一种屈服强度≥960MPa级工程机械用钢及生产方法
【专利摘要】一种屈服强度≥960MPa级工程机械用钢，其组分及wt%为：C：0.04～0.20%，Si：0.15～0.40%，Mn：1.0～10%，N：0.01～0.08%，Ti：0.010～0.050%，Als：0.01～0.06%，P：≤0.020%，S：≤0.010%，Cr：0.05~3%。生产步骤：冶炼并真空处理；出钢并浇注成坯并加热；进行热轧工艺；冷轧。本发明提出了一种屈服强度≥960MPa，延伸率≥15.0%，?20℃ AKV不低于60J，冲击断口具有韧窝特征，强韧性匹配十分优异的工程用钢；通过在化学成份中添加适配的N来保证钢的强度，取消了较昂贵的Mo、V、Nb等微合金元素的添加；本发明钢轧制工艺简单易行，轧制过程需控冷，也无需进行热处理。
【专利说明】
一种屈服强度彡960MPa级工程机械用钢及生产方法
技术领域
[0001] 本发明涉及低合金化钢及其生产方法，具体地属于一种屈服强度彡960MPa级工程 机械用钢及生产方法。
【背景技术】
[0002] 中国国内钢铁企业生产的屈服强度在960MPa级别的工程机械用钢多采用调质工 艺生产，为了提高淬透性一般添加大量的合金元素，成本较高。目前该类国产高强钢尚没有 完全国产化，工程机械领域的应用主要被国外的一些进口钢板所占据，对于更高强度的高 强钢则完全依赖进口，主要牌号有瑞典奥克隆德钢厂的WELD0X系列高强钢板，该系列钢板 的屈服强度可达1100~1500MPa。日本JFE公司也可以生产最小屈服强度960MPa级的高强结 构钢板，具体牌号为S960。
[0003] 国外屈服强度在900MPa或960MPa级别的高强结构钢也一般采用淬火+回火工艺 生产，由于对钢板的强度要求极高，容易在回火过程中由于回火温度较高或回火时间较长 而出现软化现象，从而不能够保证钢板的强度，因此，该强度级别的钢板化学成份中通常含 有较多的微合金元素 V、Nb等，以利用细小第二相粒子的析出强化和钉扎晶界的作用，提高 钢的强度和抗高温回火软化能力。
[0004] 从检索900~960MPa级别高强结构钢的供货技术条件中获知，该级别钢板通常将V、 Nb、Ni、Mo等作为必要的合金元素添加，以淬火和回火的工艺进行生产，目前尚没有该强度 级别钢板所采用热乳加冷乳工艺生产的的公开报道。
[0005] 本发明基于目前现状，提出了一种屈服强度超过900MPa、进一步优化为超过 960MPa的超高强度焊接结构钢的化学成份设计思路，以及与这种化学成份特点相匹配的淬 火+回火热处理工艺，其特点是在化学成份中添加一定量的N来强化基体的作用，取消了 Mo、 Ni、V、Nb等贵重微合金元素的添加。本发明钢乳制及热处理工艺简单易行，乳制过程无需控 冷，热处理工艺可控范围较宽。本发明钢同时还具有十分优异的低温冲击韧性，以及很低的 碳当量。
【发明内容】
[0006] 本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种屈服强度彡960MPa，延伸率彡 15.0%，-20°C AKV不低于60J，冲击断口具有韧窝特征，强韧性匹配优异，且无需进行热处理 的屈服强度彡960MPa级工程机械用钢及生产方法。
[0007] 实现上述目的的措施： 一种屈服强度彡960MPa级工程机械用钢，其组分及重量百分比含量为：C: 0.04~ 0.20%，Si:0.15~0.40%，Mn:1.0~10%，N:0.01~0.08%，Ti :0.010~0.050%，Als:0.01~ 0 · 06%，P:彡0 · 020%，S:彡0 · 010%，Cr: 0 · 05~3%，其余为Fe及不可避免的杂质。
[0008] 生产一种屈服强度多960MPa级工程机械用钢的方法，其步骤： 1)冶炼，熔炼时按照成分配比加入低碳锰铁和纯铁原料后，进行真空处理，并在真空处 理结束后向真空炉中按照配定比例加入粒度为1~3mm的钛铁和氮化铬铁； 2) 出钢并浇注成坯:其间，在自加入钛铁和氮化铬铁开始在8~15分钟内进行出钢并浇 注成坯，并控制N的收得率不低于80%;对铸坯加热，其加热温度控制在1170 °C~1220 °C，并 在此温度下保温50~200min; 3) 进行热乳工艺:控制粗乳开乳温度在1050°C~1100°C，道次压下率不低于20%，累计 压下率不低于70%;控制精乳终乳温度在850 °C~890°C;乳后进行水冷，终冷温度控制在500 ~650°C ;然后自然冷却;钢板厚度控制为:成品厚度*( 1+20)%± 3mm; 4) 进行冷乳，冷乳分三个道次进行，各道次压下率不超过10%。
[0009] 本发明中各元素及主要工艺的作用及机理 本发明的氮(N):在本发明中，N元素的含量控制较高，主要利用N原子间隙固溶强化这 一特点，在提高钢的强度的同时又提高了韧性，本发明综合N原子的强化作用和溶解特征将 其含量控制在〇. 01~〇. 08%范围。
[0010] 本发明的碳(C):在本发明中，C是保证强度的前提，也是与钢中N元素相互作用进 行强化的有效元素，但是C含量不宜过高，太高会影响N元素的溶解度，太低不能有效补充N 元素的强化效果，C量不宜过多，因此将C含量定为0.04~0.2%。
[0011] 本发明的锰(Μη):在本发明中，Μη是钢中重要的固溶强化元素，锰对N的作用系数 为负值，可以提高Ν在钢中的溶解度，从而提高Ν收得率。如锰的取值低于1.0%，则无法保证Ν 的收得率在80%，如高于10%，则会时钢产生偏西现象，故将Μη含量控制在1.0~10%范围。
[0012] 本发明的铬(Cr):在本发明中，铬提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性 能，从而提高耐局部腐蚀(如晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀以及某些条件下的应力腐蚀)性 能。在钢中，铬与锰一样还能提高氮元素在钢液中的溶解度，甚至它提高氮溶解度的能力比 锰还稍强，本发明将Cr控制在0.05~3%范围。
[0013] 本发明的钛(Ti):在本发明中，Ti可与钢中N结合形成细小TiN粒子，从而在加热过 程中钉乳晶界并防止奥氏体晶粒过度长大，这对于得到细小的晶粒组织，从而提高钢的强 度和韧性是有利的。
[0014] 本发明的硅(Si):在本发明中，Si主要是以固溶强化形式提高钢的强度，同时也是 钢中的脱氧元素，但含量不可过高，以免降低钢的韧性和焊接性能。
[0015] 本发明的酸溶铝(Als):在本发明中，A1是钢中的主要脱氧元素，A1含量过高则导 致A1的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性及耐候性能。此外，A1的氮化物 熔点较高，在生产中，A1N可以用来阻止晶粒长大。
[0016] 本发明的磷(P):在本发明中，硫(S)含量彡0.010%。较高的磷含量可以大幅度提高 钢的耐候性，但是磷在钢中具有容易造成偏析、恶化高强性能、显著降低钢的低温冲击韧 性、提高脆性转变温度，所以，考虑到本发明钢强度较高，控制磷含量<0.020%。硫易与锰结 合生成MnS夹杂，硫还影响钢的低温冲击韧性。因此，本发明应采用洁净钢生产工艺，尽量减 少磷、硫元素对钢性能的不利影响。
[0017] 本发明基于目前现状，提出了一种屈服强度超过960MPa，以及与其所设定化学成 份特点相匹配的热乳+冷乳工艺，通过在化学成份中添加适配的N来保证钢的强度，取消了 相对较昂贵的Mo、V、Nb等微合金元素的添加;本发明钢乳制工艺简单易行，乳制过程无需控 冷，也无需进行热处理；同时还具有延伸率彡15.0%，-20°C Ακν不低于60J，冲击断口具有韧 窝特征，强韧性匹配十分优异。
【具体实施方式】
[0018] 下面对本发明予以详细描述： 表1为本发明各实施例及对比例的取值列表； 表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表； 表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。
[0019] 本发明各实施例按照以下生产工艺生产： 1) 冶炼，熔炼时按照成分配比加入低碳锰铁和纯铁原料后，进行真空处理，并在真空处 理结束后向真空炉中按照配定比例加入粒度为1~3_的钛铁和氮化铬铁； 2) 出钢并浇注成坯:其间，在自加入钛铁和氮化铬铁开始在8~15分钟内进行出钢并浇 注成坯，并控制N的收得率不低于80%;对铸坯加热，其加热温度控制在1170 °C~1220 °C，并 在此温度下保温50~200min; 3) 进行热乳工艺:控制粗乳开乳温度在1050°C~1100°C，道次压下率不低于20%，累计 压下率不低于70%;控制精乳终乳温度在850 °C~890°C;乳后进行水冷，终冷温度控制在500 ~650°C ;然后自然冷却;钢板厚度控制为:成品厚度*( 1+20)%± 3mm; 4) 进行冷乳，冷乳分三个道次进行，各道次压下率不超过10%。
[0020] 表1本发明各实施例和对比例的成分取值列表(wt%)
表2本发明各实施例和对比例的主要工艺取值列表
说明：表1与表2中的数据并非一一对应关系。
[0021]表3本发明各实施例和对比例在回火后主要性能检测统计表
从表3可以看出，，本发明钢与对比实例比较，强度指标和韧性指标基本在一个层面，但 是延伸率高5个百分点左右，证明本发明钢的塑形明显优于对比实例。
[0022]本【具体实施方式】仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。
【主权项】
1. 一种屈服强度彡960MPa级工程机械用钢，其组分及重量百分比含量为：C: 0.04~ 0.20%，Si:0.15~0.40%，Mn:1.0~10%，N:0.01~0.08%，Ti :0.010~0.050%，Als:0.01~ 0 · 06%，P:彡0 · 020%，S:彡0 · 010%，Cr: 0 · 05~3%，其余为Fe及不可避免的杂质。2. 生产权利要求1所述的一种屈服强度多960MPa级工程机械用钢的方法，其步骤： 1) 冶炼，熔炼时按照成分配比加入低碳锰铁和纯铁原料后，进行真空处理，并在真空处 理结束后向真空炉中按照配定比例加入粒度为1~3_的钛铁和氮化铬铁； 2) 出钢并浇注成坯:其间，在自加入钛铁和氮化铬铁开始在8~15分钟内进行出钢并浇 注成坯，并控制N的收得率不低于80%;对铸坯加热，其加热温度控制在1170 °C~1220 °C，并 在此温度下保温50~200min; 3) 进行热乳工艺：控制粗乳开乳温度在1050°C~IlOOtC，道次压下率不低于20%，累计 压下率不低于70%;控制精乳终乳温度在850 °C~890°C;乳后进行水冷，终冷温度控制在500 ~650°C ;然后自然冷却;钢板厚度控制为:成品厚度*( 1+20)%± 3mm; 4) 进行冷乳，冷乳分三个道次进行，各道次压下率不超过10%。
【文档编号】C22C38/02GK105950971SQ201610313584
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】马玉喜, 郭斌, 杜明, 王涛, 薛欢, 周荣, 蒋业华, 李祖来, 董翰, 贾淑君, 刘静, 段小林, 练容彪
【申请人】武汉钢铁股份有限公司