低合金超高强度钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低合金超高强度钢及其制备方法，以质量百分比计，该低合金超高强度钢由以下组分构成：C0.34％～0.38％，Mn0.60％～0.90％，Si1.50％～1.80％，S≤0.010％，P≤0.010％，Ni1.45％～1.85％，Al0.03％～0.08％，Cr0.90％～1.30％，V0.08％～0.15％，H≤0.0001％，O≤0.0015％，N≤0.010％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。本发明专利技术提供的低合金超高强度钢，通过各元素之间相互配合，可显著提高低合金超高强度钢的抗拉强度、屈服强度、伸长率和面缩率等综合性能。伸长率和面缩率等综合性能。

【技术实现步骤摘要】
低合金超高强度钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及合金材料领域，尤其涉及一种低合金超高强度钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]超高强度钢是用于制造承受较高应力结构件的一类合金钢，一般室温拉伸抗拉强度超过1400MPa，屈服强度大于1300MPa，这类钢一般具有足够的韧性、较高的比强度和屈强比、良好的焊接性和成形性。按照合金化程度和显微组织的不同，超高强度钢可分为低合金、中合金和高合金三类。
[0003]低合金超高强度钢是在调质结构钢的基础上发展起来的，通过在钢中加入少量的多种合金元素，使钢固溶强化并提高钢的淬透性与马氏体回火稳定性。合金元素主要是Mn、Cr、Si、Ni、Mo、V等，低合金超高强度钢中合金元素的总含量一般不超过5％，由于合金元素含量低、成本低、生产工艺简单，广泛用于制造飞机大梁、发动机轴、固体火箭发动机壳体、桥梁、船舶等。
[0004]目前应用最广泛的低合金超高强度钢为30CrMnSiNi2，按质量百分比计，其成分含量如下：C 0.27％～0.34％，Si 0.90％～1.20％，Mn 1.00％～1.30％，S≤0.025％，P≤0.030％，Cr 0.90％～1.20％，Ni 1.40％～1.80％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。
[0005]虽然该低合金超高强度钢具有优异的抗拉强度，一定的塑性和韧性。但是，随着海上国防建设的发展，对低合金钢的性能提出了更高的要求，要求低合金钢具有更优异的强度、韧性和塑性，而现有的低合金超高强度钢远不能满足海上国防对低合金钢的要求。
[0006]因此，研发一种抗拉强度和韧性等综合性能更优异的低合金超高强度钢是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]针对现有的低合金超高强度钢的性能不能满足船舶业对其性能需求的问题，本专利技术提供一种低合金超高强度钢及其制备方法，该低合金超高强度钢具有优异的抗拉强度、屈服强度、伸长率和面缩率等，能够满足海上国防等领域对低合金超高强度钢的要求。
[0008]为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：
[0009]一种低合金超高强度钢，以质量百分比计，由以下组分构成：C0.34％～0.38％，Mn0.60％～0.90％，Si1.50％～1.80％，S≤0.010％，P≤0.010％，Ni1.45％～1.85％，Al0.03％～0.08％，Cr0.90％～1.30％，V0.08％～0.15％，H≤0.0001％，O≤0.0015％，N≤0.010％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。
[0010]本专利技术提供的低合金超高强度钢，通过严格控制各元素的含量，尤其是合金元素的含量，各元素之间相互配合，可有效改善各元素及碳化物偏析和组织均匀性，进而显著提高低合金超高强度钢的强度、韧性和塑性等力学性能，尤其是抗拉强度、屈服强度、伸长率和面缩率等，能够满足海上国防等领域对低合金超高强度钢的高性能要求。与现有的低合金超高强度钢30CrMnSiNi2相比，本专利技术提供的低合金超高强度钢的抗拉强度、伸长率和面
缩率等分别提高了30％、50％、25％以上。
[0011]具体地，0.34％～0.38％碳在奥氏体化时能够固溶于马氏体基体中达到固溶强化的作用，进而保证钢具有超高强度。1.50％～1.80％硅能够增大碳原子在奥氏体中的活度、抑制碳在奥氏体中的扩散，通过抑制Fe3C的形成降低碳在铁素体中的扩散速度，保持较强的固溶强化作用。1.45％～1.85％镍可以扩大奥氏体相区的元素，强烈抑制奥氏体向珠光体和贝氏体的转变，提高马氏体的淬透性；镍还可以降低过冷奥氏体向马氏体转变的温度，增加残余奥氏体含量的同时提高钢基体的层错能，使螺型位错易于产生交滑移，从而提高钢的韧性。0.60％～0.90％锰与特定含量的镍相互作用，可扩大奥氏体相区元素，提高钢的硬度、强度及淬透性。0.03％～0.08％铝与体系中微量的N相互作用，通过形成细小弥散分布的难熔化合物氮化铝来阻抑晶粒长大，细化晶粒，提高钢在低温下的韧性，过量的铝会促使奥氏体晶粒易长大粗化，进而影响钢的韧性。0.90％～1.30％铬可提高钢的淬透性，由于铬易与碳形成多种碳化物使固溶体中碳含量减少，导致强度降低，因此特定0.90％～1.30％含量的Cr可保证钢的淬透性和强度。0.08％～0.15％钒能够细化组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而降低钢的过热敏感性，并提高钢的强度和韧性，同时钒与碳形成的稳定的特殊碳化物V4C3可显著提高钢的硬度、耐磨性和使用寿命。
[0012]本专利技术还提供了上述的低合金超高强度钢的制备方法，包括如下步骤：
[0013]原料经真空感应熔炼后浇注形成电极，然后对所述电极进行车光、真空自耗、锻造及热处理，得所述低合金超高强度钢。
[0014]现有的低合金超高强度钢都是通过真空感应熔炼浇注成直径为260mm的电极棒、然后电渣重熔成直径为350mm锭，最后经锻造制得。但是经电渣重熔得到的不锈钢纯净度不够且不能准确控制产品中各元素的含量，导致产品的抗拉强度、韧性和塑性很差。本专利技术提供的低合金超高强度钢的制备方法，通过采用真空感应熔炼可大大降低全熔后钢液中的O、N等杂质含量，经对电极进行车光处理，可防止其它处理方式或者不对电极表面处理导致电极表面产生氧化物及夹杂物影响钢的纯净度，或者是电极表面的褶皱等导致后续真空自耗工艺的不能正常进行。通过真空感应熔炼、对电极进行车光处理、锻造及热处理等各步骤之间相互配合，可显著提高低合金超高强度钢的抗拉强度、屈服强度、伸长率和面缩率等综合性能。
[0015]可选地，所述原料包括碳粉、合金料和纯金属料，所述碳粉在所述熔化期分批加入。专利技术人经研究发现，通过分批加入碳粉，可显著减低钢中O、N、S等杂质气体含量。
[0016]可选地，所述合金料为钒铁合金、硅铁合金。优选地，所述钒铁合金为50钒铁，所述硅铁合金中含硅75wt％，含铁25wt％。
[0017]可选地，所述真空感应熔炼包括熔化期、精炼期和合金化，在所述精炼期结束前进行取样分析，当N含量≤0.0015％时加入Al粉。通过限定Al粉的加入时机，可显著减少AlN等夹杂物的形成，提升钢的综合性能的同时提高Al的收得率。
[0018]可选地，在熔化期先将纯铁、50钒铁、金属Ni、金属Cr以及C粉理论加入质量的1/3放入真空感应熔炉内熔化，上述原料均熔化后，加入硅铁及剩余C粉，然后进入精炼期；精炼期结束前进行取样分析，待N含量≤0.0015％时加入Al粉和金属Mn。
[0019]可选地，所述精炼期的温度为1560～1580℃，所述熔化期的温度为1540～1560℃。
[0020]可选地，所述精炼期的时间不少于60min，真空度＜1Pa。
[0021]可选地，所述浇注的温度为1550～1570℃。
[0022]可选地，所述真空自耗的熔炼阶段的熔速为2.5～3.5kg/min。通过限定真空自耗的熔炼阶段的熔速，可以有效去除气体杂质元素，防止各元素及碳化物的偏析。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低合金超高强度钢，其特征在于，以质量百分比计，由以下组分构成：C0.34％～0.38％，Mn0.60％～0.90％，Si1.50％～1.80％，S≤0.010％，P≤0.010％，Ni1.45％～1.85％，Al0.03％～0.08％，Cr0.90％～1.30％，V0.08％～0.15％，H≤0.0001％，O≤0.0015％，N≤0.010％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。2.权利要求1所述的低合金超高强度钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：原料经真空感应熔炼后浇注形成电极，然后对所述电极进行车光、真空自耗、锻造、热处理，得所述低合金超高强度钢。3.根据权利要求2所述的低合金超高强度钢的制备方法，其特征在于，所述原料包括碳粉、合金料和纯金属料，所述碳粉在所述熔化期分批加入。4.根据权利要求2所述的低合金超高强度钢的制备方法，其特征在于，所述真空感应熔炼包括熔化期、精炼期和合金化，在所述精炼期结束前进行取样分析，当N含量≤0.0015％时加入Al粉。5.根据权利要求4所述的低合金超高强度钢的制备方法，其特征在于，所述精炼期的时间不少于60min，真空度＜1Pa。6.根据权利要求2所述的低合金超高强度钢的制备方法，其特征在于，所述真空自耗的熔炼阶段的熔速为2.5～3.5kg/min。7.根据权利要求2所述的低合金超高强度钢的制备方法，其特征在于，所述锻造的开锻温度为1180～1200℃，终锻温度为850～900℃。8.根据权利要求2所述的低合金超高强度钢的制备方法，其特征在于，所述锻造之前还包括高温处理步骤，所述高温处理的温度为12...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海涛，栾吉哲，刘军凯，叶强，冯文静，
申请(专利权)人：中航上大高温合金材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：