CN104328354A - 多特性特厚高强钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种多特性特厚高强钢板及其生产方法，属于高强度中厚板钢技术领域。钢板化学成分按重量百分比为C：0.10-0.2％，Si：0.1-0.553％，Mn：1.0-1.5％，P≤0.010％，S≤0.006％，Al：0.02-0.05％，Nb：0.01-0.03％，Ti：0.01-0.02％，Ni:0.1-0.3％，Cr：0.5-0.9％，Mo：0.2-0.5％，B：0.001-0.002％，余量为Fe及不可避免的夹杂，CEV≤0.56。该钢只需少量添加Ni、Mo等贵金属元素，控制轧制控制冷却+调质处理方式，得到回火索氏体+回火贝氏体组织，成功并稳定地生产具有高强韧性、易焊接性、高耐磨性的特厚高强度钢板，适用于各类工程机械设备，包括混凝土泵车、挖掘机、旋挖钻机、叉车、破碎机、汽车起重机、随车起重机、履带起重机等大吨位起重机的臂架、车架、转台、支腿等部位。

Description

多特性特厚高强钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于高强度中厚板钢技术领域，特别是涉及一种多特性特厚高强钢板及其生产方法，该钢只需少量添加Ni、Mo元素，采用控制轧制控制冷却+调质处理方式，得到回火索氏体+回火贝氏体组织，即可成功并稳定地生产多特性特厚高强度、高韧性、易焊接、良好耐磨性能的中厚钢板，厚度规格可达60-105mm。该生产方法适用于配备调质热处理设备的宽厚板生产线。 
背景技术
低合金高强度钢板，由于其具有高强度、良好的强韧性、可焊接性和良好的抵抗磨料磨损的能力以及较低的成本而被广泛应用于煤炭机械、建筑工程机械和重型机械行业。 
在本发明前，专利号CN103540865A，提供了一种调质高强度Q620D特厚钢板的生产方法，采用在线淬火→离线淬火→回火，Nb+Ti≤0.06，Cu+Ni≤1.0，Cr＝0.30～0.60，Mo＝0.30～0.50，CEV≤0.60，CEV按CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15公式进行计算。与本发明相比，其屈服强度不低于590Mpa，抗拉强度不低于700Mpa，强度级别偏低；CEV比本发明的0.56高，焊接性能差；不要求-40℃及其以下级别低温冲击，不要求钢板表面硬度，生产难度较低。 
专利号CN103556060A提供了一种调质高强度Q800E特厚钢板的生产方法，采用在线淬火+离线淬火+回火工艺，Nb+V+Ti≤0.10，Cu+Ni≤1.0，Cr＝0.40～0.75，Mo＝0.50～0.75，B≤0.0025，CEV≤0.60，CEV按CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15公式进行计算。不足之处在于：(1)其屈服强度不低于740Mpa，抗拉强度不低于800Mpa，A≥15％，-40℃冲击功≥27J，虽然其强度级别与本发明相当，但延伸率小于本发明的18％，对低温韧性要求明显低于本发明的-46℃V型缺口夏比冲击功97-179J，且其对表面硬度无要求；(2)其CEV≤0.6即可，比本发明的0.56高，焊接性能差。 
专利号CN103343285A提供了一种690级超高强度海洋工程用钢板及其生产方法，其特征在于，其化学成分按重量百分比为：C0.14～0.18％、Si0.20～0.35％、Mn 1.1～1.25％、Nb0.01～0.03％、P≤0.02％、S≤0.005％、Nb 0.010～0.03％、V 0.035～0.045％、Ti 0.005～0.015％、其中Nb+V+Ti≤0.12％，并将TMCP轧制、缓冷以及热处理方面参数进行优化。其力学性能为屈服强度值695～760MPa，抗拉强度780～920MPa，延伸率15.8-20.4％，Z向断面收缩率平均值≥35％。其缺点是，该成分设计只能满足厚度小于80mm钢板的强韧性要求。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种多特性特厚高强钢板及其生产方法，只需少量添加Ni、Mo等贵金属元素，采用控制轧制控制冷却+调质处理方式，得到回火索氏体+回火贝氏体组织，即可成功并稳定地生产多特性特厚高强钢板，具有高强韧性、易焊接性、高耐磨性，厚度规格为60-105mm，屈服强度Rp0.2690-760Mpa，抗拉强度790-834Mpa，延伸率A≥18％，-46℃V型缺口夏比冲击功97-179J，表面硬度为265-277HB。 
本发明钢板的化学成分(按重量百分比)为C：0.10-0.2％，Si：0.1-0.3％，Mn：1.0-1.5％，P≤0.010％，S≤0.006％，Al：0.02-0.05％，Nb：0.01-0.03％，Ti：0.01-0.02％，Ni:0.1-0.3％，Cr：0.5-0.9％，Mo：0.2-0.5％，B：0.001-0.002％，CEV≤0.56，余量为Fe及不可避免的夹杂。 
钢板组织为回火索氏体+回火贝氏体。 
屈服强度690Mpa超厚耐磨高强钢板厚度规格为60mm-105mm。 
本发明中选择的成分设计中，各元素的作用如下： 
C：选择为0.1-0.2％。碳含量对钢材的强度、韧性和焊接性能都有影响。必要的碳含量起到固溶强化的作用，与加入的Nb、Ti元素作用，析出微合金碳化物，起到抑制再结晶和析出强化的作用。 
硅：选择为0.1-0.3％。Si是炼钢脱氧的必要元素，且以固溶强化形式提高钢的强度；含量太低脱氧效果不佳，含量太高会降低韧性，可焊性较差。 
锰：选择为1.0-1.5％。Mn是固溶强化和提高钢板抗拉强度的最重要元素，在调质钢中还能降低奥氏体向铁素体转变温度，扩大奥氏体相区，有利于控轧过程中对晶粒尺寸的控制，获得细小组织，利于低温韧性的改善，且其成本低廉，应用经济，因此本发明中把Mn左右主要合金元素。 
铝：选择为Al：0.02-0.05％。Al为脱氧元素，形成AlN有效硅细化晶粒，与Si相似，含量不足，脱氧效果很差，太高则影响韧性。 
Nb：选择为0.01-0.3％。Nb能够有效地抑制奥氏体再结晶，提高再结晶温度，扩大未再结晶区范围，为精轧阶段控制轧制加大压下量来细化最终组织提供保证。其中，固溶铌的细小碳氮化物对奥氏体晶界及亚结晶起到钉扎拖曳作用，在冷却过程中，部 分固溶铌可以在贝氏体中析出碳氮化物，起到析出强化的作用。 
Ti：选择为0.01-0.0％。钛除了固定氮元素，还可以阻止加热、轧制和焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。 
磷和硫：选择为≤0.010％和0.006％。P、S均为有害元素，严格控制P、S含量有利于提高钢板的低温韧性。 
Ni：选择为0.1-0.3％，可以扩大奥氏体相区，降低奥氏体向铁素体的转变温度，利于细化细化马氏体/贝氏体晶粒尺寸，增加马氏体/铁素体位相差，同时提高调质钢板强度和韧性，尤其是改善低温冲击韧性方面十分有益。 
Cr：选择为0.5-0.9％，增加钢板淬透性，提高钢板强度，增加马氏体/铁素体板条间位相差，改善低温韧性；能与C和P反应，在表面一层很薄的硬层，改善钢板硬度和耐磨性能。 
Mo：选择为0.2-0.5％，能够提高钢的强度和硬度，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，增加回火稳定性。 
B：选择为0.001-0.002％，显著增加钢板的淬透性，价格低廉，经济实惠，加入过多对钢板韧性和焊接性能不利。 
本发明的采用的生产工艺如下： 
(1)铸坯生产工艺：铸坯采用铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸，严格控制板坯成分。 
(2)板坯加热工艺：加热温度设定为1180～1250℃，加热时间为3.5-4.5h，使铸坯奥氏体化，保证微合金充分固溶，且温度不至于太高导致奥氏体晶粒粗大； 
(3)轧制工艺：采用再结晶区和未再结晶区的两阶段轧制。 
第一阶段为再结晶区轧制，也是粗轧阶段，其开轧温度1000-1100℃。由于钢板厚度达到60-105mm，其第二阶段的总压下量和道次压下率均受到制约，因此需要更加充分地发挥第一阶段的轧制效果。本发明认为对于调质钢，淬火组织的晶粒尺寸与奥氏体晶粒尺寸关系更大，因此，需要强调在再结晶区的轧制，能够充分发挥轧制能力，利用反复大压下率的轧制，充分细化奥氏体晶粒，从而改善超厚调质钢的强度、第低温韧性、耐磨性能等。 
第二阶段为精轧阶段：轧件中间待温厚度按照成品厚度的1.5倍～2倍控制；奥氏体未再结晶区开轧温度830℃-868℃，终轧温度控制在800-830℃。 
1)控制冷却 
终冷温度控制在679-700℃，冷却速度控制在11.79-16.99℃/s。 
2)调质工艺 
采用淬火+回火的热处理工艺。 
淬火温度890-920℃，保温30-60min，保证淬火钢板表面钢板组织为马氏体，1/4处组织为马氏体+少量贝氏体，心部为贝氏体；同时保证淬火表面硬度能达到430-450HB； 
回火温度为620-650℃，回火时间为60min-100min，回火组织为回火马氏体+回火贝氏体组织，保证屈服强度Rp0.2690-760Mpa，-46℃V型缺口夏比冲击功97-179J，表面硬度为269-277HB。 
本发明的优点在于： 
本发明采用少量Ni、Mo等贵重金属元素，合金成本低，节约社会资源，满足绿色环保设计理念。 
本发明充分利用再结晶区轧制、未再结晶区轧制、控制冷却的轧制方式，获得奥氏体晶粒尺寸适当的组织，通过适当发挥Nb、Ni、Cr、Mo、B等微合金元素的综合作用，缩短淬火和回火时间，生产成本低，生产周期短。 
根据本发明提供的化学成分和生产方法，可以成功稳定地生产一种多特性特厚高强钢板。该钢只需少量添加Ni、Mo等贵金属元素，具有高强韧性、易焊接性、高耐磨性的，厚度规格为60-105mm，屈服强度Rp0.2690-760Mpa，抗拉强度790-834Mpa，延伸率A≥18％，-46℃V型缺口夏比冲击功97-179J，表面硬度为265-277HB，适用于各类工程机械设备，包括混凝土泵车、挖掘机、旋挖钻机、叉车、破碎机、汽车起重机、随车起重机、履带起重机等大吨位起重机的臂架、车架、转台、支腿等部位。 
附图说明
图1为63.2mm表层照片。 
图2为63.2mm-1/4照片。 
图3为63.2mm-心部照片。 
图4为88.9mm-表层照片。 
图5为88.9mm-1/4照片。 
图6为88.9mm-心部照片。 
图7为101.2mm-表层照片。 
图8为101.2mm-1/4照片。 
图9为101.2mm-心部照片。 
具体实施方式：
本实施实例为规格63.2mm、88.9mm和102.6mm的屈服强度690Mpa超厚耐磨钢板的生产工艺，其成分重量百分比如表1，63.2mm、88.9mm和102.6mm钢板的CEV分别为0.496、0.516和0.558。 
表1化学成分 
规格 C SI Mn P S Alt Als NB V TI NI Cr Mo B
63.2mm 0.145 0.19 1.23 0.012 0.0021 0.027 0.025 0.02 0.043 0.012 0.192 0.322 0.303 0.0019
88.9mm 0.153 0.19 1.23 0.012 0.0021 0.027 0.025 0.02 0.043 0.012 0.202 0.401 0.332 0.0019
101.6mm 0.161 0.23 1.24 0.012 0.002 0.037 0.035 0.021 0.053 0.013 0.246 0.447 0.384 0.0020
铸坯采用铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸，严格控制板坯成分。 
表2为轧制工艺参数 
表3热处理工艺参数 
规格 淬火温度 淬火保温时间 回火温度 回火保温时间
63.2mm 910℃ 30min 650℃ 60min
88.9mm 910℃ 50min 655℃ 90min
101.2mm 910℃ 60min 655℃ 105min
表4力学性能 

Claims (4)

1.一种多特性特厚高强钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.10-0.2％，Si：0.1-0.3％，Mn：1.0-1.5％，P≤0.010％，S≤0.006％，Al：0.02-0.05％，Nb：0.01-0.03％，Ti：0.01-0.02％，Ni:0.1-0.3％，Cr：0.5-0.9％，Mo：0.2-0.5％，B：0.001-0.002％，CEV≤0.56，余量为Fe及不可避免的夹杂。
2.如权利要求1所述的多特性特厚高强钢板，其特征在于：钢板组织为回火索氏体+回火贝氏体。
3.如权利要求1所述的多特性特厚高强钢板，其特征在于：钢板厚度规格为60mm-105mm。
4.一种生产如权利要求1所述的多特性特厚高强钢板的生产方法，工艺包括控轧控冷、调质处理；其特征在于：工艺中控制的技术参数为：
(1)控制轧制：轧件中间待温厚度按照成品厚度的1.5倍～2倍控制；奥氏体未再结晶区开轧温度830℃-868℃，终轧温度控制在800-830℃；
(2)控制冷却：终冷温度控制在679-700℃，冷却速度控制在11.79-16.99℃/s；
(4)调质工艺：淬火温度890-920℃，保温30-60min，回火温度为620-650℃，回火时间为60min-100min。
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