一种1100MPa级工程机械用高强钢及其生产方法技术

一种1100MPa级工程机械用高强钢及其生产方法，其化学成分重量百分比为：C 0.20～0.24％，Si 0.30～0.50％，Mn 0.80～1.60％，Cr 0.20～0.70％，Mo 0.40～0.70％，W 0～0.80％，Ni 0.30～0.80％，Cu 0～0.40％，Nb 0.010～0.030％，Ti 0.010～0.030％，V 0.010～0.050％，B 0.0005～0.0030％，Al：0.02～0.06％，Ca 0.001～0.004％，N 0.002～0.005％，P≤0.020％，S≤0.0050％，O≤0.0040％，其余为Fe及其它不可避免的杂质；且，同时需满足如下关系式：本发明专利技术从成分设计，结合控轧控冷和快速热处理工艺，生产出钢板的屈服强度≥1100MPa，抗拉强度≥1150MPa，延伸率>16％，

【技术实现步骤摘要】
一种1100MPa级工程机械用高强钢及其生产方法


[0001]本专利技术涉及工程机械用高强钢领域，具体涉及一种1100MPa级工程机械用高强钢及其生产方法。

技术介绍

[0002]1100MPa级工程机械热轧超高强钢主要应用于制造起重机吊臂和泵车布料杆等部件，对钢板的强度、塑性、低温韧性和疲劳性能都提出了较高的要求。传统热轧和中厚板产线生产的调质热处理型超高强钢，淬火加热和回火加热时间都很长，例如10mm的钢板淬火加热30-50分钟，回火加热40-60分钟，一张钢板的生产周期需要一小时以上。这导致能耗成本较高，生产效率低。在性能方面长时间的加热也容易导致晶粒粗大，析出的碳化物长大，降低钢板的强度、塑性和韧性。
[0003]快速热处理技术可以大幅缩短机组占地、提高生产效率、降低能耗、减少环境污染，是一种绿色的生产技术。快速热处理技术包括淬火过程的快速加热、短时保温、快速冷却和快速回火，近年来国内外对快速热处理技术及其对钢组织性能的研究越来越多。快速热处理可以得到更细的晶粒组织，具有更细碳化物析出。在性能方面，快速热处理可以达到传统热处理相当的强度，具有更好的塑性、韧性和疲劳性能。
[0004]关于快速热处理生产超高强钢的研究较少，如中国专利CN108774681A公开了“一种高强钢的超快速热处理方法”，最大加热速度超过400℃/s，加热到Ac3的50℃以上保温5-10s，以最大超过3000℃/s的极高冷却速度冷却至室温，用于薄规格带钢和小规格盘条的热处理强化。
[0005]中国专利CN1039621A公开了“一种制取细晶粒双相钢热处理方法”。通过感应加热快速热处理得到细晶粒双相钢。
[0006]中国专利CN102409144A公开了“一种连续式合金钢热处理的方法”，其针对的是小截面超长材工件的制备，可以提高生产效率。
[0007]现有快速热处理技术主要集中于热处理方法的研究，关于快速热处理方法对超高强钢组织性能的影响研究相对较少。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种1100MPa级工程机械用高强钢及其生产方法，该高强钢的金相组织为回火索氏体，其中，回火索氏体晶粒尺寸为3～5μm，回火索氏体片层宽度为30～90nm；所述高强钢中碳化物呈弥散颗粒状分布，90％以上碳化物尺寸在10nm以下，其屈服强度≥1100MPa，抗拉强度≥1150MPa，延伸率>16％，-60℃冲击功＞100J。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0010]一种1100MPa级工程机械用高强钢，其化学成分重量百分比为：C：0.20～0.24％，Si：0.30～0.50％，Mn：0.80～1.60％，Cr：0.20～0.70％，Mo：0.40～0.70％，W：0～0.80％，Ni：0.30～0.80％，Cu：0～0.40％，Nb：0.010～0.030％，Ti：0.010～0.030％，V：0.010～
0.050％，B：0.0005～0.0030％，Al：0.02～0.06％，Ca：0.001～0.004％，N：0.002～0.005％，P≤0.020％，S≤0.0050％，O≤0.0040％，其余为Fe及不可避免的杂质；且，上述元素同时需满足如下关系式：
[0011][0012]本专利技术所述高强钢的金相组织为回火索氏体，其中，回火索氏体晶粒尺寸为3～5μm，回火索氏体片层宽度为30～90nm；所述高强钢中碳化物呈弥散颗粒状分布，90％以上碳化物尺寸在10nm以下。
[0013]本专利技术所述高强钢的屈服强度≥1100MPa，抗拉强度≥1150MPa，延伸率>16％，-60℃冲击功＞100J。
[0014]在本专利技术所述高强钢的成分设计中：
[0015]碳：固溶强化，调整索氏体组织的强度、塑性和韧性，经试验，再加热淬火后低碳索氏体的抗拉强度与C含量的关系呈如下关系：Rm＝2510C(％)+790(MPa)，Rm为抗拉强度，淬火后通过回火进一步调整强度、塑性和韧性；C含量较高会导致整体C当量的提高，焊接时容易产生裂纹，本专利技术控制C含量为0.20～0.24％。
[0016]硅：0.30％以上的Si可以起到较好的脱氧作用，同时在回火过程中抑制碳化物的析出、改善钢的韧性，Si含量太高容易产生红铁皮，因此，本专利技术控制Si含量为0.30～0.50％。
[0017]锰：Mn元素在0.8％以上可以提高钢的淬透性，Mn含量超过1.6％容易产生偏析和MnS等夹杂物，恶化索氏体高强钢的韧性，因此，本专利技术控制Mn含量为0.80～1.60％。
[0018]铬：Cr元素在0.2％以上可以提高钢的淬透性，有利于在淬火时形成全索氏体组织，Cr在回火过程中会形成Cr的碳化物，具有抗回火软化的作用，Cr含量超过0.70％在焊接时会出现较大的火花，影响焊接质量，因此，本专利技术控制Cr含量为0.20～0.70％。
[0019]钼：Mo元素可以提高钢的淬透性，有利于在淬火时形成全索氏体组织；Mo高温下会与C反应形成碳化物颗粒，具有抗高温回火软化和焊接接头软化的作用，Mo含量太高会导致碳当量提高，恶化焊接性能，同时Mo属于贵金属，会提高成本，因此，本专利技术控制Mo含量为0.40～0.70％。
[0020]钨：W元素可以提高钢的淬透性，在回火时形成碳化物颗粒，具有明显的抗回火软化作用，同时具有抗回火脆性的作用，因此，本专利技术控制W含量为0～0.80％。
[0021]镍：0.10％以上的Ni元素具有细化索氏体组织，改善钢的韧性的作用，Ni含量太高会导致碳当量提高，恶化焊接性能，同时Ni属于贵金属，会提高成本，因此，本专利技术控制Ni含量为0.30～1.50％。
[0022]铜：Cu元素在回火时可以产生一定的沉淀强化作用，此外添加一定的Cu元素可以提高工程机械用高强钢的耐腐蚀性，因此，本专利技术控制Cu含量为0～0.40％。
[0023]铌、钛和钒：Nb、Ti和V为微合金元素，与C、N等元素形成纳米级析出物，在加热时抑制奥氏体晶粒的长大；Nb可以提高未再结晶临界温度Tnr，扩大生产窗口；Ti的细小析出物颗粒可以改善焊接性能；V在回火过程中与N和C反应析出纳米级V(C，N)颗粒，可以提高钢的强度；本专利技术控制Nb含量为0.010～0.030％，Ti含量为0.010～0.030％，V含量为0.010～0.050％。
[0024]硼：微量的B可以提高钢的淬透性，提高钢的强度，超过0.0030％的B容易产生偏析，形成碳硼化合物，严重恶化钢的韧性，本专利技术控制B含量为0.0005～0.0030％。
[0025]铝：Al用作脱氧剂，钢中加入0.02％以上的Al可细化晶粒，提高冲击韧性，Al含量超过0.06％容易产生Al的氧化物夹杂缺陷，本专利技术控制Al含量为0.02～0.06％。
[0026]钙：超过0.001％的微量Ca元素可以在钢冶炼过程中的起到净化剂作用，改善钢的韧性；Ca含量超过0.004％容易形成尺寸较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种1100MPa级工程机械用高强钢，其化学成分重量百分比为：C：0.20～0.24％，Si：0.30～0.50％，Mn：0.80～1.60％，Cr：0.20～0.70％，Mo：0.40～0.70％，W：0～0.80％，Ni：0.30～0.80％，Cu：0～0.40％，Nb：0.010～0.030％，Ti：0.010～0.030％，V：0.010～0.050％，B：0.0005～0.0030％，Al：0.02～0.06％，Ca：0.001～0.004％，N：0.002～0.005％，P≤0.020％，S≤0.0050％，O≤0.0040％，其余为Fe及其它不可避免的杂质；且，上述元素同时需满足如下关系式：2.如权利要求1所述的1100MPa级工程机械用高强钢，其特征在于，所述高强钢的金相组织为回火索氏体，其中，回火索氏体晶粒尺寸为3～5μm，回火索氏体片层宽度为30～90nm；所述高强钢中碳化物呈弥散颗粒状分布，90％以上碳化物尺寸在10nm以下。3.如权利要求1或2所述的1100MPa级工程机械用高强钢，其特征在于，所述高强钢的屈服强度≥1100MPa，抗拉强度≥1150MPa，延伸率>16％，-60℃冲击功＞100J。4.如权利要求1～3任一项所述的1100MPa级工程机械用高强钢的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：1)冶炼、铸造按权利要求1所述化学成分采用转炉或电炉炼钢、精炼，铸造形成铸坯；2)加热铸坯加热温度为1150～1270℃，待铸坯心部到加热温度后开始保温，保温时间>1.5h；3)轧制采用单机架往复轧制或多机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，李自刚，王巍，张华伟，张国民，温识博，庞厚君，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：