高强度高韧性铸钢材及其制造方法技术

本申请涉及高强度高韧性铸钢材及其制造方法。本发明专利技术的目的是即使在大型铸钢材中也可以确保高强度和高韧性而无需实施需要快速冷却如液体浸渍的制造方法。本发明专利技术的高强度高韧性铸钢材所具有的组成包含0.10至0.20质量％的C、0.10至0.50质量％的Si、0.40至1.20质量％的Mn、2.00至3.00质量％的Ni、0.20至0.70质量％的Cr和0.10至0.50质量％的Mo、还包含Fe和不可避免的杂质。本发明专利技术的高强度高韧性铸钢材通过如下制造：对具有上述组成的铸块进行在1000至1100℃下退火、在850至950℃下淬火、在610至670℃下回火、并随后如果需要在低于610℃下实施应力消除退火。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2010年9月24日、国际申请号为PCT/JP2010/066602、中国申请号为201080042542.5的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及适用于具有大的壁厚和复杂形状且重量超过1吨的大型铸钢制品并还能够进行焊接的高强度高韧性铸钢材，以及其制造方法。
技术介绍
作为能够进行焊接并具有高韧性和高强度的铸钢材，在日本工业标准中所述的SCW480、SCW550等是公知的。此外，过去，已经专利技术了专利文献1至4中示出的钢材。专利文献1所示的钢是用于塑料用模具的预硬化钢，且已经在将含有预定成分的钢热加工之后进行了时效硬化热处理。在专利文献2示出的钢中，通过实施塑性加工如锻造和压延而实现了高强度和高韧性，或者在热处理如淬火、正火等中，通过使用显示高冷却效果的方法如水冷却或油冷却进行冷却而获得了高强度和高韧性。在专利文献3示出的钢中，为了确保机械性能，将奥氏体化处理时的平均冷却速度控制为约250℃/分钟，其是对于板厚约300mm的大型铸钢制品可与水冷却相匹敌的冷却速度。此外，在专利文献4中，公开了一种制造方法，其中将含有预定成分的板坯在所述板坯的凝固温度和1000℃之间以0.5℃/秒以上的冷却速度进行冷却。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2005-82814号公报专利文献2：日本特公表2004-514060号公报专利文献3：日本特开2001-181783号公报专利文献4：日本特开2000-26934号公报
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题然而，在铸钢材中，鉴于冷却时的热应力所导致的裂纹发生的问题以及安全问题如水蒸汽爆炸，对于具有大的壁厚和复杂形状且重量超过1吨的大型制品难以实施水冷却或油冷却，因此，通常在热处理如淬火和正火中实施空气冷却或风扇冷却。当冷却速度如上所述低时，存在的问题是，在SCW480或SCW550或上述专利文献的每一个中所述的成分范围中难以确保充分的强度和韧性。本专利技术旨在确保上述大型铸钢制品中的高强度和高韧性，本专利技术的目的是提供一种即使通过空气冷却或风扇冷却也能够获得充分高的强度和韧性的铸钢材，以及所述材料的制造方法。解决问题的手段本专利技术涉及以下高强度高韧性铸钢材及其制造方法。(1)一种高强度高韧性铸钢材，其具有的组成包含0.10至0.20质量％的C、0.10至0.50质量％的Si、0.40至1.20质量％的Mn、2.00至3.00质量％的Ni、0.20至0.70质量％的Cr和0.10至0.50质量％的Mo、还包含Fe和不可避免的杂质。(2)根据(1)所述的高强度高韧性铸钢材，其中制品的质量为1吨以上。(3)根据(1)或(2)所述的高强度高韧性铸钢材，还包含0.05质量％以下的V作为组成成分。(4)根据(1)至(3)中任一项所述的高强度高韧性铸钢材，还包含20至150质量ppm的N作为组成成分。(5)根据(1)至(4)中任一项所述的高强度高韧性铸钢材，其中所述高强度高韧性铸钢材包含小于0.01质量％的Al、小于0.01质量％的Ti、0.025质量％以下的Sn、小于0.015质量％的P、和小于0.015质量％的S作为不可避免的杂质。(6)一种高强度高韧性铸钢材的制造方法，所述方法包括对铸块在1000至1100℃下实施热处理的退火步骤，在850至950℃下实施热处理的淬火步骤，以及在610至670℃下实施热处理的回火步骤，所述铸块具有的组成包含0.10至0.20质量％的C、0.10至0.50质量％的Si、0.40至1.20质量％的Mn、2.00至3.00质量％的Ni、0.20至0.70质量％的Cr和0.10至0.50质量％的Mo、还包含Fe和不可避免的杂质。(7)根据(6)所述的高强度高韧性铸钢材的制造方法，还包括在所述回火步骤之后在低于610℃下实施热处理的应力消除退火步骤。(8)根据(6)或(7)所述的高强度高韧性铸钢材的制造方法，其中所述退火步骤和所述淬火步骤各自包括冷却步骤，且其中在两个冷却步骤中，以比通过液体浸渍进行冷却的情况下的冷却速度更低的冷却速度实施冷却。(9)根据(6)至(8)中任一项所述的高强度高韧性铸钢材的制造方法，其中所述铸块的组成进一步满足以下两个要求的至少一个：所述铸块包含0.05质量％以下的V以及所述铸块包含20至150质量ppm的N。专利技术效果如上所说明的，由于本专利技术的高强度高韧性铸钢材具有特定的组成，所以即使在大型铸钢材中，在淬火时通过空气冷却或风扇冷却也可以获得充分高的强度和韧性而无需实施塑性加工且无需实施液体冷却如水冷却或油冷却。附图说明图1是示出以与大型铸钢制品相同进料制造的试验材料和从所述试验材料取样各种机械试验片的位置的图。图2是示出基于表6中所示结果的拉伸强度与吸收能量之间的关系的图。图3是示出基于表7中所示结果的拉伸强度与吸收能量之间的关系的图。具体实施方式(铸钢材)以下将描述本专利技术的一个实施方式。在本说明书中，以“％”和“ppm”简单描述的情况分别指“质量％”和“质量ppm”。本专利技术的高强度高韧性铸钢材(下文中也称之为“本专利技术的铸钢材”)包含C：0.10至0.20质量％，Si：0.10至0.50质量％，Mn：0.40至1.20质量％，Ni：2.00至3.00质量％，Cr：0.20至0.70质量％，Mo：0.10至0.50质量％、还包含Fe和不可避免的杂质作为其他成分。此外，如果需要，其包含V：0.05质量％以下以及N：20至150ppm的一种或两种。以下将示出本专利技术中上述组成的限定理由。C(碳)：0.10至0.20％C是提高强度和淬透性的元素。然而，当过量添加C时，变得难以获得预定的韧性，且对焊接裂纹的敏感性变高。考虑到这些因素，将C含量确定为0.10至0.20％。由于相同的原因，期望的下限为0.12％，且期望的上限为0.16％。Si(硅)：0.10至0.50％Si用作脱氧剂，且是提高淬透性的元素。然而，由于当过量添加Si时，偏析增大并过多地形成非金属夹杂物而降低韧性，因此将该含量确定为0.10至0.50％。由于相同的原因，期望的下限为0.20％，且期望的上限为0.40％，更期望的上限为0.30％。Mn(锰)：0.40至1.20％Mn是提高强度和淬透性的元素。然而，当含量小于0.40％时，不能获得预定强度。另一方面，当含量超过1.20％时，强度太高而不能获得预定的延展性和韧性，且会出现回火脆化。因此，将Mn的含量确定为0.40至1.20％。由于相同的原因，期望的下限为0.50％，且期望的上限为1.00％。Ni(镍)：2.00至3.00％Ni是提高强度和淬透性的元素，并具有提高低温韧性的效果。另一方面，Ni具有因过量添加而相反地降低强度和韧性的作用，并存在发生焊接裂纹的担忧。此外，由于Ni是高价金属，因此期望抑制其添加量。考虑到上述事实，确定Ni的含量为2.00至3.00％。由于相同的原因，期望的下限为2.20％，且期望的上限为2.60％。Cr(铬)：0.20至0.70％Cr是提高强度和淬透性的元素。由于因碳化物的形成而提高了强度，因此当含量低时不能获得预定强度。另一方面，其过量添加导致焊接性下降。因此，确定Cr的含量为0.20至0.70％。由于相同的原因，期望的下限为0.40％，且期望的上限为0.65％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度高韧性铸钢材，其具有的组成包含0.10至0.20质量％的C、0.20至0.50质量％的Si、0.40至1.20质量％的Mn、2.00至3.00质量％的Ni、0.40至0.70质量％的Cr、0.10至0.50质量％的Mo和0.02至0.05质量％的V，还包含Fe和不可避免的杂质，还包含20至150质量ppm的N作为组成成分。

【技术特征摘要】
2009.09.25 JP 2009-2207501.一种高强度高韧性铸钢材，其具有的组成包含0.10至0.20质量％的C、0.20至0.50质量％的Si、0.40至1.20质量％的Mn、2.00至3.00质量％的Ni、0.40至0.70质量％的Cr、0.10至0.50质量％的Mo和0.02至0.05质量％的V，还包含Fe和不可避免的杂质，还包含20至150质量ppm的N作为组成成分。2.根据权利要求1所述的高强度高韧性铸钢材，其中制品的质量为1吨以上。3.根据权利要求1或2所述的高强度高韧性铸钢材，其中所述高强度高韧性铸钢材包含小于0.01质量％的Al、小于0.01质量％的Ti、0.025质量％以下的Sn、小于0.015质量％的P和小于0.015质量％的S作为所述不可避免的杂质。4.一种高强度高韧性铸钢材的制造方法，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤义宏，田中慎二，东司，
申请(专利权)人：株式会社日本制钢所，
类型：发明
国别省市：日本;JP