一種高強度高韌性合金鋼的制造方法

　　【技術領域】

　　[0001]本發明涉及鋼合金技術領域，具體涉及一種高強度高韌性合金鋼的制造方法。

　　【背景技術】

　　[0002]在現有技術中，合金鋼的碳含量都較高，例如美國材料與試驗協會標準ASTMA709/A709M-01b中的100、100W鋼，其碳含量大于0.10%，這種合金鋼雖然具有高強度，但其韌性、焊接性能都較差。專利申請號為2004100967957公開了一種合金鋼。該合金鋼的采用TMCP+RPC+SQ方法進行生產，得到的是抗拉強度級別為800MPa級別的高強度鋼，并且該鋼以淬火狀態交貨，但該合金鋼的殘余應力較大，另外該合金鋼中不含Cr，因而耐候性能較差。專利申請號為200410061112.4也公開了一種合金鋼，但該合金鋼并未添加微量兀素硼，因此該合金鋼的抗拉強度僅為590?650MPa。

　　[0003]高強度、高韌性材料廣泛應用于醫療器械、電動工具、礦山機械、模具等領域，以提高產品使用壽命。國內外對高強度、高韌性材料的研究主要集中在高強度、高韌性合金鋼的研究；

　　如:董瀚.合金鋼的現狀與發展趨勢.《特殊鋼》.2000，21(5)，-1-10，該文章介紹了 Carpenter公司在AermetlOO鋼的基礎上開發的高強度高韌性Aermet310鋼，其成分為:C0.256，Cr 2.4, Ni 11.0, Co 15，Mo 1.4，合金鋼的抗拉強度為2172Mpa，屈服強度為1895Mpa，延伸率為14%，斷面縮Ψ為60%。

　　[0004]上述的高強度、高韌性合金鋼為低碳鋼，且合金元素含量較高，為高合金鋼，生產成本較高。

　　【發明內容】

　　[0005]為解決上述問題，本發明提供了一種高強度高韌性合金鋼的制造方法。

　　[0006]為實現上述目的，本發明采取的技術方案為:

　　一種高強度高韌性合金鋼的制造方法，包括由以下重量百分比的化學成分制備而成:碳 0.3 ?0.58%、硅 0.25 ?1.38%、錳 0.55 ?1.55%、磷彡 0.025%、硫 0.02 ?0.025%、鉻 0.09 ?1.32%、鎳 0.28 ?0.62%、鉬 0.02 ?0.035%、鈦 0.18 ?0.20%、釩 0.2 ?0.5%、鎢 0.4 ?0.9%、鈮 0.3 ?0.6%、鈷 0.11 ?0.15%、銅 0.2 ?0.8%、鋁彡 0.2%、硼彡 0.15%、氮^ 0.3%和不可避免的雜質。

　　[0007]進一步地，包括如下步驟:

　　S1:稱取化學成分為碳0.3?0.58%、硅0.25?1.38%、錳0.55?1.55%、磷彡 0.025%、硫 0.02 ?0.025%、鉻 0.09 ?1.32%、鎳 0.28 ?0.62%、鉬 0.02 ?0.035%、鈦0.18 ?0.20%、釩 0.2 ?0.5%、鎢 0.4 ?0.9%、鈮 0.3 ?0.6%、鈷 0.11 ?0.15%、銅 0.2 ?0.8%、鋁彡0.2%、硼彡0.15%、氮彡0.3%和不可避免的雜質，進行混合投入冶煉爐中進行冶煉，得到合金鋼坯料；

　　S2:將步驟S1中得到的合金鋼坯料經過退火之后，放置鍛造機上進行高溫鍛造，得到合金鋼粗品；

　　53、將步驟S2所得的合金鋼粗品經過熱處理之后，依次進行初熱乳和精細熱乳操作，得到高強度高韌性合金鋼成品；

　　54、將步驟S3所得的高強度高韌性合金鋼成品經過退火熱處理之后，冷卻至室溫，通過檢驗、包裝入庫。

　　[0008]進一步地，所述步驟S1中冶煉溫度加熱到380°C，然后以< 100°C /h的速度升溫至830?900°C，熔煉時間為2?4小時，然后以彡50°C /h的速度降溫至100°C?150°C，

　　然后空氣冷卻至室溫。

　　[0009]進一步地，所述步驟S2中退火以彡50°C /h的速度降溫至100°C?150°C，然后空氣冷卻至室溫，退火時間1小時。

　　[0010]進一步地，所述步驟S2中鍛造溫度先加熱升溫至640°C?660°C，保持此溫度1?2h，然后升溫至900°C?980°C并保持此溫度0.75?lh，然后升溫至1066°C?1450°C。

　　[0011]進一步地，所述步驟S3中初熱乳溫度為1150°C?1800°C，時間為1?2h，精細熱乳溫度為800。。?900°C，時間為0.5?lh。

　　[0012]進一步地，所述步驟S4退火熱處理溫度為500?650°C。

　　[0013]高強度高韌性合金鋼中各重量百分比的化學成分作用:

　　碳(C):鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當碳含量超過0.23%時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結構鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。

　　[0014]硅(Si):在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮靜鋼含有0.15 - 0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%，硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0 — 1.2%的硅，強度可提尚15 一 20%ο娃和鑰、媽、絡等結合，有提尚抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1 一 4%的低碳鋼，具有極高的導磁率，用于電器工業做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。

　　[0015]錳(Μη):在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30 —0.50%ο在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Μη鋼比A3屈服點高40%。含錳11 - 14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。

　　[0016]磷(Ρ):在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優質鋼要求更低些。

　　[0017]硫(S):硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和乳制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優質鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。

　　[0018]鉻(Cr):在結構鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。

　　[0019]鎳(Ni):鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。

　　[0020]鉬(Mo):鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力，發生變形，稱蠕變)。結構鋼中加入鉬，能提高機械性能。還可以抑制合金鋼由于淬火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。

　　[0021]鈦(Ti):鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織致密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦，可避免晶間腐蝕。

　　[0022]釩(V):釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。

　　[0023]鎢(W):鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。

　　[0024]鈮(Nb):鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現象。

　　[0025]鈷(Co):鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。

　　[0026]銅(Cu):武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小于0.50%對焊接性無影響。

　　[0027]鋁(A1):鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08A1鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提尚鋼的尚溫不起皮性能和耐尚溫腐蝕的能力。招的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。

　　[0028]硼⑶:鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱乳性能，提高強度。

　　[0029]氮(N):氮能提高鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。

　　[0030]本發明通過該方法制得的合金鋼不僅具有高強度，而且還具有優異的韌性，鋼板沿板厚方向上的微觀組織和力學性能均勻的抗拉強度為700MPa級的高強度高韌性合金鋼，鋼的成分設計簡單，與傳統調質高強度鋼相比，鋼的碳含量極低，因而其組織均勻性和力學均勻性較好，鋼板的韌性、耐候性能優異。

　　【具體實施方式】

　　[0031]

　　為了使本發明的目的及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

　　[0032]本發明包括由以下重量份的原料制備而成:由以下重量百分比的化學成分制備而成:

　　碳 0.3 ?0.58%、硅 0.25 ?1.38%、錳 0.55 ?1.55%、磷彡 0.025%、硫 0.02 ?0.025%、鉻 0.09 ?1.32%、鎳 0.28 ?0.62%、鉬 0.02 ?0.035%、鈦 0.18 ?0.20%、釩 0.2 ?0.5%、鎢 0.4 ?0.9%、鈮 0.3 ?0.6%、鈷 0.11 ?0.15%、銅 0.2 ?0.8%、鋁彡 0.2%、硼彡 0.15%、氮^ 0.3%和不可避免的雜質。

　　[0033]包括如下步驟:

　　S1:稱取化學成分為碳0.3?0.58%、硅0.25?1.38%、錳0.55?1.55%、磷彡 0.025%、硫 0.02 ?0.025%、鉻 0.09 ?1.32%、鎳 0.28 ?0.62%、鉬 0.02 ?0.035%、鈦0.18 ?0.20%、釩 0.2 ?0.5%、鎢 0.4 ?0.9%、鈮 0.3 ?0.6%、鈷 0.11 ?0.15%、銅 0.2 ?0.8%、鋁彡0.2%、硼彡0.15%、氮彡0.3%和不可避免的雜質，進行混合投入冶煉爐中進行冶煉，得到合金鋼坯料；