一种高韧性的低合金高强度钢及其调质热处理方法技术

本发明专利技术提供了一种高韧性的低合金高强度钢及其调质热处理方法，所述低合金高强度钢的化学成分按质量百分比为C0.23~0.35、Si0.20~0.35、Ni1.0~4.0、Cr0.8~1.2、Mn0.4~1.0、Mo0.4~1.0、V0.01~0.12、S≤0.010、P≤0.010，Fe余量；其调质热处理方法步骤包括：该钢先经850~900℃正火，然后在830~920℃淬火形成马氏体，最后在590~660℃之间进行回火处理得到回火索氏体组织；调质处理后的低合金高强度可满足低合金高强度钢对强度、屈强比、低温冲击韧性和延伸率等综合性能的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性的低合金高强度钢及其调质热处理方法
本专利技术涉及低合金高强度钢，具体说就是提供了一种在低温下具有高韧性的低合金高强度钢及其热处理方法，通过调整合金成分并经过合适的调质处理得到回火索氏体组织，在保证钢具有高强的基础上，可得到很高的低温冲击韧性。
技术介绍
随着社会的发展和科技的进步，钢材已被用于社会的各个领域，与此同时人们对钢材的品质也提出了更高的要求。低合金高强度钢，因其具有高的强度、良好的塑性和韧性等性能，已经广泛用于航空航天、船舶等国防领域，同时在压力容器、消防、医疗、石油和交通等其它民用领域也得到了广泛应用。低合金高强度钢的高强度在保障结构件具有承载能力的同时，可减轻结构件重量，同时好的韧性可保证使用安全，不发生低应力作用下的破坏。国内外传统的低合金高强度钢，通常都具有很高的强度，如国内开发的Cr-Mo-V系低合金高强度钢，其强度可达1200~1400MPa，而延伸率一般不到14%，在-50℃的低温冲击功在20~30J左右。美国开发的AISI4340、300M、D6AC等高强钢应用最广，俄罗斯也开发了具有代表性的低合金高强度钢30XГCH2A、40XH2CMA等，这些钢具有超高的强度（可达1600MPa以上），然而其延伸率普遍低于14%，且低温冲击韧性偏低。经检索，有下列相关专利文献涉及低合金高强度钢，其化学成分见表1。CN101880831A公开了一种低合金高强度高韧性的耐磨钢，通过添加少量的Al可脱氧和细化晶粒，提高韧性，添加微量的B提高钢板淬透性从而提高强度，同时通过完全淬火或亚温淬火的方法，获得的低合金高强度耐磨钢其抗拉强度可达1200MPa以上，延伸率大于12%，不过-20℃的冲击韧性仅为50J/cm2。由于采用了粗轧和精轧（均为热轧）相结合的方法，对轧制控制要求高，增加了实际生产时的难度。CN1064506A公开了一种奥氏体-贝氏体组织的低合金高强度钢，属于高碳钢，降低稀贵金属Ni、Cr、Mo等的含量，提高我国富产价廉的Mn、Si元素含量，同时通过在280~340℃等温处理，从而获得极高强度、良好韧性的奥氏体-贝氏体双相组织。其力学性能与AISI4340相当，强度可达1700MPa以上，室温U型缺口的冲击韧性为64J/cm2，韧性偏低，且延伸率不到15%。CN101381841A公开了一种高强度高韧性的低温钢，通过微合金化技术添加少量的Ti、Nb等合金元素，细化晶粒，提高钢的强度和低温韧性，其-50℃低温下的冲击功（V型缺口）可达190J，不过抗拉强度不超过600MPa。US0067787A1公开了一种抗氢脆低合金高强度钢，C含量为0.1~0.2%，通过添加Cr、Cu、Mn、Ni、V等元素进行合金化，制备的高强钢可代替传统的奥氏体不锈钢而用于制作储存高压氢气的容器，不仅节省成本，而且可用来储存、运输45MPa高压氢。该钢属于调质处理钢，其热处理制度：先在1000~1100℃正火，然后在880~900℃淬火，最后在560~580℃下回火处理，不过该钢的拉伸强度在950MPa左右。US005387392A公开了一种高强高韧性的压力容器钢，属于低合金高强度钢，是在AISI4130合金钢的基础上，通过提高Mo含量，同时降低S含量，提高强度和韧性。该钢经调质处理后，延伸率达22%，-50℃的夏比V型冲击韧性达100J/cm2，不过其拉伸强度只在1150MPa左右，而且屈服强度并未给出，因此屈强比的高低也不可知。以上公开专利的低合金高强度钢的强度和韧性均不可兼得，同时屈强比也没有重点考虑，因为一般的低合金高强度钢的屈强比都比较高，严重影响高强钢的使用安全。随着现代科技的不断发展进步，人们对低合金高强度钢的性能提出了越来越苛刻的要求，不仅要求高强度，同时要求具有较低的屈强比，在低温环境（-50℃）下还要求钢具有好的韧性，保证在低温下能安全使用。本专利技术采用Ni、V、Mo、Mn等元素合金化的方法，通过调质处理后可获得综合性能优良的低合金高强度钢，不仅具有高的强度，屈强比能保持在一定水平之下，同时还能保证在低温（-50℃）下仍具有较高的冲击韧性，能够满足高强钢在特殊环境下的安全使用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高韧性的低合金高强度钢及其调质热处理方法，该钢不仅具有高的强度，可满足构件轻量化的目的，其屈强比较低，而且具有良好的塑性和冲击韧性，尤其是在低温（-50℃）下仍具有高的冲击功，保证结构件能在低温下安全使用，可满足某些特殊环境下对低合金高强度钢的苛刻要求。本专利技术提供了一种高韧性的低合金高强度钢，该低合金高强度钢的化学成分按质量百分比为C0.23~0.35、Si0.20~0.35、Ni1.0~4.0、Cr0.8~1.2、Mn0.4~1.0、Mo0.4~1.0、V0.01~0.12、S≤0.010、P≤0.010，Fe余量。铸锭经热锻、热轧后制成板坯。本专利技术提供的高韧性的低合金高强度钢，该低合金高强度钢的化学成分按质量百分比为C0.23~0.35、Si0.20~0.35、Ni2.5~4.0、Cr0.8~1.2、Mn0.4~1.0、Mo0.4~1.0、V0.01~0.12、S≤0.010、P≤0.010，Fe余量。本专利技术还提供了低合金高强度钢的调质热处理方法，所述低合金高强度钢的热处理方法如下：1、正火处理。首先将所述钢在850~900℃下保温1h，然后空冷处理。正火处理的目的在于细化晶粒，可一定程度上提高钢的韧性；2、淬火处理。将正火处理过的低合金高强度钢的板坯在830~920℃温度下保温40min~1h，然后进行油淬处理。淬火过程中注意防止油温上升过高，保证足够的过冷度使该钢能够进行马氏体转变，得到淬火马氏体组织；3、回火处理。将上述马氏体态钢放置在590~660℃温度之间进行高温回火处理，通常保温2h，然后水冷。回火处理时马氏体中过饱和的碳将以碳化物的形式析出，最后形成由α铁素体和渗碳体组成的回火索氏体组织。本专利技术提供的低合金高强度钢的调质热处理方法，低合金高强度钢可以不进行正火处理，未经正火处理的钢冲击韧性略有降低，但同样能满足权利要求5所述性能指标（强度、韧性等）的要求，这样不仅减少了工序节省时间，同样还降低成本。本专利技术低合金高强度钢的C含量不能过高，否则会损害钢的冲击韧性，尤其是对低温冲击韧性影响很大，但也不能偏低，否则钢的强度没法保证，因此选择在0.23~0.35wt.%。该低合金高强度钢要保证一定的Ni含量，Ni不仅可以提高钢的淬透性，重要的是可以改善韧性，尤其是低温韧性，一般Ni含量不低于1.0wt.%。添加Mn可以提高该低合金高强度钢的淬透性，同时提高钢的强度，一般添加量在0.6%左右；而添加适量的合金化元素Mo、V不仅可以提高强度，还可以有效地防止回火脆性的发生，回火时形成的碳化物具有二次硬化效果，可提高强度并保证韧性。低合金高强度钢的成分不同，升温过程中奥氏体开始转变温度Ac1和奥氏体转变结束温度Ac3会有不同，Ac3可同时指导正火和淬火温度的选择，而Ac1可用来确定回火温度。在淬火前进行正火处理，可以一定程度地提高钢的冲击韧性。因为对钢进行高温正火处理，可以有效地细化晶粒，同时还能使合金化元素充分地固溶到奥氏体中，可以提高韧性，而对钢的强度没有损害本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高韧性的低合金高强度钢，其特征在于：该低合金高强度钢的化学成分按质量百分比为C?0.23~0.35、Si?0.20~0.35、Ni?1.0~4.0、Cr?0.8~1.2、Mn?0.4~1.0、Mo?0.4~1.0、V?0.01~0.12、S≤0.010、P≤0.010，Fe余量。

【技术特征摘要】
1.一种高韧性的低合金高强度钢，其特征在于：该低合金高强度钢的成分的质量百分数为：C0.23~0.35、Si0.21~0.35、Ni2.56~4.0、Cr0.8~1.2、Mn0.4~1.0、Mo0.4~1.0、V0.03~0.12、S≤0.010、P≤0.010，Fe余量；对该低合金高强度钢的调质热处理方法为淬火处理、回火处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小锋，闫德胜，戎利建，赵明久，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：