CN103397259A - 抗拉强度≥600MPa无板厚效应的工程机械用钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

抗拉强度≥600MPa无板厚效应的工程机械用钢及生产方法，其在同一强度级别下，根据钢板厚度分段不同，进行组分及重量百分比含量的设计；生产步骤：经转炉冶炼、精炼后连铸成坯；并采用控轧控冷工艺；对铸坯加热；采用控轧控冷工艺进行如下工序：先采用控轧在4300mm轧机上进行两阶段轧制，再进行控制冷却；自然冷却至室温，待用。本发明对同一强度级别钢板，采用统一成分体系和工艺，根据不同的厚度范围设计成分，保证10~100mm厚度的钢板不会出现随板厚增加强度减小的板厚效应，提高了钢板使用安全系数，也便于组织生产，也能大幅降低成本，且不需要热处理，无需添加任何其它设备，生产工艺流程简单，生产效率高。

Description

抗拉强度≥600MPa无板厚效应的工程机械用钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种工程机械用钢及其生产方法，具体地属于一种Rm≥600MPa无板厚效应的工程机械用钢及生产方法。

背景技术

高强度工程机械用钢主要用于制造工程机械结构件，受服役条件和焊接工艺的限制，这类用途的钢板需要材料具有足够的强度、塑性、韧性和焊接性能。随着工程机械向大型化和轻型化方向发展，高强度工程机械用特厚钢板市场需求量呈上升趋势，同一强度级别的钢板在同一工程项目应用中，所需的厚度范围非常大。众所周知，同一强度级别的钢板，随着厚度的增加性能指标会不断下降，针对这一普遍现象，我国低合金高强结构钢所采用制造标准GB/T1591规定，同一强度级别钢种，不同厚度范围对应不同的性能指标，减少了钢铁企业的生产难度。但是，这并没有从根本上解决这一普遍性问题，而且牌号相同的不同厚度的钢板在使用过程中，由于实际性能不匹配导致了安全隐患。同一级别的高强度钢板，由于厚度不同往往采用不同的成分设计体系和制造方法，也造成了同一工程项目使用中不匹配现象。因此迫切需要提供一种无板厚效应的高强度工程机械用钢。

目前，已公开的专利均是针对单一厚度或较小厚度范围的，同一强度级别的高强度钢板采用的成分设计体系、生产工艺、性能指标不尽相同。

经检索：中国专利公开号为CN101899616的专利文献，公开了一种600MPa级别高强工程机械用钢及其生产方法，该钢的化学成分按重量百分比为C：0.06-0.09%，Si：0.15-0.25%，Mn：1.40~1.60%，P：≤0.020%，S：≤0.010%，Alt：0.020-0.060%，Nb：0.040-0.060%，Ti：0.09-0.12，其余为Fe及不可避免的杂质。该钢无需添加Mo、V等昂贵元素，采用控制轧制连轧技术和控制冷却技术，下线后采用保温坑缓冷，可生产厚度为5~16mm的热轧板卷，适用于工程机械等领域。其存在的不足是：生产的钢板规格范围很小，基本只局限于薄规格钢板的制造，而不适用于厚规格钢板，其原因是该成分设计和工艺生产厚规格钢板强度达不到该级别钢板的强度要求，会出现明显的厚度效应。

中国专利公开号为CN102041438的专利文献，公开了一种低合金高强度结构钢Q460C特厚钢板及其生产方法，其化学成分：C：≤0.20%，Si：≤0.60%，Mn：1.40~1.60%，P：≤0.020%，S：≤0.005%，微合金元素（Nb+Ti+V+Ni）：≤0.25%，Als：≥0.015%，其余为Fe和微量杂质元素。合理选用微合金化元素Nb、Ti、V、Ni的最佳配比复合加入，充分发挥析出强化与细晶强化双重效果，在不降低塑韧性的前提下，确保使压力容器板的各项性能指标达到国际120mm的要求。其优势在于合金元素添加量较低且配比自由，厚度达到了120mm以上，其不足在于：采用模铸浇注相对于连铸工艺降低了生产效率；采用正火热处理工艺，增加了生产周期；性能方面，强度和低温冲击韧性不足以满足大型工程机械在低温环境下长期使用，整机寿命和施工能力不会有大幅提高。

以上两个专利文献是众多相似强度级别钢板专利中，由于针对的厚度范围不同，成分设计和生产工艺均存在很大差别的具有代表性的专利文献。对于厚度范围很大的统一强度级别钢板，采用这样的专利方法生产，对钢铁企业组织生产、对工程机械制造行业钢板使用均是不合适的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对不同厚度范围调整具体的成分含量，既有利于控制成本也便于组织生产，随钢板厚度增加无明显的性能指标下降的板厚效应，其适用厚度范围为10~100mm，并采用相同的成分设计体系和连铸+TMCP工艺路线的600MPa级无板厚效应的工程机械用钢及其制造方法。

实现上述目的的措施：

抗拉强度≥600MPa无板厚效应的工程机械用钢，其根据钢板厚度分段不同，其组分及重量百分比含量为：

钢板厚度在10~40mm时，其组分及重量百分比含量为： C：0.04~0.08%、Si：0.25~0.40%、Mn：1.00~1.50%、P：≤0.02%、S：≤0.01%、Cr：0.20~0.40%、Ti：0.01~0.02%、Nb：0.02~0.04%、B：0.0008~0.0010%、Als：0.015~0.03%，其余为Fe和不可避免面的杂质；

钢板厚度在大于40至小于80mm时，其组分及重量百分比含量为：C：0.08~0.14%、Si：0.30~0.45%、Mn：1.50~1.80%、P：≤0.015%、S：≤0.008%、Cr：0.40~0.60%、Ti：0.02~0.04%、Nb：0.04~0.06%、B：0.0010~0.0020%、Als：0.03~0.04%，其余为Fe和微量杂质元素；

钢板厚度在大于80至小于等于100mm时，其组分及重量百分比含量为：C：0.14~0.18%、Si：0.35~0.50%、Mn：1.80~2.00%、P：≤0.010%、S：≤0.006%、Cr：0.60~0.80%、Ti：0.04~0.05%、Nb：0.06~0.08%、B：0.0020~0.0030%、Als：0.04~0.05%，其余为Fe和微量杂质元素。

生产抗拉强度≥600MPa无板厚效应的工程机械用钢的方法，其步骤：

1）经转炉冶炼、精炼后连铸成坯；

2）对铸坯加热，控制加热温度在1180℃～1240℃，确保铸坯加热温度的均匀性；

3）采用控轧控冷工艺进行如下工序：

A、在4300mm轧机上进行两阶段控制轧制：控制第一阶段开轧温度在1050℃～1120℃，每道次压下率不低于15%；并控制轧后坯厚度比成品厚度大50~80mm范围；

进行第二阶段轧制，控制第二阶段开轧温度在850℃～980℃，第二阶段的轧制在保证板形的前提下，每道次压下率选用最高的；

B、进行冷却，在冷却速率尾10～20℃/s下，将钢板温度由780~820℃终冷至450℃～550℃；

4）自然冷却至室温，待用。

本发明中各元素及主要工序的作用

C、Mn是最有效的固溶强化元素，增加钢中Mn的含量将降低钢的相变温度，细化晶粒，当Mn的含量超过1.5%时，还具有促进钢贝氏体化的作用，并且钢中的贝氏体比率，随Mn的增加而提高，综合考虑焊接性能因素，因此本发明采用低碳高锰为基础的化学成分设计，随厚度增加适当提高C、Mn含量，保证厚板强度。

是中等碳化物形成元素，加热时溶入奥氏体的Cr强烈提高淬透性，钢中的Cr一部分置换铁形成合金渗碳体，提高其稳定性；一部分溶入贝氏体铁素体中，产生固溶强化，提高基体的强度和硬度。Cr不仅能使C曲线明显右移，而且使贝氏体和贝氏体转变区域分离，可显著推迟珠光体转变，使钢再较大冷速范围内获得贝氏体组织，Cr具有固溶强化作用，且不损害钢板冲击韧性。随厚度增加，增加Cr含量，有利于获得均一的贝氏体组织，从而消除板厚效应。

在钢中加入Nb，可以通过Nb(CN)未溶质点及应变诱导析出抑制高温变形过程的再结晶，扩大未再结晶区范围，以便TMCP工艺的施行，从而达到细化铁素体晶粒的目的；Nb析出强化作用减少钢板性能对贝氏体组织的依耐性，也有利于消除板厚效应。

的添加，可起到抑制加热过程中奥氏体晶粒的长大作用，同时，微合金低温区析出物也能起到析出强化的作用。Ti与B同时添加强烈提高了钢板贝氏体淬透性，有利于获得均一贝氏体组织，从而消除板厚效应。

钢中Al的加入则会形成酸溶铝（Als）和酸不溶铝，而Als包括固溶铝和AlN，弥散的AlN粒子能阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。

钢中S、P是有害杂质元素，钢中P、S含量越低越好。当钢中S含量较多时，热轧时容易产生热脆等问题；而钢中P含量较多时，钢容易发生冷脆，此外，磷还容易发生偏析。

工艺是获得贝氏体组织的关键工序，设计关键在于，通过板坯加热、轧制制度及冷却制度控制钢材高温奥氏体组织形态、控制相变过程，最终控制钢材的组织类型、形态、分布和析出相等因素，满足钢板设计性能要求，同时TMCP工艺也是控制板形的重要手段。

本发明与现有技术相比，对同一强度级别钢板，采用统一成分体系和工艺，根据不同的厚度范围设计成分，保证10~100mm厚度的钢板不会出现随板厚增加强度减小的板厚效应，提高了钢板使用安全系数，也便于组织生产，也能大幅降低成本，且不需要热处理，无需添加任何其它设备，生产工艺流程简单，生产效率高。

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为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例控冷工艺主要参数控制列表；

表4 为本发明各实施例及对比例力学性能检验结果。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

其步骤：

1）经转炉冶炼、精炼后连铸成坯；

2）对铸坯加热，控制加热温度在1180℃～1240℃，确保铸坯加热温度的均匀性；

3）采用控轧控冷工艺进行如下工序：

A、在4300mm轧机上进行两阶段控制轧制：进行第二阶段轧制，控制第一阶段开轧温度在1050℃～1120℃，每道次压下率不低于15%；并控制轧后坯厚度比成品厚度大50~80mm范围；

进行第二阶段轧制，控制第二阶段开轧温度在850℃～980℃，第二阶段的轧制在保证板形的前提下，每道次压下率选用最高的；

B、进行冷却，在冷却速率为10～20℃/s下，将钢板温度由780~820℃终冷至450℃～550℃。

）自然冷却至室温，待用。

表1 本发明各实施例及对比例的化学成分（wt％）

表2  本发明各实施例及对比例控轧工艺主要参数控制

表3  本发明各实施例及对比例控冷工艺主要参数控制

表4  本发明各实施例及对比例力学性能检验结果对比列表

   注：对比例1及对比例2采用的工艺：对比例1采用常规的连续轧制工艺，对比例2采用常规的控轧控冷工艺。

从表4可以看出，本发明制造方法适合生产厚度为10-100mm的高强度高韧性钢种，采用相同的成分体系和工艺设计，生产的钢板随厚度增加性能不会出现降低趋势，即本发明适用于制造无板厚效应的高强度工程机械用钢板。

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 (2)

1.抗拉强度≥600MPa无板厚效应的工程机械用钢，其根据钢板厚度分段不同，其组分及重量百分比含量为：

钢板厚度在10~40mm时，其组分及重量百分比含量为： C：0.04~0.08%、Si：0.25~0.40%、Mn：1.00~1.50%、P：≤0.02%、S：≤0.01%、Cr：0.20~0.40%、Ti：0.01~0.02%、Nb：0.02~0.04%、B：0.0008~0.0010%、Als：0.015~0.03%，其余为Fe和不可避免面的杂质；

钢板厚度在大于40至小于80mm时，其组分及重量百分比含量为：C：0.08~0.14%、Si：0.30~0.45%、Mn：1.50~1.80%、P：≤0.015%、S：≤0.008%、Cr：0.40~0.60%、Ti：0.02~0.04%、Nb：0.04~0.06%、B：0.0010~0.0020%、Als：0.03~0.04%，其余为Fe和微量杂质元素；

钢板厚度在大于80至小于等于100mm时，其组分及重量百分比含量为：C：0.14~0.18%、Si：0.35~0.50%、Mn：1.80~2.00%、P：≤0.010%、S：≤0.006%、Cr：0.60~0.80%、Ti：0.04~0.05%、Nb：0.06~0.08%、B：0.0020~0.0030%、Als：0.04~0.05%，其余为Fe和微量杂质元素。

2.生产权利要求1所述的抗拉强度≥600MPa无板厚效应的工程机械用钢的方法，其步骤：

1）经转炉冶炼、精炼后连铸成坯；

2）对铸坯加热，控制加热温度在1180℃～1240℃，确保铸坯加热温度的均匀性；

3）采用控轧控冷工艺进行如下工序：

A、在4300mm轧机上进行两阶段控制轧制：进行第二阶段轧制，控制第一阶段开轧温度在1050℃～1120℃，每道次压下率不低于15%；并控制轧后坯厚度比成品厚度大50~80mm范围；

进行第二阶段轧制，控制第二阶段开轧温度在850℃～980℃，第二阶段的轧制在保证板形的前提下，每道次压下率选用最高的；

B、进行冷却，在冷却速率为10～20℃/s下，将钢板温度由780~820℃终冷至450℃～550℃；

4）自然冷却至室温，待用。

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