CN103305767B - 一种屈服强度≥750MPa工程机械用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

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%；步骤为：转炉冶炼；对铸坯加热；分段进行轧制；四段式层流冷却；空冷至室温。本发明生产的铸坯中心偏析在C1.0级以下,中心疏松在0.5级以下，铸坯内部无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。

Description

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R_P0.2≥630MPa，延伸率A≥16%，-40℃冲击功AK_V≥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。

Claims (1)

1.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；铸坯的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：0.004～0.005%，其余为Fe；

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。