CN103540850A - 屈服强度≥550MPa的超厚工程机械用钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

屈服强度≥550MPa的超厚工程机械用钢，其组分及wt%为：C：0.07～0.11%，Mn：1.35～1.60%，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%；生产步骤：经铁水脱硫后转炉冶炼；对夹杂物进行变性处理；在连铸中采用氩气保护，并在铸坯凝固末端进行轻压；对铸坯加热；粗轧；精轧并高压水除鳞；水冷；回火处理。本发明的特点不仅钢板厚度为50～80mm，力学性能：屈服强度≥550MPa，抗拉强度680-780MPa，延伸率A≥18%，-20℃冲击功≥150J，又具有短流程及低成本的特点，且铸坯中心偏析在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产生。

Description

屈服强度≥550MPa的超厚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，具体地属于一种屈服强度≥550MPa、钢板厚度为50~80mm的工程机械用钢及生产方法。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，工程机械向大型化、轻型化发展，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。目前，高强度工程机械钢主要采用TMCP或TMCP+回火工艺生产，但这种生产方法大多集中在厚度较小的钢板上，对于厚度≥50mm的钢板，主要采取可调质热处理工艺，但是采用调质热处理工艺复杂，生产工艺长，成本高。

在本发明之前，国内有关高强度钢板的报道较多。经检索，中国专利申请号为201110249728.4的专利文献，其公开了“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，低于本发明强度，且钢板采用薄板坯连铸连轧，其生产厚度规格小于50mm。

专利申请号：201010237136.6提供了“一种600MPa级别高强度工程机械用钢及其生产方法”，其化学成分按照重量百分比为：C：0.06-0.09%、Si：0.15-0.25%、Mn：1.4-1.6%、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。其生产方法为两阶段控制轧制+层流水冷却的热轧卷生产方式。与本发明的不同之处在于：生产方法不同，且钢中加入较多的Ti，含量达到0.09-0.12%，其成本较高，且对钢的焊接性能不利。

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C：0.045～0.075%、Si：0.30～0.50%、Mn：1.55～1.95%、P≤0.01%、S≤0.0025%、Alt：0.012～0.035%、Cr：0.15～0.25%、Mo：0.15～0.3%、Cu：0.2～0.4%、Ni：0.2～0.4%、Nb：0.008～0.04%、V：0.008～0.04%、Ti：0.008～0.03%、B：0.008～0.0015%，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，且钢板厚度为10～40mm，与本发明不同。

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C：0.15～0.20%、Si：1.0～2.0%，Mn：1.8～2.0%，Al≤0.036%、V：0.05～0.1%、P≤0.01%、S≤0.005%、Cr：0.8～1.0%，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，钢中的C、Si、Mn、Cr含量很高，其PCM达到0.417以上，严重损害了钢板的焊接性能。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种钢板厚度为50～80mm，力学性能：屈服强度≥550MPa，抗拉强度680-780MPa，延伸率A≥18%，-20℃冲击功≥150J，又具有短流程及低成本的工程机械用钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

屈服强度≥550MPa的超厚工程机械用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.07～0.11%，Mn：1.35～1.60%，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%，其余为Fe及不可避免的杂质；钢板厚度为50～80mm，力学性能：屈服强度≥550MPa，抗拉强度680-780MPa，延伸率A≥18%，-20℃冲击功≥150J。

生产屈服强度≥550MPa的超厚工程机械用钢的方法，其步骤：

1）经铁水脱硫后转炉冶炼；

2）经LF炉、RH真空处理炉及钢包对夹杂物进行变性处理后连铸，其中：在LF炉中，处理前控制Als重量百分比在0.040～0.050%，保证处理后S≤0.005%；在RH真空处理炉中，控制真空度不超过67Pa，真空处理时间不低于15分钟，钢水中O含量小于15ppm，H含量小于1.5ppm；控制钢包过热速度在15～20℃；

3）在连铸成坯中采用氩气保护，并在铸坯凝固末端进行压下，其压下率控制在8~10%；

4）对铸坯加热，控制加热温度在1160～1250℃，均热时间不低于45分钟；

5）进行粗轧，控制粗轧开轧温度不低于1100℃，并采用先宽展后再纵轧至成品厚度的1.5~2.0倍的厚板，且采用轧制道次压下率递增方式，道次压下率不低于10%；

6）进行精轧，控制其开轧温度在950～980℃，终轧温度在880～950℃，轧制道次为3~4道次，轧制最末道次的压下率不低于8%，且采用轧制道次压下率递减方式；在轧制的同时，采用高压水除鳞；

7）进行水冷：控制钢板开冷温度在Ar3+30～50℃，冷却速度不低于15℃/s，终冷温度不超过400℃，辊道传输速度在0.3～0.8m/s，出口段冷却采用侧喷方式；然后空冷至室温；

8）进行回火处理，控制回火温度在400℃～600℃，保温时间根据：1.2至1.5倍的成品钢板厚度再加10分钟，钢板的厚度以mm为单位。

本发明中各元素及主要工序的作用

本发明的C含量选择在0.07～0.11%，优选在0.08～0.11%，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，并且钢中的贝氏体生产率，随Mn的增加而提高，综合考虑焊接性能因素，因此本发明C控制在0.07~0.11%，Mn控制在1.30~1.50%。

    本发明的P≤0.020%、S≤0.010%，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。

本发明的Cr含量选在0.25～0.35%，Cr在钢中能减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性，能提高钢的强度和硬度，加入量过高，会增加钢的回火脆性。

本发明的Nb含量选择在0.04～0.06%，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。

本发明添加微量的B元素，由于B具有小的原子半径，且在Fe中的溶解度很小，基本上是沿着基体组织的晶界富集，而在晶界处几乎集中了组织的各种结构缺陷，分布在缺陷处的B原子降低界面能，提高了钢的淬透性。微量B可提高钢的淬透性，而对其他性能无明显影响。但当B含量大于0.003%时，提高淬透性的作用不再明显，而会降低晶界结合力，引发热脆。因此，本发明B含量为0.0008～0.0020。

本发明的Ti含量选择在0.005～0.018%，Ti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。但Ti含量过多时，对钢板的焊接性能不利，因此，选择Ti含量为0.005～0.018%。

在冷却工序中，控制钢板开冷温度在Ar3+30～50℃，冷却速度不低于15℃/s，终冷温度不超过400℃，辊道传输速度在0.3～0.8m/s，出口段冷却采用侧喷方式，其目的是为了使各冷却管喷出的水分散均匀，保证钢板表面冷却均匀性，提高钢板板形质量。

本发明与现有技术相比，不仅钢板厚度为50～80mm，力学性能：屈服强度≥550MPa，抗拉强度680-780MPa，延伸率A≥18%，-20℃冲击功≥150J，又具有短流程及低成本的特点，而且铸坯中心偏析在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产生。

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性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

其步骤：

1）经铁水脱硫后转炉冶炼；

2）经LF炉、RH真空处理炉及钢包对夹杂物进行变性处理后出钢，其中：在LF炉中，处理前控制Als重量百分比在0.040～0.050%，保证处理后S≤0.005%；在RH真空处理炉中，控制真空度不超过67Pa，真空处理时间不低于15分钟，钢水中O含量小于15ppm，H含量小于1.5ppm；控制钢包过热速度在15～20℃；

3）在连铸成坯中采用氩气保护，并在铸坯凝固末端进行压下，其压下率控制在8~10%；

4）对铸坯加热，控制加热温度在1160～1250℃，均热时间不低于45分钟；

5）进行粗轧，控制粗轧开轧温度不低于1100℃，并采用先宽展后再纵轧至成品厚度的1.5~2.0倍的厚板，且采用轧制道次压下率递增方式，道次压下率不低于10%；

6）进行精轧，控制其开轧温度在950～980℃，终轧温度在880～950℃，轧制道次为3~4道次，轧制最末道次的压下率不低于8%，且采用轧制道次压下率递减方式；在轧制的同时，采用高压水除鳞；

7）进行水冷：控制钢板开冷温度在Ar3+30～50℃，冷却速度不低于15℃/s，终冷温度不超过400℃，辊道传输速度在0.3～0.8m/s，出口段冷却采用侧喷方式；然后空冷至室温；

8）进行回火处理，控制回火温度在400℃～600℃，保温时间根据：1.2至1.5倍的成品钢板厚度再加10分钟，钢板的厚度以mm为单位。

表1        本发明各实施例及对比例的取值列表wt%

表2    本发明各实施例及对比例工艺参数列表（一）

表2    本发明各实施例及对比例工艺参数列表（二）

表3   本发明各实施例及对比例的力学性能列表

需要说明的情况：对比例1为采用的本发明钢的成分，并在所限定的范围取值，工艺采用现有技术；对比例2为采用现有技术的成分及取值，工艺采用本发明的工艺的试验情况。

从表3可以看出，采用本发明的生产工艺，可以得到一种屈服强度≥550MPa，抗拉强度680-780MPa，延伸率A≥18%，-20℃冲击功≥150J。且延伸率保持在20%以上，-20℃冲击保持在200J以上，具有优异的综合性能的钢板。

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.屈服强度≥550MPa的超厚工程机械用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.07～0.11%，Mn：1.35～1.60%，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%，其余为Fe及不可避免的杂质；钢板厚度为50～80mm，力学性能：屈服强度≥550MPa，抗拉强度680-780MPa，延伸率A≥18%，-20℃冲击功≥150J。

2.生产如权利要求1所述的屈服强度≥550MPa的超厚工程机械用钢的方法，其步骤：

1）经铁水脱硫后转炉冶炼；

2）经LF炉、RH真空处理炉及钢包对夹杂物进行变性处理后连铸，其中：在LF炉中，处理前控制Als重量百分比在0.040～0.050%，保证处理后S≤0.005%；在RH真空处理炉中，控制真空度不超过67Pa，真空处理时间不低于15分钟，钢水中O含量小于15ppm，H含量小于1.5ppm；控制钢包过热速度在15～20℃；

3）在连铸成坯中采用氩气保护，并在铸坯凝固末端进行压下，其压下率控制在8~10%；

4）对铸坯加热，控制加热温度在1160～1250℃，均热时间不低于45分钟；

5）进行粗轧，控制粗轧开轧温度不低于1100℃，并采用先宽展后再纵轧至成品厚度的1.5~2.0倍的厚板，且采用轧制道次压下率递增方式，道次压下率不低于10%；

6）进行精轧，控制其开轧温度在950～980℃，终轧温度在880～950℃，轧制道次为3~4道次，轧制最末道次的压下率不低于8%，且采用轧制道次压下率递减方式；在轧制的同时，采用高压水除鳞；

7）进行水冷：控制钢板开冷温度在Ar3+30～50℃，冷却速度不低于15℃/s，终冷温度不超过400℃，辊道传输速度在0.3～0.8m/s，出口段冷却采用侧喷方式；然后空冷至室温；

8）进行回火处理，控制回火温度在400℃～600℃，保温时间根据：1.2至1.5倍的成品钢板厚度再加10分钟，钢板的厚度以mm为单位。

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