[發(fā)明專(zhuān)利]低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380027375.0
• 申請(qǐng)日: 2013-06-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104471098B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·D·沃洛斯科夫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: AO奧穆特寧斯克冶金廠
• 主分類(lèi)號(hào): C22C38/12
• 分類(lèi)號(hào): C22C38/12;C22C38/60
• 代理公司: 永新專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司72002
• 代理人: 張海濤,于輝

本發(fā)明涉及黑色金屬冶金，特別是涉及用于制造熱軋汽車(chē)組件的高強(qiáng)度鋼的生產(chǎn)。

已知的非合金化結(jié)構(gòu)鋼S355J0的最小屈服點(diǎn)為355MPa，由以下組成(％)：

碳-最高為0.22；

硅-最高為0.55；

錳-最高為1.60；

磷-最高為0.03；

硫-最高為0.03；

氮-最高為0.012；

銅-最高為0.55；

鐵和雜質(zhì)-余量。[1]

該鋼是在機(jī)械性能，組分和目的上最接近涉及目標(biāo)的，因此引用作為基準(zhǔn)。

DIN EN 10025-2：2005包括了化學(xué)含量的含量的上限和化學(xué)元素的所需列表，但并未限定達(dá)到根據(jù)DIN和用戶特殊要求的機(jī)械性能的各組分含量范圍和添加元素的限定，其這與操作條件有關(guān)。

本發(fā)明的主要挑戰(zhàn)是獲得一種這樣的鋼，其具有較高屈服點(diǎn)、較高延展性、較高沖擊能、應(yīng)用于冰點(diǎn)溫度的能力、良好焊接性、更好可加工性，同時(shí)保持耐久性，并由于利用廣泛可得的合金元素具有成本效益。

針對(duì)該挑戰(zhàn)的技術(shù)方案通過(guò)所提出的改進(jìn)的低碳低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼實(shí)現(xiàn)，其具有如下成分(％)：

碳-0.15-0.20；

錳-1.3-1.5；

硅-0.05-0.45；

磷-最高0.02；

硫-0.02-0.05；

銅-最高0.25；

釩-0.03-0.055；

氮-0.004-0.015

鐵和雜質(zhì)-余量。該鋼的條件名稱是S355J0 mod。

碳和錳的含量提供了所需的耐久極限(470-630MPa)，和最低為20％(而不是16％)的增加的塑性(相對(duì)于延伸率)。

作為一種元素與氮結(jié)合的釩的關(guān)鍵和充足的含量保證了在γ-α硬化轉(zhuǎn)變過(guò)程中的碳氮硬化，這導(dǎo)致400MPa的增加的屈服點(diǎn)。增加的屈服點(diǎn)允許減小操作中金屬的損耗，獲得0℃-40℃下最小為80J的沖擊能。

試驗(yàn)表明，當(dāng)錳的含量低于所需最小值且不含釩時(shí)，無(wú)法達(dá)到上述的屈服點(diǎn)和沖擊能。

硫含量的增加導(dǎo)致所述鋼更好的加工性。

材料的焊接性根據(jù)其碳當(dāng)量(CEV)來(lái)評(píng)估。下述為引自DIN EN 10025-1的，國(guó)際焊接學(xué)會(huì)的公式用于確定CEV：

所述提出的鋼的特征是CEV≤0.47％。

優(yōu)選的化學(xué)組分、氧化方法、和按照制備參數(shù)進(jìn)行的制造工藝(熱變形)能夠獲得均質(zhì)、細(xì)晶粒的鐵素體-珠光體結(jié)構(gòu)且晶粒度變化(grain variation)不超過(guò)3個(gè)相鄰晶粒。按照客戶要求，按照ASTM E 112(GOST5639-82)的晶粒度(grain grade)7-8-9不能超過(guò)5個(gè)。此外，鐵素體-珠光體結(jié)構(gòu)不含有任何針狀貝氏體組織(客戶要求：鐵素體-珠光體結(jié)構(gòu)中貝氏體含量最大不應(yīng)超過(guò)6％)。

圖1示出了按照ASTM E 112(GOST5639)的晶粒度為8的來(lái)自一個(gè)鑄件的熱軋改性鋼試樣放大100倍后的微結(jié)構(gòu)的照片，其長(zhǎng)度比例為400μm。

一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品示例。

鋼的熔煉通過(guò)在煉鋼設(shè)備(unit)內(nèi)CJSC Omutninsky Metallurgichesky Zavod(OMZ)中進(jìn)行。煉鋼設(shè)備(unit)生產(chǎn)得到一般的鋼的組分，具有碳，錳，硅，鐵和不可避免的雜質(zhì)，在加熱到1620-1640℃后，倒入鑄造澆包(casting ladle)中。對(duì)鋼的鋁脫氧在從鑄造澆包倒出時(shí)進(jìn)行，脫氧劑添加至澆 包底部，并且最佳相關(guān)系數(shù)為[Mn]/[Si]≤3。更深入的鋼的脫氧通過(guò)再生鋁進(jìn)行，通過(guò)脫出所形成的大的鋁氧化物，來(lái)達(dá)到最佳狀態(tài)。此外，氧被控制(在所提出的鋼種中最大為0.001％)。

在熔煉后的鋼從煉鋼設(shè)備(unit)倒出后，爐渣被從鑄造澆包中除去。在澆包精煉過(guò)程中，在采用氬氣吹煉金屬的同時(shí)，通過(guò)利用含鈣添加劑和含鋁物質(zhì)施加鈣-鋁渣。這個(gè)工藝產(chǎn)生所述含量的基礎(chǔ)元素(碳、錳、硅)和脫氧精煉的“白”渣。

釩以鐵合金塊的形式加入來(lái)達(dá)到目標(biāo)含量。接著，金屬被加熱到一定溫度，其能夠保證鑄機(jī)中間包進(jìn)行澆注時(shí)金屬的過(guò)熱高于鋼的熔解曲線，用以應(yīng)對(duì)熱損失和隨后的硫合金化。在利用重?zé)怄V礦粒使渣固化后，鋼中硫的加入是通過(guò)喂線機(jī)輔助的熔芯線(flux-cored wire)進(jìn)行。