一種屈服強度900~1000MPa級調(diào)質(zhì)高強鋼及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種屈服強度900?IOOOMI^級調(diào)質(zhì)高強鋼及其生產(chǎn)方法，其屈服強 度為900?IOSOMPa,抗拉強度為950?1200MPa，延伸率>10%，-40°C沖擊功M0J，顯微組 織為回火馬氏體。
【背景技術(shù)】
[0002] 采用高強度易焊接結(jié)構(gòu)鋼制造工程機械的梁結(jié)構(gòu)、起重機的吊臂和自卸車的車體 等移動設(shè)備的構(gòu)件，都會減輕設(shè)備自重，減少燃料消耗，提高工作效率。隨著國際競爭的加 劇，采用高強度易焊接結(jié)構(gòu)鋼制造港口機械、礦山機械、挖掘機、裝載機的梁結(jié)構(gòu)、起重機的 吊臂和自卸車的車體等移動設(shè)備的構(gòu)件已經(jīng)成為趨勢。由于工程機械高性能、大型化、輕量 化的發(fā)展要求，工程機械用鋼的強度級別不斷攀升，從500?600MI^級快速上升到700MPa、 900MPa、IOOOMI^乃至llOOMPa。工程機械用超高強鋼由于其苛刻的使用環(huán)境和受力條件， 對鋼材質(zhì)量有嚴(yán)格的要求，包括強度性能、沖擊性能、折彎性能、焊接性能和板形等。
[000引 目前國內(nèi)生產(chǎn)屈服900?IOOOM化級別的高強度鋼板的企業(yè)很少，中國專利CN102560274A介紹了一種屈服IOOOM化級別高強度厚鋼板的生產(chǎn)方法，采用的是再加熱 渾火+回火工藝，對鋼板開平設(shè)備要求極高。中國專利CN102134680A介紹了一種屈服強 度960M化級高強鋼的生產(chǎn)方法，采用較低的碳含量設(shè)計和較高的化含量，C;0. 07 %? 0.09%，化：1.05?1. 15%，該專利不含Nb、Ti、V微合金元素，化含量較高，不利于焊接。 中國專利CN101397640A介紹了一種屈服960Mpa級別高強鋼板的生產(chǎn)方法，采用較高的Mo 含量設(shè)計和較高的回火溫度，Mo含量0. 45?0. 57%，回火溫度550?60(TC。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中的成分設(shè)計沒有控制接頭塑初性綜合性能，也沒有通過控制夾雜物及 組織性能遺傳性改善成品鋼板的強度和初性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種屈服強度900?IOOOMI^級調(diào)質(zhì)高強度鋼及其生產(chǎn)方 法，該高強度鋼的顯微組織為回火馬氏體，屈服強度為900?IOSOMPa,抗拉強度為950? 1200MPa，延伸率〉10%，-40°C沖擊功M0J。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：
[0007] -種屈服強度900?IOOOMI^級調(diào)質(zhì)高強鋼，其化學(xué)成分重量百分比為；C: 0. 16 ?0. 20%,Si;0. 10 ?0. 30%,Mn;0. 80 ?1. 60%,Cr;0. 20 ?0. 70%,Mo;0. 10 ? 0. 45%，Ni;0. 10 ?0. 50%，Nb;0.OlO?0. 030%，Ti;0.OlO?0. 030%，V;0.OlO? 0. 050%，B;0. 0005 ?0. 0030%，Al;0. 02 ?0. 06%，Ca;0.OOl?0. 004%，N;0. 002 ? 0.005%，P《 0.020%，S《0.010%，0《0.008%，其余為化及不可避免的雜質(zhì)，上述元 素同時需滿足如下關(guān)系式；Ceq0. 51 ?0. 60%，Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ; 3. 7《Ti/N《7. 0 ; 1. 0《Ca/S《3. 0 ;0. 8 %《Mo+0. 8Ni+0. 4Cr+6V《1. 3 %。
[0008] 進(jìn)一步，所述的屈服強度900?IOOOMPa級調(diào)質(zhì)局強鋼的屈服強度為900? lOSOMPa，抗拉強度為950?1200MPa，延伸率〉10%，-40°C沖擊功MOJ，顯微組織為回火馬 氏體。
[0009] 在本發(fā)明的成分設(shè)計中：
[0010] 碳：固溶強化，調(diào)整馬氏體組織的強度和塑初性，經(jīng)試驗，再加熱渾火后低碳馬氏 體的抗拉強度與C含量的關(guān)系呈如下關(guān)系；Rm= 2510C(%) +790 (MPa)，Rm為抗拉強度，C含 量在0. 16%W上才可W保證渾火態(tài)抗拉強度大于llOOMPa，再通過回火進(jìn)一步降低強度， 改善初性；C含量較高會導(dǎo)致整體C當(dāng)量的提高，焊接時容易產(chǎn)生裂紋，本發(fā)明的C含量范 圍為0. 16 ?0.20%。
[0011] 娃；〇. 10%W上的Si可W起到較好的脫氧作用，Si超過0. 30%容易產(chǎn)生紅鐵皮， Si含量較高時容易惡化馬氏體高強鋼的初性，本發(fā)明的娃含量范圍為0. 10?0. 30%。
[0012] 猛；Mn元素在0.8%W上可W提高鋼的渾透性，Mn含量超過1.6%容易產(chǎn)生偏析和 MnS等夾雜物，惡化馬氏體高強鋼的初性，本發(fā)明的Mn含量范圍為0. 80?1. 60%。
[0013] 鉛：化元素在0.2%W上可W提高鋼的渾透性，有利于在渾火時形成全馬氏體組 織，化在400?55(TC回火溫度左右范圍內(nèi)會形成化的碳化物，具有抗中溫回火軟化的作 用，化含量超過0.70%在焊接時會出現(xiàn)較大的火花，影響焊接質(zhì)量，本發(fā)明的化含量范圍 為 0. 20 ?0. 70%。
[0014] 鋼；0. 10%W上的Mo元素可W提高鋼的渾透性，有利于在渾火時形成全馬氏體組 織；Mo在40(TCW上的高溫下會與C反應(yīng)形成化合物顆粒，具有抗高溫回火軟化和焊接接頭 軟化的作用，Mo含量太高會導(dǎo)致碳當(dāng)量提高，惡化焊接性能，同時Mo屬于貴金屬，會提高成 本，本發(fā)明的Mo含量范圍為0. 10?0. 45%。
[0015]媒；〇.10%W上的Ni元素具有細(xì)化馬氏體組織，改善鋼的初性的作用，Ni含量太 高會導(dǎo)致碳當(dāng)量提高，惡化焊接性能，同時Ni屬于貴金屬，會提高成本，本發(fā)明的Ni含量范 圍為 0. 10 ?0. 50%。
[0016] 魄、鐵和饑；Nb、Ti和V為微合金元素，與C、N等元素形成納米級析出物，在加熱時 抑制奧氏體晶粒的長大；Nb可W提高未再結(jié)晶臨界溫度化r，擴大生產(chǎn)窗口；Ti的細(xì)小析出 物顆?？蒞改善焊接性能；V在回火過程中與N和C反應(yīng)析出納米級V(C，腳顆粒，可W提 高鋼的強度；本發(fā)明的魄含量范圍為0.OlO?0. 030%，鐵含量范圍為0.OlO?0. 030%，饑 含量范圍為0.OlO?0. 050%。
[0017] 測；微量的B可W提高鋼的渾透性，提高鋼的強度，超過0. 0030%的B容易產(chǎn)生偏 析，形成碳測化合物，嚴(yán)重惡化鋼的初性，本發(fā)明的測含量范圍為0. 0005?0. 0030%。
[0018] 鉛；Al用作脫氧劑，鋼中加入0.02%W上的Al可細(xì)化晶粒，提高沖擊初性，AL含 量超過0. 06 %容易產(chǎn)生Al的氧化物夾雜缺陷，本發(fā)明的Al含量范圍為0.02?0. 06%。 [001引巧；超過0.OOl%的化元素可W在鋼冶煉過程中的起到凈化劑作化改善鋼的初 性；化含量超過0. 004%容易形成尺寸較大的化的化合物，反而會惡化初性，本發(fā)明化含 量范圍為0.OOl?0. 004%。
[0020] 氮；本發(fā)明要求嚴(yán)格控制N元素的范圍，0.002%W上的N元素在回火過程中可W 與V和C反應(yīng)形成納米級的V(C，腳粒子起到析出強化的作用，在焊接過程中也可W通過 析出強化抵抗熱影響區(qū)軟化；N含量超過0. 005%容易導(dǎo)致形成粗大的析出物顆粒，惡化初 性。本發(fā)明N含量范圍為0.002?0.005%。
[0021] 磯、硫和氧；P、s和0作為雜質(zhì)元素影響鋼的塑、初性，本發(fā)明對其控制范圍分別為 P《0. 020%,S《0. 010%, 0《0. 008%。
[002引對于離線渾火+回火型屈服900?IOOOMPa高強鋼，碳當(dāng)量Ceq需滿足；Ceq0. 51 ?0. 60%,Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/150,Ceq太低容易出現(xiàn)焊接接頭軟 化，Ceq太高容易出現(xiàn)焊接微裂紋。
[0023] 本發(fā)明通過控制0. 8 %《Mo+0. 8Ni+0. 4Cr+6V《1. 3 %，主要用于保證900? IOOOMPa高強鋼的等強匹配焊接，調(diào)節(jié)焊接熱影響區(qū)的強度和低溫初性，達(dá)到與母材鋼板強 度和低溫初性的最佳匹配。其中Mo、Ni和化元素都可W降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的 渾透性，提高焊接接頭的強度；Mo在高溫下與C反應(yīng)形成化合物，具有抵抗焊接接頭軟化的 作用；Mo和Ni元素都具有細(xì)化組織，改善初性的作用；V與N反應(yīng)生成納米級V(C，腳顆粒 可W抵抗接頭軟化；Mo、NiXr和V元素的搭配可W根據(jù)母材強度調(diào)節(jié)焊接熱影響區(qū)的強度 和初性。低于0.8%焊接接頭的強度和低溫初性都較低；高于1.3%焊接接頭強度偏高，容 易產(chǎn)生焊接裂紋。
[0024] 通過控制3. 7《Ti/N《7. 0可W保護(hù)鋼中的B原子，使得B充分固溶，提高渾透 性，合適的Ti、N比有利于控制Ti析出物顆粒的尺寸改善母材和接頭的強度和初性。
[00巧]通過控制1. 0《化/S《3. 0可W使鋼種的硫化物球化，改善鋼的低溫初性和焊接 性能。
[0026] 本發(fā)明的一種屈服強度900?IOOOMI^級調(diào)質(zhì)高強鋼的生產(chǎn)方法，包括如下步 驟：
[0027] 1)鐵水冶煉、鑄造
[0028] 按下述化學(xué)成分采用轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼、精煉，鑄造形成鑄逐；化學(xué)成分重量百分比 為；C;0. 16 ?0. 20%，Si;0. 10 ?0. 30%，Mn;0. 80 ?1. 60%，Cr;0. 20 ?0. 70%，Mo: 0. 10 ?0. 45%，Ni;0. 10 ?0. 50%，佩；0.OlO?0. 030%，Ti;0.OlO?0. 030%，V;0.OlO? 0. 050 %，B;0. 0005 ?0. 0030 %，Al;0. 02 ?0. 06 %，Ca;0.OOl?0. 004 %，N;0. 002 ? 0.005%，P《 0.020%，S《0.010%，0《0.008%，其余為化及不可避免的雜質(zhì)，上述元 素同時需滿足如下關(guān)系式：
[0029]Ceq0. 51 ?0. 60 %，Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(化+Cu)/15;0. 8 % 《Mo+0. 8Ni+0. 4Cr+6V《1. 3% ;3. 7《Ti/N《7. 0 ;1. 0《Ca/S《3. 0 ;
[0030] 2)加熱
[0031] 將鑄逐于1150?127(TC的爐中加熱，待鑄逐也部到爐溫后開始保溫，保溫時間 〉1.化；
[003? ：3)社制
[0033] 采用單機架往復(fù)社制或多機架熱連社將鑄逐社至目標(biāo)厚度，社制最后一道次社制 壓下率〉15 % ;終社溫度為820?92(TC，同時終社溫度Tf滿足；ArsCTfCTnr;其中，Ars為 亞共析鋼奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變開始溫度，Ars= 901-325C-92Mn-126Cr-67Ni-149Mo;Tnr為 未再結(jié)晶臨界溫度：
[0034] I^r=887+464C+(6445Nb-644sqrt(Nb))+(732V-230sqrt(V))+890Ti+363Al-357 Si；
[00；3引4)冷卻
[0036] 將熱社后的社件在480?BsC溫度范圍內(nèi)卷取，然后空冷至室溫；
[0037]其中，Bs= 630-45Mn-40V-35Si-30Cr-25M〇-20Ni;
[00測 W熱處理
[0039] 渾火，渾火加熱溫度為Acg+(30?80) °C，鋼板也部到爐溫后開始保溫，保溫5? 40min，得到全馬氏體組織；其中，Ac3為奧氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度，Ac3= 955-350C-25Mn巧ISi +106Nb+100Ti+68A^llCr-33Ni-16Cu+67Mo;渾火冷卻速度V〉e(日'3-2'日3G-。'腸日cr-i'wMo-ie 地/s;
[0040] 回火，回火溫度為400?550°C，鋼板也部達(dá)到爐溫后開始保溫，保溫20? ISOmin,得到屈服強度900?IOOOMPa級調(diào)質(zhì)高強鋼。
[0041] 進(jìn)一步，得到的屈服強度900?IOOOMPa級調(diào)質(zhì)高強鋼的屈服強度為900? IOSOMPa,抗拉強度為950?1200MPa，延伸率〉10%，-40°C沖擊功M0J，顯微組織為回火馬 氏體。
[0042]本發(fā)明涉及的如下關(guān)系式；Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Qi)/15， M