一种低合金高强度钢及制备方法与流程

1.本发明涉及低合金高强度钢技术领域，具体涉及一种低合金高强度钢及制备方法。


背景技术：

2.钢，是对含碳量质量百分比介于0.02％至2.11％之间的铁碳合金的统称。钢的化学成分可以有很大变化，其中含有少量锰、磷、硅、硫等元素、含碳量低于1.7％的钢称为碳素钢；在实际生产中，钢往往根据用途的不同含有不同的合金元素，比如：锰、镍、钒等等。
3.钢以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一，是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分，可以说钢是现代社会的物质基础。
4.在低合金高强度钢生产时，为保证金相组织合格和使用性能，钢中必须添加强化元素，但强化元素的添加却导致低合金高强度钢生产成本较高，增加了企业生产负担。


技术实现要素：

5.针对现有技术的上述不足，本发明提供一种低合金高强度钢及制备方法；该低合金高强度钢及制备方法重新设计低合金高强度钢钢材成分，在保证钢材金相组织合格，和使用性能良好的前提下，创造性的利用廉价的铬和钛铁成分，降低生产成本，减轻企业生产负担。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供的一种低合金高强度钢，包括以下重量百分比的组分：碳0.22-0.25％，硅0.50-0.63％，锰1.30-1.55％，铬0.10-0.15％，钛0.002-0.015％，钒0.010-0.015％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，ceq 0.47-0.54％。
7.本发明进一步改进中，包括以下重量百分比的组分：碳0.22-0.25％，硅0.50-0.63％，锰1.30-1.48％，铬0.10-0.15％，钛0.002-0.015％，钒0.010-0.015％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，ceq 0.48-0.54％。
8.本发明进一步改进中，包括以下重量百分比的组分：碳0.22-0.25％，硅0.50-0.63％，锰1.40-1.55％，铬0.10-0.15％，钛0.002-0.015％，钒0.010-0.015％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，ceq 0.47-0.54％。
9.本发明进一步改进中，上述的低合金高强度钢的抗拉强度rm在560-700mpa，屈服强度reh 420-520mpa。
10.本发明进一步改进中，上述的低合金高强度钢的金相组织为是铁素体加珠光体，截面上未出现回火马氏体组织。
11.制备所述的低合金高强度钢的方法，对低合金高强度钢进行铬、钛微合金化处理。
12.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
13.本发明重新设计低合金高强度钢钢材成分，在保证钢材金相组织合格，和使用性能良好的前提下，创造性的利用廉价的铬和钛铁成分，降低生产成本，减轻企业生产负担。
附图说明
14.为更清楚地说明背景技术或本发明的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式中结合使用的附图作简单地介绍；显而易见地，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
15.图1是钢材合格金相组织与不合格金相组织示意图。
16.图2是本发明thermo-calc计算性质图。
17.图3为本发明公式(1)。
18.图4为本发明公式(3)、公式(4)、公式(5)。
19.图5为本发明析出量随温度的变化示意图。
20.图6为本发明ti(c，n)复合析出的各元素分数变化示意图。
21.图7为本发明ticxn
(1-x)
析出相中x随温度的变化示意图。
22.图8为本发明ticxn
(1-x)
析出相中x随ti和c含量变化示意图1。
23.图9为本发明ticxn
(1-x)
析出相中x随ti和c含量变化示意图2。
24.图10为本发明的钢材金相织示意图。
25.图11为现有技术中钢材的金相组织示意图。
具体实施方式
26.为了使本技术领域的人员更好的理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
27.同时，本说明书中所引用的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
28.同时，在本说明书的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.低合金强度钢的钢种要求金相组织应主要是铁素体加珠光体，截面上不应出现回火马氏体组织；如图1所示，图中a是合格金相组织，b和c是不合格金相组织，为保证金相组织合格和使用性能，钢中必须添加强化元素，但强化元素的添加却导致低合金高强度钢生产成本较高，增加了企业生产负担。
30.本技术的设计构思就是重新设计钢材成分，在保证钢材金相组织合格，和使用性能良好的前提下，创造性的利用更加廉价的铬和钛铁成分，降低生产成本。
31.本技术人经研究发现，强化合金元素cr、ti添加后：
32.s1.铬：铬和铁形成连续固溶体，与碳形成多种碳化物，它可以取代一部分铁而形成复合渗碳体(fe,cr)3c；铬的复杂碳化物(cr,fe)7c3，(cr,fe)23c6对于钢的性能有显著影响，特别是钢的耐磨性。
33.铬和铁可以形成金属间化合物σ相(fecr)；铬能显著增加钢的淬透性；但也增加钢的回火脆性倾向；铬使珠光体中的碳的浓度及奥氏体中碳的浓度的极限溶解度减少，即使铁碳平衡相图中的s点及e点向左移；在等温转变时，铬能有效延长奥氏体转变的孕育期，也就是减缓奥氏体的分解速度，从而提高钢的淬透性。
34.铬加入钢中，在一定含铬量时，都能提高强度和硬度；如在铁铬合金(0.015％c，0.01％n)中，随着铬含量的增加，合金的抗拉强度和硬度也显著地上升；铬含量在10％以内时，断面收缩率和伸长率也略有提高；铬含量超过10％时，断面收缩率和伸长率则显著下降。
35.s2.钛：钛为强碳化物形成元素,常温时,在钢中大部分以碳化物、氮化物、碳氮化物形式存在；钛(47.87)原子量较小，相同质量分数的钛可化合形成的tic或tin，由于tic、tin的密度较小，同样质量分数的碳氮化钛将比碳氮化钒的体积分数大14％左右而比碳氮化铌大56％左右。
36.由于微合金碳氮化物组织晶粒长大及沉淀强化的效果均随第二相体积分数增大而增大，因而钛微合金钢在相同微合金元素添加量下可获得较大体积分数的ti(c,n)从而得到较为强烈的作用效果。
37.本低合金高强度钢的抗拉强度rm在560-700mpa，屈服强度reh420-520mpa；所述的低合金高强度钢的金相组织为是铁素体加珠光体，截面上未出现回火马氏体组织。
38.本合金高强度钢的制备方法，对低合金高强度钢进行铬、钛微合金化处理；通过自主设计新材料及采用数据分析，创造性的添加cr、ti强化合金元素，降低成本的同时，保证钢材的金相组织合格及性能的稳定。
39.实施例1
40.一种低合金高强度钢，包括以下重量百分比的组分：碳0.22-0.25％，硅0.50-0.63％，锰1.30-1.55％，铬0.10-0.15％，钛0.002-0.015％，钒0.010-0.015％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，ceq 0.47-0.54％。
41.实施例2
42.一种低合金高强度钢，包括以下重量百分比的组分：碳0.22-0.25％，硅0.50-0.63％，锰1.30-1.48％，铬0.10-0.15％，钛0.002-0.015％，钒0.010-0.015％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，ceq 0.48-0.54％。
43.实施例3
44.一种低合金高强度钢，包括以下重量百分比的组分：碳0.22-0.25％，硅0.50-0.63％，锰1.40-1.55％，铬0.10-0.15％，钛0.002-0.015％，钒0.010-0.015％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，ceq 0.47-0.54％。
45.本发明公开了一种低合金高强度钢及其制造方法，钢牌号xwns425t，其中
xwns425t包含：碳0.22-0.25％，硅0.50-0.63％，锰1.30-1.48％，铬0.10-0.15％，ti 0.002-0.015％，钒0.010-0.015％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，ceq 0.48-0.54％；xw400vt2包含：碳0.22-0.25％，硅0.50-0.63％，锰1.40-1.55％，铬0.10-0.15％，ti 0.002-0.015％，钒0.010-0.015％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，ceq 0.47-0.54％。
46.ti的强化机理研究-相图及析出计算
47.1.由图2所示的相图(性质图)可知，该成分的液相线温度为1504℃，固相线温度为1454℃，a3＝804℃，a1＝688℃。
48.2.液态下析出计算
49.已知：如图3所示公式(1)；
50.由xw400vt、xw400vt2化学成分有：
51.ti
·
n＝0.028
ⅹ
0.0104＝0.0002912
‑‑‑‑
(2)
52.将(2)代入(1)得到tin的液析温度为1485℃；已知该成分的液相线温度为1504℃，固相线温度为1454℃；因此如果凝固速度较慢时，会有少量的tin从液态析出。
53.3.固态下析出计算
54.已知：如图4所示公式(3)、公式(4)、公式(5)；
55.将(2)分别代入(3)和(5)得到，tic和tin的完全固溶温度分别为1150℃、1802℃；得到如图5所示的析出量随温度变化的曲线。
56.由此可知，tin在钢中溶解度较低，容易析出，但通常以ticxn
(1-x)
复合析出，如图6所示(采用thermo-calc计算)，ticxn
(1-x)
完全固溶温度为1480℃；其中x随温度变化而变化，如图7所示，在大于1080℃时，x约为0.1，700℃时x约为0.4。
57.4.成分改变对ticxn
(1-x)
组成的影响
58.由图8和图9可知，x值随钢中ti和c含量的增加而增大，ti的影响较为显著。
59.综上所述，利用ti微合金化处理，可使组织为铁素体和珠光体；表层组织较细，硬度较高，心部铁素体晶粒较粗，硬度较低。
60.本产品钢筋性能比较
61.类别屈服强度(mpa)抗拉强度(mpa)本技术生产的低合金高强度钢≥430mpa≥590mpa现有技术中的低合金高强度钢≥400mpa≥540mpa
62.如图10和图11所示，本技术的金相组织为是铁素体加珠光体，截面上未出现回火马氏体组织，符合钢种要求。
63.本发明重新设计低合金高强度钢钢材成分，在保证钢材金相组织合格，和使用性能良好的前提下，创造性的利用廉价的铬和钛铁成分，降低生产成本，减轻企业生产负担。
64.尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此，在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。