一种1300MPa级工程机械用超高强钢及其生产方法技术

一种1300MPa级工程机械用超高强钢及其生产方法，其化学成分重量百分比为：C 0.23～0.27％，Si 1.30～1.80％，Mn 0.80～1.60％，Cr0.20～0.70％，Mo 0.60～0.90％，W 0～0.80％，Ni 1.0～2.0％，Cu 0～0.40％，Nb 0.010～0.030％，Ti 0.010～0.030％，V 0.010～0.050％，Al 0.02～0.06％，Ca 0.001～0.004％，N 0.002～0.005％，B≤0.0004％，P≤0.020％，S≤0.0050％，O≤0.0040％，其余为Fe及其它不可避免的杂质；且，上述元素需同时满足如下关系式：15≤(1.97Si2+0.65Mo+0.52W+0.26Cr)/C≤25。本发明专利技术从成分设计、快速热处理加热速度、保温时间、冷却速度等方面进行控制，生产出超高强钢的屈服强度≥1300MPa，抗拉强度≥1450MPa，延伸率>16％，

【技术实现步骤摘要】
一种1300MPa级工程机械用超高强钢及其生产方法


[0001]本专利技术涉及工程机械用超高强钢领域，具体涉及一种1300MPa级工程机械用超高强钢及其生产方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]1300MPa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
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50分钟，回火加热40
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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。
[0004]现有快速热处理生产超高强钢，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
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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]上述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1300MPa级工程机械用超高强钢及其生产方法，保证实现超高强度的同时，明显提高钢的塑性和韧性，所述超高强钢屈服强度≥1300MPa，抗拉强度≥1450MPa，延伸率>16％，
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60℃冲击功>80J，特别适用于工程机械行业。
[0009]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0010]一种1300MPa级工程机械用超高强钢，其化学成分重量百分比为：C：0.23～0.27％，Si：1.30～1.80％，Mn：0.80～1.60％，Cr：0.20～0.70％，Mo：0.60～0.90％，W：0～0.80％，Ni：1.0～2.0％，Cu：0～0.40％，Nb：0.010～0.030％，Ti：0.010～0.030％，V：0.010～0.050％，Al：0.02～0.06％，Ca：0.001～0.004％，N：0.002～0.005％，B≤0.0004％，P≤0.020％，S≤0.0050％，O≤0.0040％，其余为Fe及其它不可避免的杂质；且，上述元素需同
时满足如下关系式：
[0011]15≤(1.97Si2+0.65Mo+0.52W+0.26Cr)/C≤25。
[0012]本专利技术所述超高强钢的金相组织为精细的自回火马氏体+1～2％薄膜状奥氏体，其中，原始奥氏体尺寸为2～5μm，马氏体板条宽度为30～90nm；所述超高强钢中碳化物呈弥散颗粒状分布，平均尺寸在10nm以下。
[0013]本专利技术所述超高强钢的屈服强度≥1300MPa，抗拉强度≥1450MPa，延伸率>16％，
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60℃冲击功>80J。
[0014]在本专利技术的成分设计中：
[0015]碳：固溶强化，调整马氏体组织的强度、塑性和韧性，经试验，再加热淬火后低碳马氏体的抗拉强度与C含量的关系呈如下关系：R
m
＝2510C(％)+790(MPa)，R
m
为抗拉强度，淬火后通过自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0.23～0.27％。
[0016]硅：在本专利技术中，添加了较高的Si，主要考虑到Si在冷却过程中具有较强的抑制碳元素扩散的作用，通过添加较高的Si可以在回火过程中抑制碳化物的析出和长大速度，改善钢的韧性，Si太高影响钢的焊接性能，因此，本专利技术控制Si含量为1.30～1.80％。
[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，恶化马氏体钢的韧性，因此，本专利技术控制Mn含量为0.80～1.60％。
[0018]铬：Cr是碳化物影响元素，Cr在缓慢冷却过程中形成Cr的碳化物，当析出的碳化物较细小时，具有析出强化作用。一定的Cr元素有利于提高钢的淬透性，在淬火时得到马氏体组织。Cr含量较高时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是碳化物影响元素，Mo在缓慢冷却过程中形成Mo2C等的碳化物，当析出的碳化物较细小时，具有较强的析出强化作用。一定的Mo元素有利于提高钢的淬透性，在淬火时得到马氏体组织。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0.60～0.90％。
[0020]钨：W是碳化物影响元素，W元素可以提高钢的淬透性，在缓慢冷却过程总可以形成碳化物颗粒，具有抗回火软化和抗回火脆性的作用，因此，本专利技术控制W含量为0～0.80％。
[0021]镍：Ni元素具有细化马氏体组织，改善钢的韧性的作用，马氏体中碳含量越高，越需要添加更高的Ni来保证较高的韧性。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1.0～2.0％。
[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：B具有强烈的晶界偏聚作用，形成碳硼化合物，恶化淬火后马氏体钢的韧性，作为杂质元素，本专利技术控制B含量在0.0004％以下。
[0025]铝：Al用作脱氧剂，钢中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种1300MPa级工程机械用超高强钢，其化学成分重量百分比为：C：0.23～0.27％，Si：1.30～1.80％，Mn：0.80～1.60％，Cr：0.20～0.70％，Mo：0.60～0.90％，W：0～0.80％，Ni：1.0～2.0％，Cu：0～0.40％，Nb：0.010～0.030％，Ti：0.010～0.030％，V：0.010～0.050％，Al：0.02～0.06％，Ca：0.001～0.004％，N：0.002～0.005％，B≤0.0004％，P≤0.020％，S≤0.0050％，O≤0.0040％，其余为Fe及其它不可避免的杂质；且，上述元素需同时满足如下关系式：15≤(1.97Si2+0.65Mo+0.52W+0.26Cr)/C≤25。2.如权利要求1所述的1300MPa级工程机械用超高强钢，其特征在于，所述超高强钢的金相组织为精细的自回火马氏体+1～2％薄膜状奥氏体，其中，原始奥氏体尺寸为2～5μm，马氏体板条宽度为30～90nm；所述超高强钢中碳化物呈弥散颗粒状分布，平均尺寸在10nm以下。3.如权利要求1或2所述的1300MPa级工程机械用超高强钢，其特征在于，所述超高强钢的屈服强度≥1300MPa，抗拉强度≥1450MPa，延伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，杨阿娜，温识博，王巍，李自刚，何晓明，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：