一种屈服强度≥750MPa工程机械用钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及工程用钢及其生产方法,具体地属于屈服强度≥750MPa、屈强比≤0.83、生产厚度规格为10~60mm的工程机械用钢及其生产方法。
背景技术
随着工程机械向大型化、轻型化方向发展,对工程机械钢板的需求越来越大。由于工程机械使用条件复杂,结构受力复杂,要求采用的钢板具有高强度,高韧性外,还要求具有低屈强比等特点。本发明提供一种750MPa级低屈强比工程机械用钢板的制造技术和生产方法,以满足高强度工程机械的要求。
在本发明之前,国内有关低屈强比高强度钢板的报道较多,且申请了发明专利。中国专利申请号为201110249728.4公开了“一种抗拉强度700MPa低屈强比热轧双相钢板及制造方法”,其钢板的化学成分按质量百分数为:0.05~0.08%C、0.02~0.04%Si、1.40~1.70%Mn、余量为Fe。其制造方法为在薄板坯连铸连轧生产线,采用控轧控冷工艺生产,从而得到抗拉强度在675MPa~715MPa之间,屈服强度低于420MPa,屈强比在0.50~0.60之间的钢板。其不足之处在于:钢板屈服强度级别低于420MPa,无法满足在高强度的工程机械行业的使用,且钢板采用薄板坯连铸连轧,其生产厚度规格较小。
中国专利申请号为201010561371.9公开了“一种780MPa级低屈强比建筑用钢板及其制造方法”,其钢板的化学成分按照重量百分比为“C 0.05~0.07%、Si 0.2~0.3%、Mn 1.8~2.0%、S≤0.005%、P≤0.008%、Nb0.02~0.03%、Cr0.15~0.3%、Ni0.2~0.4%、Ti0.01~0.03%、Cu0.2~0.4%、Mo0.25~0.4%,余量为Fe。其制造工艺为:两阶段轧制,轧后利用超快速冷却,然后控冷至室温。从而获得抗拉强度Rm≥780MPa,屈服强度RP0.2≥630MPa,延伸率A≥16%,-40℃冲击功AKV≥150J的钢板。其不足之处在于,其添加了较多的Ni、Cu、Mo等贵重合金,其制造成本较高,不利于当前钢铁行业降本增效。
中国专利申请号为201010599469.3公开了“一种800MPa级低屈强比结构钢板及其生产方法”,其化学成分为C0.045~0.075%、Si0.30~0.50%、Mn1.55~1.95%、P≤0.01%、S≤0.0025%、Alt0.012~0.035%、Cr0.15~0.25%、Mo0.15~0.3%、Cu0.2~0.4%、Ni0.2~0.4%、Nb0.008~0.04%、V0.008~0.04%、Ti0.008~0.03%、B0.008~0.0015%,余量为Fe。制造方法采用RH真空处理,LF炉外精炼,全保护浇注,TMCP工艺,通过回火得到屈服强度≥550MPa,抗拉强度≥800MPa,屈强比<0.70厚度规格为10~40mm的钢板。其不足之处在于:其添加了较多的Ni、Cu、Mo、V等贵重合金,采用TMCP+回火工艺,钢板屈服强度级别较低,其生产成本较高,生产周期较长,且钢板厚度规格范围较小。
中国专利申请号为200810200100.3公开了“一种高强度低屈强比钢板”,其化学成分为C0.15~0.20%、Si1.0~2.0%,Mn1.8~2.0%,Al≤0.036%、V0.05~0.1%、P≤0.01%、S≤0.005%、Cr0.8~1.0%,余量为Fe。采用传统的TMCP+超快速冷却工艺获得一种强度达1200~1500MPa的低屈强比钢板。其不足之处在于,由于钢中的C、Si、Mn、Cr含量很高,其PCM达到0.417以上,对钢板的焊接性能非常不利。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题,提供一种屈服强度≥750MPa级,抗拉强度≥950MPa,屈强比≤0.83,厚度规格为10~60mm,金相组织为贝氏体+马氏体, -20℃冲击功≥150J的工程机械用钢及其生产方法。
实现上述目的的措施:
一种屈服强度≥750MPa工程机械用钢,其组分及重量百分比含量为:C:0.07~0.11%,Mn:1.30~1.60%,Si:0.25~0.5%,Nb:0.04~0.06%,Ti:0.005~0.018%,P≤0.020%,S≤0.010%,Cr:0.25~0.35%,B:0.0008~0.0020%,Ca:0.001~0.005%,其余为Fe。
生产一种屈服强度≥750MPa工程机械用钢的方法,其步骤为:
1)转炉冶炼,经LF炉及RH炉精炼,并连铸成坯:在LF炉精炼时,按照0.8~1.2米/吨钢加铝线,并控制经处理后钢液中的S≤0.003%;在RH炉精炼时,控制真空度在不超过67Pa条件下,处理时间不低于15分钟,处理结束后,按照2~3.5米/吨钢加入Si –Ca线;连铸中,控制过热度在15~20℃,并采用8%~10%的压下量进行压下;
2)对铸坯加热,控制加热温度在1160~1250℃,均热时间不低于45分钟;
3)分段进行轧制:控制粗轧轧制温度不低于1100℃,每道次压下率不低于10%,压下率为逐道次增加,但粗轧的最后一道次压下率控制在23~28%;经粗轧后的钢板厚度为成品厚度的2~3倍;控制精轧开轧温度不高于960℃,轧制道次为4~6道次,压下率为逐道次减少,但末三道次的总压下率不低于15%,终轧结束温度控制在820~900℃;
4)进行层流冷却:层流冷却为四段式冷却方式,其中第一段冷却上部水流量控制在40~60L/s,第二至第四段冷却上部水流量控制在250~360L/s,并选择第一段为侧喷,控制钢板上下表面水流量比在1.3~1.6;控制轨道传送速度为0.4~1.0m/s;在冷却速度不低于20℃/秒下,控制终冷温度不超过200℃;
5)空冷至室温。
本发明中各元素及主要工艺的作用及机理:
C:C是提高钢强度最为有效的元素,扩大奥氏体相区元素。保证微合金元素碳化物在轧制过程中析出,在晶界处形成钉扎,阻碍晶粒长大,并起到析出强化的效果。但C含量过高时,严重恶化钢板的焊接性能,尤其是大线能量焊接情况下HAZ的韧性。因此本发明C控制在0.07~0.11%。
Si:Si是炼钢脱氧的必要元素之一,而且Si通过固溶强化方式可以提高钢的强度,但Si含量过高会恶化钢的焊接性能及冷成型性能,因此本发明Si的含量合适范围为0.25~0.5%wt。
Mn: 有效的固溶强化元素及奥氏体形成元素,降低钢的韧脆转变温度。Mn的加入扩大了奥氏体相区,使得低碳钢可以在低温控轧,对于TMCP钢板来说Mn含量大于1.45%wt可以显著降低终轧温度,从而达到晶粒细化提高强度的目的。本发明应控制在1.30~1.60%。
P、S: 在钢中为有害元素,P含量增大会增加钢冷脆性倾向,同时严重影响钢板的HAZ的韧性,因此钢中的P应控制在0.020%以下;S对钢的低温韧性危害很大。钢中的MnS夹杂在轧制过程中沿轧制方向延伸,对钢板横向冲击性能产生巨大的负面影响。因此钢中的S含量应控制在0.010%以下。
Cr: 提高钢板的淬透性,使得铁素体和珠光体相变明显右移,拓宽贝氏体相变的冷速区间,有利于贝氏体或马氏体组织的形成,提高钢板屈服强度。但Cr含量过高将影响钢的韧性和焊接性能,并引起回火脆性。因此本发明Cr应控制在0.25~0.35%。
Nb:钢中固溶的Nb元素阻碍了高温形变奥氏体的再结晶行为,扩大奥氏体未再结晶区域,拓宽二阶段轧制的温度范围。同时,形成的碳氮化物在随后的析出过程产生析出强化,进一步增加了钢板的强度。本发明的Nb应控制在0.04~0.06%。
Ti:由于其碳氮化物固溶温度较高,在铸坯加热过程中,能显著阻碍奥氏体晶粒的长大,为后续轧制得到细小的晶粒作准备,而且在轧后产生析出强化效果,进一步提高钢的强度。同时,由于钢中加入了B元素,因此采用Ti进行固氮,保证有效B的含量,同时细小的TiN颗粒也可以提高钢板的大线能量焊接性能。因此,本发明Ti应控制在0.005~0.018%。
Ca:Ca能对钢中硫化物进行变性处理,降低硫化物对钢板韧性的影响,提高冲击性能,改善低温韧性,但Ca含量低于0.001%时,改善效果不明显,而Ca含量超过0.005%时,又会产生CaO、CaS等夹杂物,降低冲击韧性,因此本发明Ca含量应控制在0.001~0.005%。
B:钢中加入微量B即能显著提高钢的淬透性,可以强烈抑制先共析铁素体的形成,促进贝氏体和马氏体组织的转变。因此本发明B含量控制在0.0008~0.0020%。
分段式轧制:采用一阶段高温大压下轧制,保证每道次轧制能提供奥氏体发生动态再结晶所需要的临界变形量,奥氏体通过每道次间隙的动态再结晶行为,细化奥氏体晶粒,但顺着温度的降低,再结晶所需的变形量也越大。因此,本发明通过控制每道次压下率不低于10%,压下率为逐道次增加,粗轧的最后一道次压下率控制在23~28%,保证奥氏体的再结晶行为,细化晶粒。
二阶段的轧制,使奥氏体在未再结晶区发生变形,形成变形带和孪晶,从而为铁素体形核提供更多的位置。但在未再结晶区的轧制也可能形成大小不一的混晶组织,这就取决于再结晶区的变形量,压下率越大,变形带越容易产生,而且整个组织约均匀,因此,本发明在控制待温厚度为成品的2~3倍后,末三道次的总压下率不低于15%,终轧结束温度控制在820~900℃的奥氏体未再结晶区域。
控制冷却:通过加速冷却是获得贝氏体、马氏体组织的重要途径,本发明通过保证冷却速率不低于20℃/秒,从而避免铁素体和珠光体的形成。
本发明与现有技术相比,采用此制造方法所生产的铸坯中心偏析C1.0级以下,中心疏松0.5级以下,铸坯内部不出现中间裂纹和其它缺陷;钢板的金相组织为贝氏体+马氏体,屈服强度≥750MPa,抗拉强度≥950MPa,屈强比≤0.83,-20℃冲击功≥150J。
附图说明
附图为本发明的金相组织图。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述:
表1为本发明性能监测情况列表。
本发明各实施例按照以下步骤生产:
1)转炉冶炼,经LF炉及RH炉精炼,并连铸成坯:在LF炉精炼时,按照0.8~1.2米/吨钢加铝线,并控制经处理后钢液中的S≤0.003%;在RH炉精炼时,控制真空度在不超过67Pa条件下,处理时间不低于15分钟,处理结束后,按照2~3.5米/吨钢加入Si –Ca线;连铸中,控制过热度在15~20℃,并采用8%~10%的压下量进行压下;
2)对铸坯加热,控制加热温度在1160~1250℃,均热时间不低于45分钟;
3)分段进行轧制:控制粗轧轧制温度不低于1100℃,每道次压下率不低于10%,压下率为逐道次增加,但粗轧的最后一道次压下率控制在23~28%;经粗轧后的钢板厚度为成品厚度的2~3倍;控制精轧开轧温度不高于960℃,轧制道次为4~6道次,压下率为逐道次减少,但末三道次的总压下率不低于15%,终轧结束温度控制在820~900℃;
4)进行层流冷却:层流冷却为四段式冷却方式,其中第一段冷却上部水流量控制在40~60L/s,第二至第四段冷却上部水流量控制在250~360L/s,并选择第一段为侧喷,控制钢板上下表面水流量比在1.3~1.6;控制轨道传送速度为0.4~1.0m/s;在冷却速度不低于20℃/秒下,控制终冷温度不超过200℃;
5)空冷至室温。
实施例1:
钢坯熔炼成分如下所示:
钢坯成分,wt%
主要工艺取值:
LF炉精炼时,按照0.8米/吨钢加铝线;
RH炉精炼时,真空度在65Pa下,处理时间为18分钟,处理结束后,按照2.5米/吨钢加入Si –Ca线;连铸中,采用9.5%的压下量进行压下;
钢坯厚度为250mm,加热温度为1204℃,均热时间为46分钟;
分段轧制:粗轧阶段开轧温度1127℃,轧制道次8次,每道次压下率不低于10%,且为逐道次增加的,最后一道次的压下量增加到28%;
精轧阶段开轧温度为952℃,轧制道次为4个,压下率为逐道次减少,末三道次的总压下率15.1%,终轧温度为880℃,成品厚度为10mm;
四段式冷却方式,其中第一段冷却上部水流量控制在40L/s,第二至第四段冷却上部水流量控制在250L/s,并选择第一段为侧喷,控制钢板上下表面水流量比在1.30;控制轨道传送速度为1.0/s;在冷却速度为20℃/秒,终冷温度为185℃。
实施例2
钢坯熔炼成分如下所示:
钢坯成分,wt%
主要工艺取值:
LF炉精炼时,按照0.9米/吨钢加铝线;
RH炉精炼时,真空度在67Pa下,处理时间为17分钟,处理结束后,按照2.0米/吨钢加入Si –Ca线;连铸中,采用9%的压下量进行压下;
钢坯厚度为250mm,加热温度为1223℃,均热时间为54分钟;
分段轧制:粗轧阶段开轧温度1127℃,轧制道次8次,每道次压下率不低于10%,且为逐道次增加的,最后一道次的压下量增加到23%;
精轧阶段开轧温度为950℃,轧制道次为4个,压下率为逐道次减少,末三道次的总压下率15%,终轧温度为891℃,成品厚度为20mm;
四段式冷却方式,其中第一段冷却上部水流量控制在49L/s,第二至第四段段冷却上部水流量控制在259L/s,并选择第一段为侧喷,控制钢板上下表面水流量比在1.35;轨道传送速度为0.85/s;在冷却速度为25℃/秒,终冷温度为190℃。
实施例3
钢坯熔炼成分如下所示:
钢坯成分,wt%
主要工艺取值:
LF炉精炼时,按照1.2米/吨钢加铝线;
RH炉精炼时,真空度在66Pa下,处理时间为18分钟,处理结束后,按照2.8米/吨钢加入Si –Ca线;连铸中,采用8.5%的压下量进行压下;
钢坯厚度为250mm,加热温度为1215℃,均热时间为50分钟;
分段轧制:粗轧阶段开轧温度1182℃,轧制道次7次,每道次压下率不低于10%,且逐道次增加的,最后一道次的压下量增加到25%;
精轧阶段开轧温度为940℃,轧制道次为6个,压下率为逐道次减少,但末三道次的总压下率15%,终轧温度为851℃,成品厚度为30mm;
四段式冷却方式,其中第一段冷却上部水流量控制在50L/s,第二至第四段段冷却上部水流量控制在280L/s,并选择第一段为侧喷,控制钢板上下表面水流量比在1.5;轨道传送速度为0.72/s;在冷却速度为26℃/秒,终冷温度为180℃。
实施例4
钢坯熔炼成分如下所示:
钢坯成分,wt%
主要工艺取值:
LF炉精炼时,按照1.0米/吨钢加铝线;
RH炉精炼时,真空度在65Pa下,处理时间为19分钟,处理结束后,按照2.5米/吨钢加入Si –Ca线;连铸中,采用8%的压下量进行压下;
钢坯厚度为250mm,加热温度为1245℃,均热时间为49分钟;
分段轧制:粗轧阶段开轧温度1132℃,轧制道次6次,每道次压下率不低于10%,且逐道次增加的,最后一道次的压下量增加到24%;
精轧阶段开轧温度为932℃,轧制道次为5个,压下率为逐道次减少,末三道次的总压下率15.5%,终轧温度为871℃,成品厚度为50mm;
四段式冷却方式,其中第一段冷却上部水流量控制在56L/s,第二至第四段段冷却上部水流量控制在326L/s,并选择第一段为侧喷,控制钢板上下表面水流量比在1.57;轨道传送速度为0.51/s;在冷却速度为30℃/秒,终冷温度为175℃。
实施例5
钢坯熔炼成分如下所示:
钢坯成分,wt%
主要工艺取值:
LF炉精炼时,按照1.2米/吨钢加铝线;
RH炉精炼时,真空度在65Pa下,处理时间为16分钟,处理结束后,按照3.2米/吨钢加入Si –Ca线;连铸中,采用9.5%的压下量进行压下;
钢坯厚度为250mm,加热温度为1183℃,均热时间50分钟;
分段轧制:粗轧阶段开轧温度1125℃,轧制道次8次,每道次压下率不低于10%,且逐道次增加的,最后一道次的压下量增加到23%;
精轧阶段开轧温度为925℃,轧制道次为5个,压下率为逐道次减少,末三道次的总压下率15.2%,终轧温度为885℃,成品厚度为60mm;
四段式冷却方式,其中第一段冷却上部水流量控制在60L/s,第二至第四段段冷却上部水流量控制在360L/s,并选择第一段为侧喷,控制钢板上下表面水流量比在1.60;轨道传送速度为0.40/s;在冷却速度为33℃/秒,终冷温度为196℃。
表1 本发明各实施例性能检测情况列表
上述实施例仅为最佳例举,而并非是对本发明的实施方式的限定。