一种高韧高强抗低温低合金钢的材质及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高韧高强抗低温低合金钢的材质及制备方法，它以较少的合金元素加入量获得了一种使晶格变形的、晶粒细化的多相合金铁素体的结构钢，从而既有合金相强度，又有铁素体韧性，并且该铸件通过热处理后获得的针状或粒状马氏体韧性相，提高了铸件的韧性。本发明专利技术提供的高韧高强抗低温低合金钢，常温下V型缺口冲击韧性akv＝80

【技术实现步骤摘要】
一种高韧高强抗低温低合金钢的材质及制备方法


[0001]本专利技术涉及合金钢制造
，具体涉及一种高韧高强抗低温的低合金钢的材质及其制备方法。

技术介绍

[0002]合金钢是在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。习惯上按添加的合金元素总量的多少将合金钢分为：低合金钢(wMe＜5％)、中合金钢(wMe＝5％～10％)和高合金钢(wMe＞10％)。
[0003]低温钢指的是适于在0℃以下应用的合金钢，它要求其韧性
‑
脆性转变温度低于使用温度，目前通用的低温钢种类及其化学成分百分比(％)如下表所示：
[0004]钢号ZG16Mn
[0005]碳硅锰硫磷0.12
‑
0.20.2
‑
0.51.2
‑
1.6≤0.045≤0.04
[0006]钢号ZG09Mo2V
[0007]碳硅锰钒硫磷≤0.120.20
‑
0.501.40
‑
1.800.02
‑
0.08≤0.04≤0.04
[0008]钢号ZG06MnNb
[0009]碳硅锰铌钒硫磷≤0.070.17
‑
0.371.6
‑
1.80.03<br/>‑
0.040.02
‑
0.08≤0.03≤0.03
[0010]钢
‑
号ZG06AlNbCuN
[0011]碳硅锰铝铜氮铌硫磷≤0.08≤0.350.8
‑
1.280.04
‑
0.150.3
‑
0.40.01
‑
0.0150.04
‑
0.08≤0.035≤0.02
[0012]目前我国的低温用铸造低合金钢性能为：
[0013][0014]从上述化学组分和性能可以看出，上述低温用铸造低合金钢在最低使用温度时的冲击功普遍都偏低，ZG16Mn的最低使用温度为
‑
40℃时其冲击功只有12J。而铸件要求使用的最低温度为
‑
46℃时，冲击功不低于18J。因此，现有的低温用铸造低合金钢虽能满足抗低温要求，但其抗低温性能并不好，提高低合金钢的抗低温性能够使合金钢更加适合恶劣低温环境的使用，拓宽低合金钢的低温使用条件，使其能够对抗极端天气的洗礼，因此有必要对提高低合金钢的低温性能进行研究。

技术实现思路

[0015]有鉴于此，针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种高韧高强抗低温的低合金钢的材质及其制备方法，所述低合金钢常温下V型缺口冲击韧性akv＝80
‑
100J/cm2，低温下(
‑
40℃)V型缺口冲击韧性akv＞40J/cm2，，抗拉强度σb达到1000MPa，屈服强度σs达到800MPa，伸长率大于10％，不仅具有高韧性和高强度，而且提高了现有低温低合金钢的抗低温性能。
[0016]为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案首先提供了一种高韧高强抗低温低合金钢的材质，它包括以下重量百分比组成的化学元素：碳0.16
‑
0.45％，硅0.15
‑
0.25％，锰0.35
‑
0.75％，磷＜0.03％，硫＜0.02％，铬0.005
‑
0.3％，镍1.5
‑
2.5％，钼0.013
‑
0.04％，钒0.005
‑
0.03％，钛0.003
‑
0.006％，硼0.0007
‑
0.003％，铜0.039
‑
0.07％，铝0.066
‑
0.16％，镁0.001
‑
0.003％，氮0.003
‑
0.007％，铈0.131
‑
0.45％，钡0.002
‑
0.005％，钴0.005
‑
0.03％，锆0.001
‑
0.005％，铌0.01
‑
0.05％，钽0.001
‑
0.005％，钨0.005
‑
0.05％，余量为铁和微量不可避免的杂质。
[0017]进一步的，在本专利技术的一些实施方案中，上述的一种高韧高强抗低温低合金钢的材质包括以下重量百分比组成的化学元素：碳0.45％，硅0.25％，锰0.35％，磷＜0.03％，硫＜0.02％，铬0.3％，镍1.5％，钼0.04％，钒0.03％，钛0.006％，硼0.003％，铜0.07％，铝0.16％，镁0.003％，氮0.007％，铈0.45％，钡0.002％，钴0.03％，锆0.005％，铌0.05％，钽0.005％，钨0.05％，余量为铁和微量不可避免的杂质；
[0018]或者，碳0.16％，硅0.15％，锰0.75％，磷＜0.03％，硫＜0.02％，铬0.005％，镍2.5％，钼0.013％，钒0.005％，钛0.003％，硼0.0007％，铜0.039％，铝0.066％，镁0.001％，
氮0.003％，铈0.131％，钡0.005％，钴0.005％，锆0.001％，铌0.01％，钽0.001％，钨0.005％，余量为铁和微量不可避免的杂质。
[0019]在现有低温合金钢的成分中，一般都采用低碳设计，C含量低于0.1％，有利于提高钢的韧性，但会降低钢的强度和硬度。本专利技术将C含量设计为0.16
‑
0.45％，提高了钢的强度和硬度，通过调整合金元素W、Nb、Ta、Co、Si、N的含量提高了钢的韧性，使本专利技术低合金钢既具有高韧性又具有高强度。本专利技术将Si含量设计为0.15
‑
0.25％，满足铁素体的最大固溶度要求，既使硅固溶于铁素体中形核细化晶粒，又可以形成多相合金化合物，与Nb、B、N形成化合物阻碍相阻碍化合物偏聚于晶界，减轻了晶界的压力，使其脆性转变点发生改变，提高其低温性能。通过加镍和铌形成合金化合物相，在多相铁素体相细化晶粒呈针状和粒状的共同作用下，使生成的化合物尽可能不往晶界偏聚，减轻了晶界的压力，使其脆性转变点发生改变，提高其低温性能。Ta、Co、W形成合金化物预防回火脆性又提升耐高温性能，Ta能细化晶粒并与B、Ce协作增效提高韧性。调整C和B含量，通过热处理使合金铁素体转变获得粒状马氏体和合金碳化物、硼化合物，从而提高耐磨性。
[0020]同时，本专利技术还提供了上述高韧高强抗低温低合金钢的制备方法，它包括以下步骤：
[0021](1)根据低合金钢的工艺目标值换算所需向铁水中添加的合金量，先将铁水进行脱硫脱磷预处理，然后将含硼、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高韧高强抗低温低合金钢的材质，其特征在于：包括以下重量百分比组成的化学元素：碳0.16
‑
0.45％，硅0.15
‑
0.25％，锰0.35
‑
0.75％，磷＜0.03％，硫＜0.02％，铬0.005
‑
0.3％，镍1.5
‑
2.5％，钼0.013
‑
0.04％，钒0.005
‑
0.03％，钛0.003
‑
0.006％，硼0.0007
‑
0.003％，铜0.039
‑
0.07％，铝0.066
‑
0.16％，镁0.001
‑
0.003％，氮0.003
‑
0.007％，铈0.131
‑
0.45％，钡0.002
‑
0.005％，钴0.005
‑
0.03％，锆0.001
‑
0.005％，铌0.01
‑
0.05％，钽0.001
‑
0.005％，钨0.005
‑
0.05％。2.根据权利要求1所述的一种高韧高强抗低温低合金钢的材质，其特征在于：包括以下重量百分比组成的化学元素：碳0.45％，硅0.25％，锰0.35％，磷＜0.03％，硫＜0.02％，铬0.3％，镍1.5％，钼0.04％，钒0.03％，钛0.006％，硼0.003％，铜0.07％，铝0.16％，镁0.003％，氮0.007％，铈0.45％，钡0.002％，钴0.03％，锆0.005％，铌0.05％，钽0.005％，钨0.05％。3.根据权利要求1所述的一种高韧高强抗低温低合金钢的材质，其特征在于：包括以下重量百分比组成的化学元素：碳0.16％，硅0.15％，锰0.75％，磷＜0.03％，硫＜0.02％，铬0.005％，镍2.5％，钼0.013％，钒0.005％，钛0.003％，硼0.0007％，铜0.039％，铝0.066％，镁0.001％，氮0.003％，铈0.131％，钡0.005％，钴0.001％，锆0.001％，铌0.01％，钽0.001％，钨0.005％。4.一种高韧高强抗低温低合金钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)根据低合金钢的工艺目标值换算所需向铁水中添加的合金量，先将铁水进行脱硫脱磷预处理，然后将含硼、钴、钛、氮的铁合金加入铁水中熔化，铁水温度加热至700
‑
800℃时，加入含磷、铜、镁、铈、硅的铁合金熔化，铁水温度加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈章华，陈瑾昱，程精涛，席红梅，杨敏惠，
申请(专利权)人：乐山市泰钢鑫科机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：