锰硅基高强钢及其制备方法

锰硅基高强钢及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及合金结构钢及其制备方法，具体地说锰硅基高强钢及其制备方法。锰硅基高强钢，由以下材料按照重量百分比组成，C：0.17～0.21％，Si：0.80～1.20％，Mn：1.90～2.30％，Mo：0.30～0.40％，Ti：0.03～0.13％，Al：0.015～0.035％，Cr：0.10～0.20％，P：小于等于0.012％，S：小于等于0.010％，余量为Fe。本发明提供的锰硅基高强钢及其制备方法，采用微合金化技术，加入适当的微合金化元素Al、Ti，细化晶粒和组织，提高材质的纯净度，通过本发明的制备方法获得贝氏体组织的材料，提高钢的强韧性及低温冲击韧性，克服现有技术所存在的缺陷。
【专利说明】锰硅基高强钢及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及合金结构钢及其制备方法，具体地说锰硅基高强钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前国标20SiMn2MoV 材料化学成分为:0.17-0.23 % C，0.90-1.20 % Si,
2.20-2.60 % Mn, 0.30-0.40 % Mo, 0.05-0.12 % V, Max0.025 % P, Max0.025 % S，Max0.25 %Cu, Max0.30% Cr，Max0.30% Ni。然后在试样加热到900°C ±10°C保温3h在油中淬火，奥氏体化过程进行得较为彻底，奥氏体晶粒充分长大，淬火组织粗化，在250°C下回火，获得的组织主要为回火马氏体，抗拉强度Rm > 1380Mpa,断后伸长率A > 10%，断后收缩率Z ^ 40%，冲击吸收功Aku2 ^ 55J，热处理后组织为回火马氏体。该材料虽然具有较高的强度和硬度，但相应的 韧性较低。

【发明内容】

[0003]本发明的目的是提供一种锰硅基高强钢新材料及其制备方法，该材料具有高的强度同时又具有高韧性，为达到上述目的，本发明的技术方案是:
[0004]锰硅基高强钢，由以下材料按照重量百分比组成，C:0.17~0.21%，S1:0.80~
1.20%,Mn:1.90 ~2.30%,Mo:0.30 ~0.40%,T1:0.03 ~0.13%,Al:0.015 ~0.035%,Cr:0.10~0.20%, P:小于等于0.012%, S:小于等于0.010%，余量为Fe。
[0005]优选:C:0.18 ~0.20 %, Si:0.85-1.15 %, Mn:2.00 ~2.20 %, Mo:0.32 ~0.38 %, Ti:0.04 ~0.10 %，Al:0.020 ~0.030 %，Cr:0.12 ~0.18 %，P:小于等于
0.010%, S:小于等于0.008%，余量为Fe。
[0006]最佳配比:C:0.19 %, Si:1.00 %, Mn:2.10 %, Mo:0.35 %, T1:0.08 %, Al:
0.025%, Cr:0.16%, P 小于等于 0.008%, S:小于等于 0.005%，余量为 Fe。
[0007]锰硅基高强钢制备方法，包括以下步骤:
[0008]1、每炉配入铁水或生铁，加热熔化成钢水，出钢温度1580°C~1620°C，P重量百分比控制在≤0.007% ;钢水出钢量达到总量的1/3时，按照配方要求向钢包中投放S1-Fe合金、Mn-Fe合金、Mo-Fe合金进行成分初调；
[0009]2、钢水到精炼工位喂入铝线，渣子化好后加入C粉、Si粉，进行扩散脱氧，渣白后取样分析，根据分析结果进行微调成分；
[0010]3、微调后的钢水按2米/t喂入CaSi线，然后真空度小于等于67Pa下保持时间10~15分钟；
[0011]4、钢水放散后加保温剂，进行软吹氩时间20~25分钟，以渣面微动，不裸露钢液为准；
[0012]5、钢水倒入钢锭模中铸锭，采用氩气保护浇注，钢锭模温度为30~80°C ；
[0013]6、钢锭加热温度1200~1220°C，保温时间6小时，升温速度控制在60~80°C /小时；[0014]7、钢锭火切成钢材后，20分钟内入将钢材放入缓冷坑的中间层，缓冷60小时，钢材温度低于150°C吊出缓冷坑；
[0015]8、钢材表面，对钢材的缺陷清除装炉淬火，淬火加热温度900~920°C，升温速度IOO0C /小时，均温时间2~3小时，保温时间2.5~3.5小时，从出炉到入水，控制时间5以内；
[0016]9、淬火后在3小时内装炉回火，回火的加热温度540~580°C，升温速度50°C /小时，均温时间2~3小时，保温时间6.5~7.5小时。
[0017]本发明提供的锰硅基高强钢及其制备方法，采用微合金化技术，加入适当的微合金化元素Al、Ti，细化晶粒和组织，提高材质的纯净度，通过本发明的制备方法获得贝氏体组织的材料，提高钢的强韧性及低温冲击韧性，克服现有技术所存在的缺陷。
[0018]本发明提供的锰硅基高强钢制备方法，不再单纯依靠C及合金元素的总量提高钢的强度，借助贝氏体组织中的位错强化、细晶粒强化、微合金的析出强化来提高强度及韧性。[0019]C:钢中的碳含量控制在0.25%以下，钢在经过高温奥氏体化及热变形后的冷却过程中，不再发生奥氏体向铁素体与渗碳体的两相分解，过冷奥氏体将直接转变成各种形态的铁素体并留下少量富碳的残留奥氏体。另外必要的碳含量，一般不低于0.01 %，主要起固溶强化的作用。同时一部分碳原子将与加入的微量Nb、Ti作用析出微合金碳化物，在高温阶段抑制再结晶及低温阶段起析出强化作用。
[0020]Mo:推迟珠光体转变，而对贝氏体转变的推迟作用较小。低碳钢中加入Ni可满足高强度和高韧性的要求，但Ni的加入量必然很高，成本较高，而加入Mo、Mn可得到比Ni更好的效果，并且更经济。
[0021]Mn:是强烈推迟珠光体转变的合金元素，有利于提高钢的淬透性并通过固溶强化作用提高强度。另外，加入Mn可替代部分贵重金属Mo推迟珠光体转变，提高贝氏体淬透性。
[0022]S1:随着Si含量从0.6%提高到1.8%，抗冲击磨损性能提高。另外，Si显著地强化铁素体，每1% Mn使铁素体屈服强度提高33MPa，而每1% Si使铁素体屈服强度提高85MPa0
[0023]Si除对残余奥氏体有促进其稳定化作用外，还可以起到固溶强化的作用提高钢的低温抗回火脆性；对碳化物的析出有阻碍作用，降低贝氏体的转变温度，是提高钢的强韧性的有利元素，钢中Si含量过高时，> 1.8%，不仅不能提高钢的强韧性还会出现相反结果。
[0024]Cr:铬能增强钢的机械性能和耐磨性，增加钢的淬透性及淬火后的抗变形能力，增强钢的弹性、抗磁性、耐蚀性和耐热性。
[0025]T1:Ti在钢中主要以TiC或Ti (C，N)的形式存在。Ti具有阻止形变奥氏体再结晶的作用，可以细化晶粒；此外，还有促进贝氏体形成的作用。在材料中Ti含量适宜即0.01~
0.018%时，才能满足各方面的要求，较高的Ti含量将导致粗大的液态析出TiN的出现而不能起到阻止晶粒长大作用。
[0026]Ti可提高钢的均匀性，但加入量不宜过多，因为这些元素是弥散相形成元素，弥散的第二相过多，会造成断后伸长率下降。
[0027]本发明制的猛娃基闻强钢够确保杂质兀素和气体兀素S ^ 5ppm、P ^ 80ppm、N ^ 60ppm、O ^ lOppm、H^l.3ppm。【具体实施方式】
[0028]结合实施例说明本发明的【具体实施方式】。
[0029]实施例1:
[0030]锰硅基高强钢，由以下材料按照重量百分比组成，C:0.19%, S1:1.00%, Mn:
2.10%, Mo:0.35%, Ti:0.08%, Al:0.025%, Cr:0.16%, P 小于等于 0.008%, S:小于等于0.005%，余量为Fe。
[0031]实施例2:
[0032]锰硅基高强钢，由以下材料按照重量百分比组成，C:0.17%, S1:1.20%, Mn:
2.30%, Mo:0.40%, Ti:0.03%, Al:0.015%, Cr:0.20%, P:小于等于 0.012%, S:小于等于0.010%，余量为Fe。[0033]实施例3:
[0034]锰硅基高强钢，由以下材料按照重量百分比组成，C:0.21%, Si:0.80%, Mn:
1.90%, Mo:0.30%, Ti:0.13%, Al:0.035%, Cr:0.10%, P:小于等于 0.010%, S:小于等于0.008%，余量为Fe。
[0035]实施例4:
[0036]锰硅基高强钢，由以下材料按照重量百分比组成，C:0.18%, S1:1.15%, Mn:
2.00%, Mo:0.32%, Ti:0.10%, Al:0.030%, Cr:0.18%, P:小于等于 0.010%, S:小于等于0.008%，余量为Fe。
[0037]以上实施例按照以下步骤制备锰硅基高强钢，包括以下步骤:
[0038]1、每炉配入铁水或生铁，加热熔化成钢水，出钢温度1580°C~1620°C，P重量百分比控制在≤0.007% ;钢水出钢量达到总量的1/3时，按照配方要求向钢包中投放S1-Fe合金、Mn-Fe合金、Mo-Fe合金进行成分初调；
[0039]2、钢水到精炼工位喂入铝线，渣子化好后加入C粉、Si粉，进行扩散脱氧，渣白后取样分析，根据分析结果进行微调成分；
[0040]3、微调后的钢水按2米/t喂入CaSi线，然后真空度小于等于67Pa下保持时间10~15分钟；
[0041]4、钢水放散后加保温剂，进行软吹氩时间20~25分钟，以渣面微动，不裸露钢液为准；
[0042]5、钢水倒入钢锭模中铸锭，采用氩气保护浇注，钢锭模温度为30~80°C ；
[0043]6、钢锭加热温度1200~1220°C，保温时间6小时，升温速度控制在60~80°C /小时；
[0044]7、钢锭火切成钢材后，20分钟内入将钢材放入缓冷坑的中间层，缓冷60小时，钢材温度低于150°C吊出缓冷坑；
[0045]8、钢材表面，对钢材的缺陷清除装炉淬火，淬火加热温度900~920°C，升温速度IOO0C /小时，均温时间2~3小时，保温时间2.5~3.5小时，从出炉到入水，控制时间5以内；
[0046]9、淬火后在3小时内装炉回火，回火的加热温度540~580°C，升温速度50°C /小时，均温时间2~3小时，保温时间6.5~7.5小时。[0047]以上实施例制的的锰硅基高强钢与目前传统配方及生产工艺生产的20SiMn2MoV相比，具有优异的综合力学性能和使用性能，具体测试情况见下表所示:
[0048]表1钢材测试结果对比表
[0049]
【权利要求】
1.锰硅基高强钢，其特征在于，由以下材料按照重量百分比组成，C:0.17~0.21%，Si:0.80 ~1.20 %，Mn:1.90 ~2.30 %, Mo:0.30 ~0.40 %，Ti:0.03 ~0.13 %，Al:0.015 ~0.035%, Cr:0.10 ~0.20%, P:小于等于 0.012%, S:小于等于 0.010%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的锰硅基高强钢，其特征在于，C:0.18~0.20%，S1:0.85-1.15 %，Mn:2.00 ~2.20 %，Mo:0.32 ~0.38 %，T1:0.04 ~0.10 %，Al:0.020 ~0.030%, Cr:0.12 ~0.18%, P:小于等于 0.010%, S:小于等于 0.008%，余量为 Fe。
3.根据权利要求1或2 所述的锰硅基高强钢制备方法，包括以下步骤: (1)每炉配入铁水或生铁，加热熔化成钢水，出钢温度1580°C~1620°C，P重量百分比控制在≤0.007%;钢水出钢量达到总量的1/3时，按照配方要求向钢包中投放S1-Fe合金、Mn-Fe合金、Mo-Fe合金进行成分初调； (2)钢水到精炼工位喂入铝线，渣子化好后加入C粉、Si粉，进行扩散脱氧，渣白后取样分析，根据分析结果进行微调成分； (3)微调后的钢水按2米/t喂入CaSi线，然后真空度小于等于67Pa下保持时间10~15分钟； (4)钢水放散后加保温剂，进行软吹氩时间20~25分钟，以渣面微动，不裸露钢液为准； (5)钢水倒入钢锭模中铸锭，采用氩气保护浇注，钢锭模温度为30~80°C； (6)钢锭加热温度1200~1220°C，保温时间6小时，升温速度控制在60~80°C/小时； (7)钢锭火切成钢材后，20分钟内入将钢材放入缓冷坑的中间层，缓冷60小时，钢材温度低于150°C吊出缓冷坑； (8)钢材表面，对钢材的缺陷清除装炉淬火，淬火加热温度900~920°C，升温速度IOO0C /小时，均温时间2~3小时，保温时间2.5~3.5小时，从出炉到入水，控制时间5以内； (9)淬火后在3小时内装炉回火，回火的加热温度540~580°C，升温速度50°C/小时，均温时间2~3小时，保温时间6.5~7.5小时。
【文档编号】C22C33/06GK103952635SQ201410200991
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】王伟先, 张成连, 姚凤祥, 李殿生, 李瑛 , 李庆斌, 刘英武, 翟书研, 付宪强, 白广成, 刘洪波, 杨云志, 徐咏梅, 于瑞芝, 刘向军, 胡金海, 贾勇, 黄宇斌 申请人:东北特钢集团北满特殊钢有限责任公司