[发明专利]一种高强高韧锻件用钢的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种高强高韧锻件用钢的制备方法。

背景技术

众所周知，若提高零件的强度后，能够达到零部件乃至整机的结构轻量化，设备运行高效化，节能等一系列效果，而提高锻件的强度也能带来明显好处。由于锻件的尺寸一般较大，生产过程具有特殊性，在一定程度上效果更显著。

迄今为止，提高超高强度合金钢性能的难点是提高动、静疲劳性能。所谓动、静疲劳性能，分别指动态疲劳性能，即通常的疲劳性能和延迟断裂性能，即静态疲劳性能。如众所周知的抗拉强度超过一定值，通常为1200MPa，钢的疲劳强度饱和或下降，疲劳强度值趋于离散。例如将低温回火马氏体钢的抗拉强度由1000MPa提高至1500Mpa，其10⁷次的疲劳强度将由500MPa增加至700MPa，疲劳强度/抗拉强度的比值确由约0.5降低至约0.4。而对于超高强度大型锻件而言，由于目前没有办法提高合金钢轧材的所有工艺技术，尤其是难以实现加工中的热处理技术，在提高动、静疲劳性能的同时，仍需解决提高韧性的问题。该问题的解决有待本领域技术人员进一步的探讨、研究。

再有，目前锻件钢材若要提高其抗拉强度，就需要控制钢材中氢(H)的含量。因为在钢材中随着氢(H)含量的提高，其钢材的脆敏感性也将随之提高。例如常温、常压环境条件下，当钢材的抗拉强度由1000MPa提高至由1400MPa时，由氢(H)而引起的钢材进入脆性环境的临界强度，其氢(H)的含量，将由0.1ppm降至0.01ppm(百万分之一)。

由于积蓄在钢材内部氢(H)的扩散、或集中也会引起钢材脆性的变化，在上述情况下，当钢材承受静止断裂强度以下的拉应力负荷时，钢材也会突然发生断裂-即静疲劳-延迟断裂。如以某一静强度为界限，延迟断裂强度的急剧降低，也是影响钢材的高强度化中有待解决的又一个问题。例如4340钢的抗拉强度由1500MPa提高至1800MPa，其钢材在水中的100h延迟断裂强度将由1300MPa降低至700Mpa。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高强高韧锻件用钢的制备方法，该钢通过改进钢的化学成分，以达到提高超高强度合金钢锻件的韧性，减少超高强度合金钢锻件疲劳强度/抗拉强度比值的下降程度，同时提高超高强度合金钢锻件的延迟断裂强度的目的。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高强高韧锻件用钢的制备方法，所述钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 0.05-0.07，Mn 1.1-1.5，Si 0.3-0.5，Cr 1.2-1.6，Ni 2.6-3.0，Mo 0.4-0.6，Nb 0.2-0.4，V 0.05-0.15，Ti 0.1-0.3，S≤0.008，P≤0.010，H≤0.0005,余量为Fe；所述制备方法包括如下步骤：

1）冶炼浇注：电弧炉内依次添加铁水、废钢，控制氧的含量小于0.015％的范围，并进行精炼及真空脱气处理；成分满足要求后氩气保护浇注成铸坯；

2）锻造：将铸坯加热至1220-1250℃，保温2-4小时，然后进行锻造，终锻温度为960-970℃，

3）热处理：将锻件加热至920-930℃，保温1-2小时，然后进行水淬；再将其加热至890-900℃，保温1-2小时，然后再进行水淬；然后加热到回火温度260-270℃，保温3-4小时进行回火处理。

本发明具有如下有益效果：

通过对化学成分的调整和重新设计，提高了高强高韧锻件用钢的韧性，减少疲劳强度/抗拉强度比值的下降程度，同时提高延迟断裂强度。

本发明钢具有良好的力学性能，其轴向抗拉强度为1450-1530Mpa，室温下对V型缺口做冲击功试验75-130次，10⁷次旋转弯曲，其疲劳强度760-775MPa，疲劳强度/抗拉强度的比值大于0.5，在水中的100h延迟断裂强度1505-1545MPa。

具体实施方式

实施例一

一种高强高韧锻件用钢的制备方法，所述钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 0.05，Mn 1.5，Si 0.3，Cr 1.6，Ni 2.6，Mo 0.6，Nb 0.2，V 0.15，Ti 0.1，S≤0.008，P≤0.010，H≤0.0005,余量为Fe；所述制备方法包括如下步骤：

1）冶炼浇注：电弧炉内依次添加铁水、废钢，控制氧的含量小于0.015％的范围，并进行精炼及真空脱气处理；成分满足要求后氩气保护浇注成铸坯；