
屈服强度960MPa级钢板目前国内各钢铁企业仍不能稳定生产。专利申请号200810197585.5介绍了一种采用调质工艺生产屈服强度960MPa级别高强钢生产方法，添加了0.45％～0.57％的Mo，合金成本较高，采用的是550℃～600℃温度范围进行回火处理；专利申请号200510024775.3中介绍了一种采用TMCP直接轧制+回火工艺生产屈服强度大于960MPa超高强钢板的方法，化学成分中添加了nI、Cr、Cu、Mo的一种或几种以上，限定了Cr含量小于等于0.8％。
目前国内外设计的生产960MPa级别高强钢的特点在于化学成分中添加了较多的贵重合金元素，合金成本较高。另外如采用TMCP直接轧制工艺生产屈服强度960MPa超高强钢板，对轧机和开平设备的能力要求极高，且板形和卷板长度和宽度方向的性能均匀性很难保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种屈服强度960MPa级超高强钢及其生产方法，本发明化学成分体系中不添加Ni、Nb等贵重合金元素，仅添加0.15％～0.20％Mo和1.05％～1.15％的Cr，通过采用合适的轧制和调质工艺可使材料达到960MPa超高强钢性能要求。
本发明的技术解决方案是：
一种屈服强度960MPa级超高强钢的化学成分按重量百分比为：C：0.07～0.09％；Si：0.15-0.25％；Mn：1.00～1.20％；Cr：1.05～1.15％；Mo：0.15～0.20％；Al：0.01～0.06％；P：≤0.02％；S：≤0.01％；N：≤0.008％；其余为Fe及不可避免杂质；
一种屈服强度960MPa级高强钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)采用转炉或电炉冶炼，并进行炉外精炼对成分进行微调，其化学成分按重量百分比为：C：0.07～0.09％；Si：0.15-0.25％；Mn：1.00～1.20％；Cr：1.05～1.15％；Mo：0.15～0.20％；Al：0.01～0.06％；P：≤0.02％；S：≤0.01％；N：≤0.008％；其余为Fe及不可避免杂质；
(2)将铸坯加热至1150～1250℃，保温时间按照有效厚度1～1.5min/mm计算；
(3)采用单机架往复轧制或多机架热连轧将铸坯轧至目标厚度，终轧温度为840～900℃；
(4)轧后经层流冷却冷至终冷温度，终冷温度为640～700℃；
(5)进行调质处理，淬火加热温度为880～920℃，保温时间为20～60min，回火加热温度为150～450℃，保温时间为90-180min，缓冷至室温。
本发明主要合金元素作用和限定范围如下：
碳：碳是最经济的传统强化元素，但它对材料的塑性、韧性、焊接性能的影响较大。对于生产屈服强度960MPa级超高强钢，本发明采用的碳含量为0.07％～0.09％，主要考虑保证材料具有良好的塑韧性。
硅：硅为固溶强化元素，但添加过高硅会对材料的塑性和表面质量产生负面影响。本发明添加硅含量为0.15％～0.25％。
锰：锰具有固溶强化作用，同时可提高材料淬透性，是提高材料强度重要元素之一，但锰含量添加过高容易产生偏析并会降低材料韧性，恶化性能。本发明添加锰含量为1.00％～1.20％。
硫和磷：硫和磷元素过高会对材料韧性和塑性有不利影响。本发明限定了硫含量应控制在0.01％以内，磷含量应控制在0.02％以内。
铝：铝为脱氧元素，同时具有一定的晶粒细化效果。本发明限定了铝含量为0.01％～0.06％。
铬：溶入奥氏体的Cr能提高材料淬透性，钢中的Cr一部分置换铁形成合金渗碳体，一部分溶入铁素体中，产生固溶强化作用，提高铁素体的强度和硬度；同时添加Cr有利于提高材料的耐磨性、抗氧化性和耐蚀性，并可减少焊接裂纹倾向。本发明添加1.00％～1.20％的铬元素，主要依靠Cr在调质处理中的强化效果将材料强度提升至960MPa以上。
钼：钼可提高材料淬透性，控制冷却组织，细化晶粒，提高材料塑性和强度。本发明添加了0.15％～0.20％钼元素。
氮：氮含量过高会严重恶化材料的塑性和韧性。本发明限定氮含量应小于0.008％。
本发明采用了一种低合金成本成分体系：较低的碳、锰含量，添加较多的Cr元素和少量Mo元素提高淬透性和控制调质处理后组织，不添加Nb、Ni、Cu等贵重合金元素，热处理后材料屈服强度可达到960MPa以上，同时具有良好的塑韧性。
本发明采用的加热温度为1150℃～1250℃，保温时间按照有效厚度1～1.5min/mm计算，保证奥氏体均匀化及合金元素充分溶解和均匀化；
由于采用调质处理工艺路线，对控制轧制和控制冷却的温度窗口要求不高，为减小轧机负荷，保证轧制过程顺利进行，选用较高的终轧温度840℃～900℃；轧后进行层流冷却，选用较高终冷温度640℃～700℃；
对钢板进行调质处理，淬火加热温度为880℃～920℃，保温20～60分钟；为保留原马氏体板条形貌，保证强度，回火温度采用150℃～450℃，保温时间90-180分钟，缓冷至室温。
本发明的技术效果：本发明具有合金成本低，对设备能力要求低，轧制和调质工艺过程易于实现等特点。材料调质处理后屈服强度可达到960MPa以上，具有良好的延伸率和冲击韧性，可达到E级高强钢钢板性能水平。
附图说明：
图1为本发明屈服强度960MPa级高强钢金相组织照片。
具体实施方式：
本发明专利的具体实施例如下：
采用50kg真空小炉进行冶炼，成分如表1所示：
表1.实施例实际化学成分(wt％)
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Alt | Cr | Mo |
| 成分1 | 0.08 | 0.15 | 1.05 | 0.009 | 0.006 | 0.035 | 1.11 | 0.17 |
| 成分2 | 0.09 | 0.19 | 1.13 | 0.010 | 0.008 | 0.030 | 1.05 | 0.20 |
| 成分3 | 0.07 | 0.24 | 1.18 | 0.011 | 0.010 | 0.028 | 1.15 | 0.15 |
将50kg小炉冶炼铸坯锻造成钢锭放入电炉中加热至1200℃，保温90分钟以上；采用多道次轧制将铸坯轧至目标厚度8mm，终轧温度840℃～900℃；轧后层流冷却至终冷温度640～700℃，入保温炉缓冷模拟保温过程。对钢板进行调制处理，淬火加热温度为880～920℃，保温时间为20～60min，回火加热温度为150～450℃，保温时间为90-180min，缓冷至室温。具体工艺参数如下表所示：
将调质处理后钢板进行纵向拉伸、冲击试验取样，进行力学试验。
按本发明成分和工艺生产出的钢板，屈服强度为960MPa～1010MPa，抗拉强度为1040MPa～1120MPa，延伸率为12.5％～15.5％，-40℃冲击功值为21J～35J(5mm*10mm*55mm)。具体试验编号样板对应的性能如下表所示：
本发明专利采用淬火+回火工艺生产960MPa级超高强钢板，对生产设备能力要求低，易于工业实施；采用淬火+回火工艺可保证材料具有较好的组织性能均匀性。采用调质处理工艺路线生产960MPa高强钢，采用廉价的合金成分体系和合理的轧制、热处理工艺制度，材料具有良好的延伸率和优良的低温冲击韧性，延伸率为12.5％-15.5％，-40℃冲击功21J～35J(冲击试验尺寸5mm*10mm*55mm)。本发明生产屈服强度大于960MPa的超高强钢具有合金成本低，工艺流程简单易实现的特点，有着良好的工业应用前景。
Claims (2)
1.一种屈服强度960MPa级高强钢，其特征在于：钢的化学成分按重量百分比为：C：0.07～0.09％；Si：0.15-0.25％；Mn：1.00～1.20％；Cr：1.05～1.15％；Mo：0.15～0.20％；Al：0.01～0.06％；P：≤0.02％；S：≤0.01％；N：≤0.008％；其余为Fe及不可避免杂质。
2.一种屈服强度960MPa级高强钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)采用转炉或电炉冶炼，并进行炉外精炼对成分进行微调，其化学成分按重量百分比为：C：0.07～0.09％；Si：0.15-0.25％；Mn：1.00～1.20％；Cr：1.05～1.15％；Mo：0.15～0.20％；Al：0.01～0.06％；P：≤0.02％；S：≤0.01％；N：≤0.008％；其余为Fe及不可避免杂质；
(2)将铸坯加热至1150～1250℃，保温时间按照有效厚度1～1.5min/mm计算；
(3)采用单机架往复轧制或多机架热连轧将铸坯轧至目标厚度，终轧温度为840～900℃：
(4)轧后经层流冷却冷至终冷温度，终冷温度为640～700℃；
(5)进行调质处理，淬火加热温度为880～920℃，保温时间为20～60min，回火加热温度为150～450℃，保温时间为90-180min，缓冷至室温。
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