[发明专利]一种高韧性的低合金高强度钢及其调质热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及低合金高强度钢，具体说就是提供了一种在低温下具有高韧性的低合金高强度钢及其热处理方法，通过调整合金成分并经过合适的调质处理得到回火索氏体组织，在保证钢具有高强的基础上，可得到很高的低温冲击韧性。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，钢材已被用于社会的各个领域，与此同时人们对钢材的品质也提出了更高的要求。低合金高强度钢，因其具有高的强度、良好的塑性和韧性等性能，已经广泛用于航空航天、船舶等国防领域，同时在压力容器、消防、医疗、石油和交通等其它民用领域也得到了广泛应用。低合金高强度钢的高强度在保障结构件具有承载能力的同时，可减轻结构件重量，同时好的韧性可保证使用安全，不发生低应力作用下的破坏。

国内外传统的低合金高强度钢，通常都具有很高的强度，如国内开发的Cr-Mo-V系低合金高强度钢，其强度可达1200~1400MPa，而延伸率一般不到14%，在-50℃的低温冲击功在20~30J左右。美国开发的AISI4340、300M、D6AC等高强钢应用最广，俄罗斯也开发了具有代表性的低合金高强度钢30XГCH2A、40XH2CMA等，这些钢具有超高的强度（可达1600MPa以上），然而其延伸率普遍低于14%，且低温冲击韧性偏低。经检索，有下列相关专利文献涉及低合金高强度钢，其化学成分见表1。

CN101880831A公开了一种低合金高强度高韧性的耐磨钢，通过添加少量的Al可脱氧和细化晶粒，提高韧性，添加微量的B提高钢板淬透性从而提高强度，同时通过完全淬火或亚温淬火的方法，获得的低合金高强度耐磨钢其抗拉强度可达1200MPa以上，延伸率大于12%，不过-20℃的冲击韧性仅为50J/cm²。由于采用了粗轧和精轧（均为热轧）相结合的方法，对轧制控制要求高，增加了实际生产时的难度。

CN1064506A公开了一种奥氏体-贝氏体组织的低合金高强度钢，属于高碳钢，降低稀贵金属Ni、Cr、Mo等的含量，提高我国富产价廉的Mn、Si元素含量，同时通过在280~340℃等温处理，从而获得极高强度、良好韧性的奥氏体-贝氏体双相组织。其力学性能与AISI4340相当，强度可达1700MPa以上，室温U型缺口的冲击韧性为64 J/cm²，韧性偏低，且延伸率不到15%。

CN101381841A公开了一种高强度高韧性的低温钢，通过微合金化技术添加少量的Ti、Nb等合金元素，细化晶粒，提高钢的强度和低温韧性，其-50℃低温下的冲击功（V型缺口）可达190J，不过抗拉强度不超过600MPa。

US0067787A1公开了一种抗氢脆低合金高强度钢，C含量为0.1~0.2%，通过添加Cr、Cu、Mn、Ni、V等元素进行合金化，制备的高强钢可代替传统的奥氏体不锈钢而用于制作储存高压氢气的容器，不仅节省成本，而且可用来储存、运输45MPa高压氢。该钢属于调质处理钢，其热处理制度：先在1000~1100℃正火，然后在880~900℃淬火，最后在560~580℃下回火处理，不过该钢的拉伸强度在950MPa左右。

US005387392A公开了一种高强高韧性的压力容器钢，属于低合金高强度钢，是在AISI4130合金钢的基础上，通过提高Mo含量，同时降低S含量，提高强度和韧性。该钢经调质处理后，延伸率达22%，-50℃的夏比V型冲击韧性达100J/cm²，不过其拉伸强度只在1150MPa左右，而且屈服强度并未给出，因此屈强比的高低也不可知。

以上公开专利的低合金高强度钢的强度和韧性均不可兼得，同时屈强比也没有重点考虑，因为一般的低合金高强度钢的屈强比都比较高，严重影响高强钢的使用安全。随着现代科技的不断发展进步，人们对低合金高强度钢的性能提出了越来越苛刻的要求，不仅要求高强度，同时要求具有较低的屈强比，在低温环境（-50℃）下还要求钢具有好的韧性，保证在低温下能安全使用。本发明采用Ni、V、Mo、Mn等元素合金化的方法，通过调质处理后可获得综合性能优良的低合金高强度钢，不仅具有高的强度，屈强比能保持在一定水平之下，同时还能保证在低温（-50℃）下仍具有较高的冲击韧性，能够满足高强钢在特殊环境下的安全使用要求。

发明内容