一种高强高韧低合金钢及其热处理方法与流程

[0001]
本发明涉及航海船舶用低合金钢领域，特别是涉及一种高强高韧低合金钢及其热处理方法。


背景技术：

[0002]
低合金钢是指在钢中加入少量合金元素。由于合金元素的强化作用，低合金结构钢的屈服点比普通碳素钢高25-150%，加之大多低碳，而具有良好的塑性韧性和焊接性能，有的还具有耐腐蚀、耐低温等特性，因此，低合金钢是一类很有发展前途的钢，在钢的生产中比例越来越大，尤其在船板领域得到了广泛的应用。在astm a148/a 148m标准中，对应用于上述领域的低合金钢材仅给出了明确的性能要求，而化学成分仅限定了s和p的最大值，而选择恰当的化学成分控制范围是可靠地达到性能要求的基础。
[0003]
通过对比，现有标准技术材料中没有与astm a148/a 148m标准中90-60（105-85）低合金材料性能要求匹配的材料，更没有与之相适应的化学成分控制范围的资料。因此，选择恰当的合金成分控制范围成了可达到性能要求的首要基础，除此之外，该项合金材料的合适的后处理工艺也是使用该项低合金材料达到标准与要求的一个关键之处。


技术实现要素：

[0004]
本发明主要解决的技术问题是提供一种高强高韧低合金钢及其热处理方法，能够解决现有技术存在的上述不足之处。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高强高韧低合金钢，包括如下重量百分含量的组分：c ≤0.16%、ni 2.5～3.0%、p≤0.015%、s≤0.015%、al≥0.020%，其余为铁及其他不可避免的杂质；所述低合金钢的碳当量ce(iie) ≤0.60%；所述低合金钢的碳当量cet≤0.35%。
[0006]
在本发明一个较佳实施例中，所述低合金钢还包括如下重量百分含量的组分：si 0.30~0.50%、mn 0.60~0.80%、cr 0.55~0.75%、mo 0.15~0.25%。
[0007]
在本发明一个较佳实施例中，所述低合金钢的机械性能为：屈服强度500～650n/mm
2
、拉伸强度为650～850 n/mm
2
、断裂伸长率≥17%、-10℃条件下的冲击能≥41j冲击能≥41j。
[0008]
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种高强高韧的低合金钢的热处理方法，包括如下步骤：（1）装炉，将低合金钢装入热处理炉内，装炉时低合金钢之间间隔均匀且严禁捆绑和堆放；（2）正火，以恒定速率加热至正火温度920～940℃，恒温保持2～6h，然后随炉冷至一定温度；（3）回火，以恒定速率加热至回火温度610～630℃，恒温保持2～6h，然后随炉至一定温度，再出炉冷却至室温。
[0009]
在本发明一个较佳实施例中，所述正火和回火工艺中，所述随炉冷却的温度是小于等于300℃。
[0010]
在本发明一个较佳实施例中，所述正火工艺的加热速率为小于120℃/h。
[0011]
在本发明一个较佳实施例中，所述回火工艺的加热速率为小于120℃/h。
[0012]
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供铸件，采用如上述热处理后的所述的低合金钢制备而成。
[0013]
本发明的有益效果是：本发明一种高强高韧耐低合金钢，通过化学成分控制范围的清晰限定，在其控制范围内进行多次实验获得满足标准要求的配方体系和后续的热处理方法，上述低合金钢的化学成分控制范围清晰，热处理工艺合理，能够较好地达到标准要求的材料性能，所得低合金钢在国际和国内市场上具有竞争力。
附图说明
[0014]
图1是本发明一种高强高韧低合金钢的热处理工艺的正火温度控制示意图；图2是本发明一种高强高韧低合金钢的热处理工艺的回火温度控制示意图。
具体实施方式
[0015]
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0016]
请参阅图1和图2，本发明实施例包括：
实施例1本发明揭示了一种高强高韧低合金钢，包括如下重量百分含量的组分：c 0.13%、p 0.01%、s≤0.01%、al 0.022%、si 0.40%、mn 0.70%、cr 0.60%、mo 0.20%、ni 2.8%，其余为铁及其他不可避免的杂质。
[0017]
上述低合金钢的碳当量ce(iie) ≤0.50%，其计算公式为： ；上述低合金钢的碳当量cet≤0.30%，其计算公式为： ；通过这两个碳当量可知，该配方的合金钢具有优异的焊接性能，满足加工使用需求。
[0018]
上述高强高韧的低合金钢的制备方法为：先在高炉内炼铁，铁水预处理脱硫，经转炉冶炼脱碳和升温后钢水脱氧后，经吹氩精炼铝丝脱氧后，进行板坯连铸。
[0019]
对上述方法制备的高强高韧低合金钢进行热处理，其热处理方法为：（1）采用满足ansi/api spec16a附录要求的鉴定合格的热处理炉，对热处理炉的要求是：炉温测试点在规定的检定周期范围内，装炉时零件的位置以及零件间的间距应能够使每个零件均匀加热，严禁堆放或捆绑；（2）正火处理：将低合金钢置入上述热处理炉内，先以80℃/h的升温速度升温至930℃，然后恒温保持6h，随炉冷却至250℃；如图1所示；（3）回火处理：将正火处理后的低合金钢以80℃的升温速率升温至620℃℃，恒温保持6h，然后随炉冷却至250℃出炉，再出炉冷却至室温；如图2所示。
[0020]
采用上述配方和热处理工艺制备的低合金钢，经测试，其机械性能如下：屈服强度为600n/mm
2
；拉伸强度为750 n/mm
2
；断裂伸长率为18%；-10℃下的冲击能为44j。
[0021]
实施例2本发明揭示了一种高强高韧低合金钢，包括如下重量百分含量的组分：c 0.15%、p 0.008%、s 0.008%、al 0.025%、si 0.50%、mn 0.80%、cr 0.75%、mo 0.25%、ni 3.0%，其余为铁及其他不可避免的杂质。
[0022]
上述低合金钢的碳当量ce(iie) 为0.60%，其计算公式为： ；上述低合金钢的碳当量cet为0.35%，其计算公式为： ；通过这两个碳当量可知，该配方的合金钢具有优异的焊接性能，满足加工使用需求。
[0023]
上述高强高韧低合金钢的制备方法为：先在高炉内炼铁，铁水预处理脱硫，经转炉冶炼脱碳和升温后钢水脱氧后，经吹氩精炼铝丝脱氧后，进行板坯连铸。
[0024]
对上述方法制备的高强高韧的低合金钢进行热处理，其热处理方法为：
（1）采用满足ansi/api spec16a附录要求的鉴定合格的热处理炉，对热处理炉的要求是：炉温测试点在规定的检定周期范围内，装炉时零件的位置以及零件间的间距应能够使每个零件均匀加热，严禁堆放或捆绑；（2）正火处理：将低合金钢置入上述热处理炉内，先以100℃/h的升温速度升温至920℃，然后恒温保持4h，再随炉冷却至250℃；如图1所示；（3）回火处理：将正火处理后的低合金钢以100℃的升温速率升温至630℃，恒温保持4h，然后随炉冷却至250℃出炉，出炉自然冷却至室温；如图2所示。
[0025]
采用上述配方和热处理工艺制备的低合金钢，经测试，其机械性能如下：屈服强度为630n/mm
2
；拉伸强度为800 n/mm
2
；断裂伸长率为17%；-10℃下的冲击能为43j。
[0026]
本发明一种高强高韧耐低合金钢，通过化学成分控制范围的清晰限定，在其控制范围内进行多次实验获得满足标准要求的配方体系和后续的热处理方法，上述低合金钢的化学成分控制范围清晰，热处理工艺合理，能够较好地达到标准要求的材料性能，所得低合金钢在国际和国内市场上具有竞争力。
[0027]
上述部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规试验方法获知。
[0028]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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