一种微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢，包括如下质量百分比的化学成分为：C：0.40～0.70％、Mn：16.65～22.13％、Al：1.50～2.11％、N≤0.008％、S≤0.005％、RE：0.0011～0.02％，其它为Fe和不可避免的杂质。生成的稀土硫化物和硫氧化物对钢中原有的夹杂物进行了良性改性，改变了夹杂物的形貌与尺寸，减少了应力集中，减少裂纹源的产生，提高了钢的室温与低温的冲击性能。钢的室温与低温的冲击性能。

【技术实现步骤摘要】
一种微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及稀土耐低温高韧性结构钢冶炼和锻造领域，特别涉及一种微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着近年来工业的发展，作为重要的金属结构部件，具有良好强度和韧性相结合的高强度TWIP/TRIP钢越来越引起人们的关注。尤其是在液化天然气存储、外太空和具有丰富资源的极地地区的探索等长期需要在低温环境下服役，低温金属的开发变得至关重要。因此，可满足碰撞过程中能量吸收需求和抗低温开裂能力的TWIP/TRIP钢成为能满足以上要求的候选钢之一。与体心立方结构金属相比较，TWIP/TRIP钢所具有的面心立方结构使其不存在韧脆转变温度，这种突然失去延展性的特性使得材料在低温下的性能大大降低。
[0003]在以往的应用中，铝合金通常用于低温应用，但由于其相对较低的韧性，它们的应用受到限制。在现代大型工厂或容器中，铝合金已被高镍基合金或奥氏体不锈钢所取代。Fe
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Ni马氏体钢，如Fe
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9Ni(wt.％)，由于其高强度和优异的低温韧性，传统上被提出作为低温材料，但是Ni作为奥氏体稳定剂非常昂贵(比奥氏体不锈钢的任何其他合金元素贵约十倍)，因为从含铜的镍矿石中提取镍需要许多复杂的加工步骤。最近，为了满足需求Ni已被Mn取代，因为它们在钢中作为合金元素的作用类似。考虑到生态环保以及经济成本，可以采用价格更合理的高锰钢代替昂贵的奥氏体不锈钢。
[0004]目前，不同锰含量的结构钢低温冲击性能较为一般，主要是因为该钢种的力学性能与残余奥氏体的稳定性有关，目前对该方面的研究较少，生产技术难度较大。另外，Mn元素容易在晶界上偏析，造成晶间断裂，降低冲击韧性。
[0005]因此,开发一种低成本并且能提高Fe
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Mn钢低温下冲击韧性的耐低温高韧性结构钢具有迫切的研究价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，提供一种经过微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢及其制备方法，在具有优异室温和低温韧性的同时，降低了生产成本，有较好的经济效益。
[0007]本专利技术是这样实现的。一种微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢，包括如下质量百分比的化学成分为：C：0.40～0.70％、Mn：16.65～22.13％、Al：1.50～2.11％、N≤0.008％、S≤0.005％、RE：0.0011～0.02％，其它为Fe和不可避免的杂质。
[0008]上述的微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢，包括如下质量百分比的化学成分为：C：0.60％、Mn：17.94％、Al：1.76％、N：0.0035％、S：0.0014％、RE：0.004％，其它为Fe和不可避免的杂质。
[0009]上述的微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢，所述RE为Ce。
[0010]微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢的制备方法，包括：真空冶炼—浇铸钢锭—缓冷—加热钢锭—锻造—缓冷—线切割加工—热处理。
[0011]上述的微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢的制备方法，所述真空冶炼包括：采用中频真空感应炉，装入称好的工业纯铁棒、碳粒、电解锰和金属铝，将真空度抽到10
‑1Pa以下，关闭气阀，开始充入氩气，使之压力达到400
‑
600Pa；感应线圈通电,功率调至55
‑
60kw，经过10
‑
12分钟,感应线圈功率调至90
‑
100kw；待工业纯铁、电解锰等原料熔化后加入金属铝粒进行最终脱氧；在加入铝粒1
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2min后，加入稀土，搅拌1
‑
2min，关闭电源，浇铸钢锭，缓冷至室温。
[0012]上述的微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢的制备方法，所述的锻造包括：将钢锭加热至1100℃后，采用空气锤将铸锭锻造成圆柱，缓冷至室温。
[0013]上述的微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢的制备方法，所述热处理的工艺包括：加热至850℃保温60min，进行水淬，冷却至室温。
[0014]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点；
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：
[0016]通过在钢中加入适量的稀土，生成的稀土硫化物和硫氧化物对钢中原有的夹杂物进行了良性改性，改变了夹杂物的形貌与尺寸，减少了应力集中，减少裂纹源的产生，提高了钢的室温与低温的冲击性能。
[0017]本专利技术的微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢通过控制冶炼、锻造以及冷却工艺，提高组织均匀性，较高的锰含量使其在室温和低温下均保持为具有良好韧性的奥氏体组织，有着优异的夏比冲击性能。此外，具有独特的合金成分设计、采用微量稀土加入的方法相比较于其他改进方式使得成本降低、经济效益好,性能改进效果明显，具有良好的推广价值。
[0018]实验证明：
[0019]钢种的中试制备工艺为：20kg中频真空感应炉冶炼—浇铸钢锭—电感应加热炉加热钢锭—750Kg空气锤锻造—缓冷—线切割加工—试样热处理—成分、性能检验。
[0020]1.真空冶炼
[0021]采用20kg中频真空感应炉冶炼2炉实验钢，其中1炉添加适量的稀土铈，进行对比实验，实验钢化学成分表1所示。
[0022]表1成品成分(％)
[0023] CMnAlNSCe1#0.6118.091.800.00310.0010——2#0.6017.941.760.00350.00140.004
[0024]2.加热及锻造工艺
[0025]采用箱式加热炉对2炉20kg钢锭进行加热，加热温度为1150℃，出炉温度控制在1120～1130℃，锻造温度控制在1100℃。最后将钢锭锻造成直径为Ф120mm，高220mm的圆柱，放入箱式加热炉内缓慢冷却至室温。
[0026]3.线切割加工及热处理工艺
[0027]将锻造后的钢锭利用线切割加工成10mm
×
10mm
×
55mm的长方体试样。将其在电阻炉中850℃固溶处理60min，在水中进行淬火。
[0028]4.力学性能检测
[0029]试样经过850℃固溶处理和淬火后，对试样加工V型缺口，最终加工成满足国家标
准(GB/T 229
‑
2020)的标准夏比V型摆锤冲击试样。再依次用80目、120目、240目、400目、600目、800目、1000目、1200目、1500目金相砂纸将试样打磨，使表面粗糙度优于5μm。进行力学性能检测，检测结果如表2所示。
[0030][0031][0032]由表2可知，通过在2#实验钢中添加0.0044～0.0051％的稀土后，对钢中夹杂物进行改性，使夹杂物尺寸变小，夹杂物形状从条带状和不规则形状变成近球形或椭圆形，减少了应力集中与裂纹源的形成。同时，Ce偏聚在晶界附近上，对位错的运动有着强烈地钉扎作用，使得其在室温、
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80℃、<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分为：C：0.40～0.70％、Mn：16.65～22.13％、Al：1.50～2.11％、N≤0.008％、S≤0.005％、RE：0.0011～0.02％，其它为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分为：C：0.60％、Mn：17.94％、Al：1.76％、N：0.0035％、S：0.0014％、RE：0.004％，其它为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢，其特征在于，所述RE为Ce。4.根据权利要求1
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3任一项所述的微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢的制备方法，其特征在于，包括：真空冶炼—浇铸钢锭—缓冷—加热钢锭—锻造—缓冷—线切割加工—热处理。5.根据权利要求4所述的微量稀土处理的耐低温高韧性结构钢的制备方法，其特征在于，所述真空冶炼包括：采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄昌凌，杨光凯，李长荣，兰方杰，姚涵杰，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：