專利名稱：鎢系低碳貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低碳低合金鋼及其生產(chǎn)方法，尤其是一種具有高強(qiáng)度的鎢系低碳貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
以往，抗拉強(qiáng)度大于800N/mm2強(qiáng)度級(jí)別的鋼種通常采用調(diào)質(zhì)方法生產(chǎn)，由于合金元素含量高，又采用了貴重元素Mo，再加上生產(chǎn)周期長(zhǎng)等因素的影響，不可避免地造成了生產(chǎn)成本高；同時(shí)，還存在著碳含量和碳當(dāng)量高，焊接性能差等問題(部分調(diào)質(zhì)鋼種實(shí)例如表1)。
表1、調(diào)質(zhì)鋼碳當(dāng)量和焊接裂紋敏感性系數(shù)及Mo含量

發(fā)明內(nèi)容鑒于上述技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種抗拉強(qiáng)度為800N/mm2級(jí)別以上，塑性良好，并具有低碳當(dāng)量和低焊接裂紋敏感性系數(shù)的低碳貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法，通過采用非調(diào)質(zhì)的方法來達(dá)到降低生產(chǎn)成本，降低鋼中的碳含量和碳當(dāng)量，改善焊接性能的目的。
本發(fā)明以成本低廉的Mn元素為主要添加元素，聯(lián)合應(yīng)用Cu、W、Ni、Nb、B元素對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變的作用，其化學(xué)成分(Wt％)為C0.015％～0.070％、Si0.20％～0.50％、Mn1.4％～1.8％、Nb0.035％～0.060％、Ti0.005％～0.030％、B0.0005％～0.0030％、W0.15％～0.50％、Cu0.3％～0.6％、Ni0.15％～0.50％、Al0.010％～0.070％，且碳當(dāng)量Ceq＝C+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14+Ni/40+Si/24≤0.40，焊接裂紋敏感系數(shù)Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.21，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明采用上述化學(xué)成分的理由是(1)C碳對(duì)鋼的強(qiáng)度、韌性和焊接性能影響很大。碳低于0.015％則強(qiáng)度低，碳高于0.070％，則使延伸率和韌性下降，本發(fā)明確定碳含量的最佳范圍為0.015％～0.070％。
(2)Mn錳是提高強(qiáng)度和韌性的有效元素，對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變有較大的促進(jìn)作用，而且成本十分低廉，因此在本發(fā)明中合適區(qū)間為1.4％～1.8％，最佳區(qū)間為1.5％～1.7％。
(3)B硼元素是本發(fā)明中重要的成分，它能夠提高鋼的淬透性，加入極微量的硼就會(huì)有明顯的效果，顯著推遲奧氏體向鐵素體、珠光體的轉(zhuǎn)變，當(dāng)有Nb同時(shí)存在時(shí)，B的作用更加突出。當(dāng)硼含量低于0.0005％時(shí)，提高淬透性的效果不明顯；當(dāng)硼的含量為0.0010％時(shí)，就會(huì)使鋼的組織全部轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w；高達(dá)0.0030％時(shí)，淬透性達(dá)到飽和，此時(shí)可觀察到Fe23(CB)6的析出；高于0.0030％，淬透性下降，鋼的韌性惡化，且會(huì)形成低熔點(diǎn)共晶體，集中于晶粒的邊界，這將引起熱脆性，增加熱壓力加工困難。故在本發(fā)明中將硼限定在0.0005％～0.0030％之間。最佳區(qū)間在0.0007％～0.0020％。
(4)Nb鈮是本發(fā)明的重要添加元素，它能夠有效地延遲變形奧氏體的再結(jié)晶，阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，提高奧氏體再結(jié)晶溫度，細(xì)化晶粒，同時(shí)改善強(qiáng)度和韌性；它與微量的硼元素復(fù)合作用，可以顯著地提高淬透性，促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變。在本發(fā)明中將Nb含量限定在0.035％～0.060％范圍內(nèi)。
(5)Ti加入微量的鈦，是為了固定鋼中的氮元素，從而確保硼元素提高淬透性效果。硼與氧、氮的親合力較大，如果加入的微量硼與鋼中的氧、氮起作用，硼的促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變的作用將消失。因此，必須加入足夠量的鋁、鈦進(jìn)行完全脫氧和固氮，將鋼中氣體盡量降低，才能充分發(fā)揮硼的有效作用。在最佳狀態(tài)下，鈦、氮形成氮化鈦，阻止鋼坯在加熱、軋制、焊接過程中晶粒的長(zhǎng)大，改善母材和焊接熱影響區(qū)的韌性。鈦低于0.005％時(shí)，固氮效果差，超過0.030％時(shí)，固氮效果達(dá)到飽和，過剩的鈦將會(huì)使鋼的韌性惡化。當(dāng)鋼中的Ti、N原子之比為1∶1時(shí)，TiN粒子最為細(xì)小且分布彌散，對(duì)高溫奧氏體晶粒的細(xì)化作用最強(qiáng)，不僅可獲得優(yōu)良的韌性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)30KJ/cm以上的大線能量焊接。此時(shí)相應(yīng)于Ti、N重量之比為3.42，故在本發(fā)明中，結(jié)合鋼中N的含量以及便于連鑄的需要，將鈦成分控制在0.005％到0.030％。最佳控制為Ti、N重量之比為3.42左右。
(6)Si硅是煉鋼脫氧的必要元素，也具有一定的固溶強(qiáng)化作用，在本發(fā)明中將硅限定在0.20％～0.50％的范圍內(nèi)。
(7)Al鋁是脫氧元素，可作為AlN形成元素，有效地細(xì)化晶粒，其含量不足0.010％時(shí)，效果不明顯；超過0.070％時(shí)，脫氧作用達(dá)到飽和；再高則對(duì)母材及焊接熱影響區(qū)韌性有害。所以，本發(fā)明中將鋁含量控制在0.010％～0.070％，最佳區(qū)間在0.015％～0.050％。
(8)W在貝氏體轉(zhuǎn)變中，有助于軋制時(shí)奧氏體晶粒的細(xì)化和微細(xì)貝氏體的生成，但添加超過0.50％時(shí)，塑性和韌性降低，可焊性也明顯降低。當(dāng)添加鎢低于0.15％時(shí)，強(qiáng)化作用小，強(qiáng)度降低。因而，在本發(fā)明中鎢含量的最佳區(qū)間在0.15％～0.50％。
(9)Cu銅不僅對(duì)焊接熱影響區(qū)硬化性及韌性沒有不良影響，又可使母材的強(qiáng)度及低溫韌性大大提高。在貝氏體鋼中加入銅，可利用Cu-B的綜合作用，來進(jìn)一步提高鋼的淬透性，促進(jìn)貝氏體的形成。在合適的條件下，Cu能夠沉淀析出生成ε-Cu，進(jìn)一步使基體強(qiáng)化；但Cu含量高時(shí)鋼坯加熱或熱軋時(shí)易產(chǎn)生裂紋，惡化鋼板表面性能，必須添加適量的Ni以阻止這種裂紋的產(chǎn)生。在本發(fā)明中將銅含量控制在0.3％～0.6％。
(10)Ni鎳對(duì)焊接熱影響區(qū)硬化性及韌性沒有不良影響，又可使母材的強(qiáng)度及低溫韌性大大提高。其為貴重元素，導(dǎo)致鋼的成本大幅度上升，經(jīng)濟(jì)性差。在本發(fā)明中添加Ni元素的目的主要是阻止含Cu量高的鋼坯在加熱或熱軋時(shí)產(chǎn)生裂紋的傾向。故在本發(fā)明中將Ni含量控制在0.15％～0.50％。
(11)鋼中的雜質(zhì)元素控制在P≤0.025％，S≤0.015％，以提高鋼的韌性。最好N≤0.006％，以避免形成硼的氮化物，使硼的淬透性失效，鋼質(zhì)越純凈效果更佳。
本發(fā)明鋼的具體生產(chǎn)工藝如下采用TMCP(熱機(jī)械處理工藝)軋制。軋前加熱最高溫度確定在1220℃，以保證獲得細(xì)小的奧氏體晶粒；加熱溫度下限為1050℃，以便能有相當(dāng)量的Nb溶入奧氏體，有利于軋后冷卻過程中貝氏體的形成。采用兩階段控軋，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度控制在≥1000℃；未再結(jié)晶區(qū)軋制溫度控制在950℃～(Ar3+0℃～80℃)，積累變形量大于50％。軋后加速冷卻，終止冷卻溫度控制在Bs點(diǎn)以下，最佳終止冷卻溫度為350℃～600℃。之后空冷。最后再進(jìn)行不同溫度的回火處理，以使Cu、W、Nb元素沉淀析出，同時(shí)進(jìn)一步提高鋼的塑性和韌性，回火溫度控制在450℃～690℃。
本發(fā)明以成本低廉的Mn、Cu、W、Nb、B元素對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變的作用以及析出強(qiáng)化作用充分聯(lián)合應(yīng)用，從合金設(shè)計(jì)方面大大降低了成本。用該方法生產(chǎn)出的鋼，抗拉強(qiáng)度為800N/mm2級(jí)別以上，具有低焊接裂紋敏感性系數(shù)、低碳含量、成本低、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，解決了調(diào)質(zhì)鋼種的碳含量和碳當(dāng)量高以及焊接性能差等問題。該鋼種可以廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、煤礦機(jī)械等領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)成分及生產(chǎn)工藝，冶煉軋制本發(fā)明的鋼種實(shí)際化學(xué)成分如表2，本發(fā)明實(shí)物軋態(tài)性能檢驗(yàn)結(jié)果如表3，不同溫度回火后性能檢驗(yàn)結(jié)果如表4。
表2、本發(fā)明鋼種的冶煉成分實(shí)例，Wt％

表3、本發(fā)明鋼的軋態(tài)力學(xué)性能

表4、本發(fā)明鋼的不同溫度回火態(tài)力學(xué)性能

權(quán)利要求
1.一種鎢系低碳貝氏體鋼，其特征在于化學(xué)成分(重量百分比)為C0.015％～0.070％、Si 0.20％～0.50％、Mn 1.4％～1.8％、Nb 0.035％～0.060％、Ti 0.005％～0.030％、B 0.0005％～0.0030％、W 0.15％～0.50％、Cu 0.3％～0.6％、Ni 0.15％～0.50％、Al 0.010％～0.070％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，并且碳當(dāng)量Ceq＝C+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14+Ni/40+Si/24≤0.40，焊接裂紋敏感系數(shù)Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.21。
2.一種用于權(quán)利要求1所述的鎢系低碳貝氏體鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于軋制過程采用TMCP，軋后加速冷卻的速度范圍控制在3～40℃/S；終止冷卻溫度為350℃～600℃，之后空冷；最后再進(jìn)行不同溫度的回火處理，回火溫度控制在450℃～690℃。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有高強(qiáng)度的鎢系低碳貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法，鋼的化學(xué)成分(Wt％)為C0.015％～0.070％、Si0.20％～0.50％、Mn1.4％～1.8％、Nb0.035％～0.060％、Ti0.005％～0.030％、B0.0005％～0.0030％、W0.15％～0.50％、Cu0.3％～0.6％、Ni0.15％～0.50％、Al0.010％～0.070％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，且碳當(dāng)量Ceq＝C+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14+Ni/40+Si/24≤0.40，焊接裂紋敏感系數(shù)Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.21。采用TMCP+回火方法進(jìn)行生產(chǎn)，可生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度為800N/mm
文檔編號(hào)C21D8/00GK1982491SQ200510047998
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者郝森, 侯華興, 董恩龍, 楊穎 , 劉明, 魯強(qiáng), 張濤 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司