[发明专利]一种无铬镍低碳低合金结构钢

说明书

本发明属于合金结构钢领域，适用于提供高强度、高韧性的大截面用结构件及中厚钢板。

在现有技术中低合金结构钢领域，人们根据对钢的性能不同要求，来设计低合金结构钢的化学成分和工艺过程。众所周知，低合金结构钢的组织结构为板条状马氏体(即位错马氏体)且在板条边界存在残留奥氏体薄膜，其强度和韧性都很高。而大家所熟悉的4340钢则既有位错马氏体，还有孪晶马氏体，虽然其强度σ_b可达1980MPa，但其韧性很差，只有20J/cm2；西安交大研制的新钢种20Si2Mn2CrNiMo，尽管也是位错马氏体组织，综合性能也很好，但是钢中总的合金元素含量(重量％)高达7％，元素组元也较多，例如Ni：1.5％，Cr：1.5％，合金元素含量高使钢的生产成本加大，合金元素组元多从而使冶炼，热加工操作都稍繁锁，又如前苏联广泛应用的18Cr2Ni4WA钢，合金元素含量高达5％，合金元素组元多达7种，其中Ni高达4～4.5％，Cr：1.35～1.65％。这种钢不但成本高，冶炼及加工工艺稍繁锁，而且其强度与韧性配合不好，σ_b为1388MPa，a_k为140J/cm2。

本发明的目的在于提供一种价格低廉，生产工艺简单且具有高强度、高韧性的无铬镍低碳低合金结构钢。

基于上述发明目的，本发明所设计的无铬镍低碳低合金结构钢的化学成分(重量％)为：C：0.20～0.25％，Si：0.40～0.60％，Mn：1.80～2.30％，Mo：0.30～0.50％，W：0.40～0.60％，余为Fe。

根据研究结果表明：低合金结构钢的组织结构为板条状马氏体且在板条边界存在残留奥氏体薄膜，其强度和韧性都很高，基于上述原因，本发明钢将碳含量定为0.20～0.25％，使钢具有板条状马氏体组织，实验表明，C＜0.18％，不但强度降低，淬透性也会明显降低。本发明Mn有助于在板条状马氏体的板条边界可形成残留奥氏体薄膜，从而可提高钢的韧性，但Mn过高虽对钢的淬透性有利，但又会破坏其韧化作用，所以本发明Mn设计为(重量％)1.80～2.30％，实验证明，同时使用Mo和W对钢的综合性能是有益的，故本发明设计Mo(重量％)为0.30～0.50％，W(重量％)为：0.40～0.60％。本发明化学成分设计上的特点在于：不含有Cr、Ni、Cu，合金的含量小，这样使钢的生产成本降低，在钢的生产中加入的合金元素的组元减少至4种，从而使生产中冶炼、热加工、热处理工艺操作简单，易于掌握，同时对几种必要的合金元素设定，保证了钢的高强度和高韧性。

与现有的技术相比，本发明在强度、韧性配合良好的情况下，其经济性既优于18Cr2Ni4WA，也优于20Si2Mn2NiCrMo钢，同时由于本发明合金元素组元少，总的合金元素含量低，所以冶炼、热加工等生产工艺也较对比钢种简单，本发明不含Cr、Ni，使其合金元素选择立足国内。

本发明钢的冶炼可以采用感应炉和电炉，经锻造或轧制后在900～920℃油淬，再于200～220℃回火水冷。由于本发明具有高的淬透性，除用于一般机械零件外，还可提供高强高、高韧性的、大截面用结构件及中厚钢板。

实施例

根据本发明钢的成分范围，我们冶炼了3批本发明钢，化学成分和冶炼方法见表1。钢锭经锻造轧制后，于910℃左右油淬，于210℃左右回火，其力学性能见表2。