[发明专利]锰硅基高强钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金结构钢及其制备方法，具体地说锰硅基高强钢及其制备方法。

背景技术

目前国标20SiMn2MoV材料化学成分为：0.17-0.23％C，0.90-1.20％Si，2.20-2.60％Mn,0.30-0.40％Mo,0.05-0.12％V,Max0.025％P,Max0.025％S,Max0.25％Cu,Max0.30％Cr，Max0.30％Ni。然后在试样加热到900℃±10℃保温3h在油中淬火，奥氏体化过程进行得较为彻底,奥氏体晶粒充分长大,淬火组织粗化，在250℃下回火,获得的组织主要为回火马氏体,抗拉强度Rm≥1380Mpa,断后伸长率A≥10％，断后收缩率Z≥40％，冲击吸收功Aku2≥55J，热处理后组织为回火马氏体。该材料虽然具有较高的强度和硬度,但相应的韧性较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种锰硅基高强钢新材料及其制备方法，该材料具有高的强度同时又具有高韧性，为达到上述目的，本发明的技术方案是：

锰硅基高强钢，由以下材料按照重量百分比组成，C：0.17～0.21％，Si：0.80～1.20％，Mn：1.90～2.30％，Mo：0.30～0.40％，Ti：0.03～0.13％，Al：0.015～0.035％，Cr：0.10～0.20％，P：小于等于0.012％，S：小于等于0.010％，余量为Fe。

优选：C：0.18～0.20％，Si：0.85-1.15％，Mn：2.00～2.20％，Mo：0.32～0.38％，Ti：0.04～0.10％，Al：0.020～0.030％，Cr：0.12～0.18％，P：小于等于0.010％，S：小于等于0.008％，余量为Fe。

最佳配比：C：0.19％，Si：1.00％，Mn：2.10％，Mo：0.35％，Ti：0.08％，Al：0.025％，Cr：0.16％，P小于等于0.008％，S：小于等于0.005％，余量为Fe。

锰硅基高强钢制备方法，包括以下步骤：

1、每炉配入铁水或生铁，加热熔化成钢水，出钢温度1580℃～1620℃，P重量百分比控制在≤0.007％；钢水出钢量达到总量的1/3时，按照配方要求向钢包中投放Si-Fe合金、Mn-Fe合金、Mo-Fe合金进行成分初调；

2、钢水到精炼工位喂入铝线，渣子化好后加入C粉、Si粉，进行扩散脱氧，渣白后取样分析，根据分析结果进行微调成分；

3、微调后的钢水按2米/t喂入CaSi线，然后真空度小于等于67Pa下保持时间10～15分钟；

4、钢水放散后加保温剂，进行软吹氩时间20～25分钟，以渣面微动，不裸露钢液为准；

5、钢水倒入钢锭模中铸锭，采用氩气保护浇注，钢锭模温度为30～80℃；

6、钢锭加热温度1200～1220℃，保温时间6小时，升温速度控制在60～80℃/小时；

7、钢锭火切成钢材后，20分钟内入将钢材放入缓冷坑的中间层，缓冷60小时，钢材温度低于150℃吊出缓冷坑；

8、钢材表面，对钢材的缺陷清除装炉淬火，淬火加热温度900～920℃，升温速度100℃/小时，均温时间2～3小时，保温时间2.5～3.5小时，从出炉到入水，控制时间5以内；

9、淬火后在3小时内装炉回火，回火的加热温度540～580℃，升温速度50℃/小时，均温时间2～3小时，保温时间6.5～7.5小时。

本发明提供的锰硅基高强钢及其制备方法，采用微合金化技术，加入适当的微合金化元素Al、Ti，细化晶粒和组织，提高材质的纯净度，通过本发明的制备方法获得贝氏体组织的材料，提高钢的强韧性及低温冲击韧性，克服现有技术所存在的缺陷。

本发明提供的锰硅基高强钢制备方法，不再单纯依靠C及合金元素的总量提高钢的强度，借助贝氏体组织中的位错强化、细晶粒强化、微合金的析出强化来提高强度及韧性。

C：钢中的碳含量控制在0.25％以下，钢在经过高温奥氏体化及热变形后的冷却过程中，不再发生奥氏体向铁素体与渗碳体的两相分解，过冷奥氏体将直接转变成各种形态的铁素体并留下少量富碳的残留奥氏体。另外必要的碳含量，一般不低于0.01％，主要起固溶强化的作用。同时一部分碳原子将与加入的微量Nb、Ti作用析出微合金碳化物，在高温阶段抑制再结晶及低温阶段起析出强化作用。