CN104789877A - 一种重载货架的高强度防腐钢板及其热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种重载货架的高强度防腐钢板，该钢板的成分及质量百分比为：C：0.45-0.49%、Mn：0.27-0.29%、Cr：2.8-3.9%、Si：0.18-0.21%、Nb：0.083-0.085%、V：0.03-0.05%、Ti：0.66-0.79%、Al：0.53-0.57%、Cu：0.09-0.15%、Mo：0.13-0.15%、镧系稀土：0.035-0.043%、余量为Fe和不可避免的杂质；所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：4-11%、铕：5-10%、铽：10-13%、钆：15-22%、镨：12-15%、钬：0-4%、铒：15-20%、余量为镧，以上各组分之和为100%；本发明的钢板具有强抗腐蚀性能，横向屈服强度高，且具有优异低温韧性。

Description

一种重载货架的高强度防腐钢板及其热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种钢板及其制备方法，具体地说是一种重载货架的高强度防腐钢板及其热处理工艺。
背景技术
仓储设备是指能够满足储藏和保管物品需要的技术装置和机具，仓储设备是仓储与物流技术水平高低的主要标志，现代仓储设备体现了现代仓储与物流技术的发展。仓储设备中的货架是比较常用的设备，穿梭车货架特点是叉车无需进入巷道，节省了时间，提高人员及货物的安全性，库房内货物存取效率大幅度提高，充分利用库房空间，库房内可以利用约80%～85%的空间，适合不同种类产品可以分层灵活存取，相比较驶入架，贯通架，结构根稳固，安全系数高，可实现先进先出和先进后出；由于特殊物料的存放需要，穿梭车货架的使用条件和环境越来越苛刻，对钢板的厚度要求越来越厚，相应地对用于仓储设备的钢板的技术要求也不断提高，需要其有足够的横向屈服强度；另外，特别是用于存放一些易腐蚀货物时，常常会因为钢板的被腐蚀而导致仓储设备在短时间内就断裂，增加了仓储成本；且在一些寒冷地区，于货架承重的钢板的低温韧性也不高，也常会导致仓储设备在短时间内就断裂。因此如何有效提高用于穿梭车货架的钢板的横向屈服强度、抗腐蚀性能以及低温韧性是本领域技术人员一直需要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种重载货架的高强度防腐钢板及其热处理工艺，具有强抗腐蚀性能，横向屈服强度≥220 MPa，高塑性，且具有优异低温韧性。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：提供一种重载货架的高强度防腐钢板，该钢板的成分及质量百分比为：C：0.45-0.49%、Mn：0.27-0.29%、Cr：2.8-3.9%、Si：0.18-0.21%、Nb：0.083-0.085%、V：0.03-0.05%、Ti：0.66-0.79%、Al：0.53-0.57%、Cu：0.09-0.15%、Mo：0.13-0.15%、镧系稀土：0.035-0.043%、余量为Fe和不可避免的杂质；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：4-11%、铕：5-10%、铽：10-13%、钆：15-22%、镨：12-15%、钬：0-4%、铒：15-20%、余量为镧，以上各组分之和为100%；
该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.1-5.3%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.3-5.5%，且无带状组织。
本发明的进一步限定技术方案：前述的重载货架的高强度防腐钢板，所述杂质的总含量≤0.2%，其中，P≤0.015%、S≤0.007%、H≤0.004%、N≤0.006％、O≤45ppm。
前述的重载货架的高强度防腐钢板，该钢板的成分及质量百分比为：C：0.45%、Mn：0.27%、Cr：2.8%、Si：0.18%、Nb：0.083%、V：0.03%、Ti：0.66%、Al：0.53%、Cu：0.09%、Mo：0.13、镧系稀土：0.035%、余量为Fe和不可避免的杂质；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：4%、铕：5%、铽：10%、钆：15%、镨：12%、铒：15%、余量为镧，以上各组分之和为100%；
该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.1%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.3%，且无带状组织。
前述的重载货架的高强度防腐钢板，该钢板的成分及质量百分比为：C：0.48%、Mn：0.28%、Cr：3.4%、Si：0.20%、Nb：0.084%、V：0.04%、Ti：0.72%、Al：0.55%、Cu：0.12%、Mo：0.14%、镧系稀土：0.041%、余量为Fe和不可避免的杂质；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：8%、铕：7%、铽：11%、钆：18%、镨：14%、钬：2%、铒：18%、余量为镧，以上各组分之和为100%；
该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.2%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.4%，且无带状组织。
前述的重载货架的高强度防腐钢板，该钢板的成分及质量百分比为：C：0.49%、Mn：0.29%、Cr：3.9%、Si：0.21%、Nb：0.085%、V：0.05%、Ti：0.79%、Al：0.57%、Cu：0.15%、Mo：0.15%、镧系稀土：0.043%、余量为Fe和不可避免的杂质；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：11%、铕：10%、铽：13%、钆：22%、镨：15%、钬：4%、铒：20%、余量为镧，以上各组分之和为100%；
该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.3%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.5%，且无带状组织。
前述的重载货架的高强度防腐钢板的热处理工艺，包括热锻→退火→回火→调质热处理→冷却→表面强化热处理，包含以下步骤：
所述退火工序：热锻后，加温至910-950℃保温25-30分钟，然后炉冷至450-480℃后保温12-15分钟，最后冷却至室温；
所述回火工序：将钢板通过回火炉回火加热到1150-1170℃，出炉后通过压缩空气快速冷却到780-790℃，在线经第一冷却工序将钢板快速度冷却到520-540℃，再通过第二冷却工艺冷却到常温；第一冷却工序：采用水冷、风冷与气雾冷却结合，先采用水冷以13-15℃/s的冷却速率将钢板水冷至940-960℃，然后采用风冷以7-9℃/s的冷却速率将板坯冷至650-670℃，再采用气雾冷却以2-4℃/s的冷却速率将钢板水冷至520-540℃；所述第二冷却工序：采用风冷与水冷结合，先采用风冷以3-5℃/s的冷却速率将钢板水冷至310-340℃，采用水冷以6-8℃/s的冷却速率将钢板冷至室温；
所述调质热处理工序：采用两次回火与一次正火结合的工序，先第一次回火：加热温度为820-860℃，到温后保温10-15min；然后空冷至室温后进行第二次回火，加热温度为900-950℃，到温后保温25-28min，再正火：温度在750-790℃，到温后保温5-7min；然后进入冷却工序；
所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以15-18℃/s的冷却速率将叶片水冷至480-500℃，然后空冷至360-390℃，再采用水冷以5-8℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；
所述表面强化热处理工序：热处理温度1120-1150℃，到温后保温15-19分钟，然后采用水冷以4-8℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；
通过以上热机械控制轧制控制冷却工艺及热处理得到合理两相比的细小铁素体和珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.1-5.3%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.3-5.5%，且无带状组织。
本发明的有益效果是：
本发明钢成分中各元素含量的控制起到的作用是：本发明钢板含C、Si、Mn元素，添加Al、Nb、V、Ti、Cu、Cr和Mo可细晶强化及析出强化，且成本低廉，添加稀土元素镧、铈和镨，并通过结合热机械控制轧制控制冷却工艺和热处理工艺可以得到铁素体加珠光体组织，该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.1-5.3%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.3-5.5%，且无带状组织，从而成功生产出货架重型梁的的钢板，具有很好的横向屈服强度及高塑性，横向抗拉强度≥415MPa，横向屈服强度≥220 MPa，横向延伸率≥25％，厚度方向断面收缩率≥50%， -20℃夏比冲击功≥150J。
本发明热机械控制轧制控制冷却工艺和热处理工艺的控制起到的作用是：钢板在轧制过程中钢板厚度方向变形量差异较大，冷却过程中沿板厚度的冷却速度差异较大，从而导致沿厚度截面的铁素体晶粒直径、体积分数变化较大，在中心区域容易形成带状组织；由于钢板表面变形高于心部，且冷速高于心部，铁素体晶粒直径由表面到中心逐渐增加，珠光体体积分数由表面向心部逐渐增加；本发明通过热机械控制轧制控制冷却工艺和热处理工艺的控制，得到合理的两相比及细小铁素体和弥散分布的珠光体，避免带状组织的形成，无带状组织出现，提高了厚度方向性能及低温韧性且提高了抗腐蚀性能，从而通过微观组织控制有效提高钢板抗腐蚀性能；通过表面有抗腐蚀涂层，使得钢板的抗腐蚀性能更强；抗氢致开裂（HIC）试验裂纹长度率CLR≦15%，裂纹厚度率CTR≦5%，裂纹敏感率CSR≦2%；抗硫化物应力腐蚀开裂（SSC）试验，加载0.9AYS（AYS实际屈服强度），样本的拉应力区通过10倍放大后无裂纹和无表面裂缝。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
本实施例是一种重载货架的高强度防腐钢板，该钢板的成分及质量百分比为：C：0.45%、Mn：0.27%、Cr：2.8%、Si：0.18%、Nb：0.083%、V：0.03%、Ti：0.66%、Al：0.53%、Cu：0.09%、Mo：0.13、镧系稀土：0.035%、余量为Fe和不可避免的杂质；杂质的总含量≤0.2%，其中，P≤0.015%、S≤0.007%、H≤0.004%、N≤0.006％、O≤45ppm；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：4%、铕：5%、铽：10%、钆：15%、镨：12%、铒：15%、余量为镧，以上各组分之和为100%；
该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.1%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.3%，且无带状组织。
本实施例的重载货架的高强度防腐钢板的热处理工艺，包括热锻→退火→回火→调质热处理→冷却→表面强化热处理，包含以下步骤：
所述退火工序：热锻后，加温至910℃保温30分钟，然后炉冷至450℃后保温15分钟，最后冷却至室温；
所述回火工序：将钢板通过回火炉回火加热到1150℃，出炉后通过压缩空气快速冷却到780℃，在线经第一冷却工序将钢板快速度冷却到520℃，再通过第二冷却工艺冷却到常温；第一冷却工序：采用水冷、风冷与气雾冷却结合，先采用水冷以13℃/s的冷却速率将钢板水冷至960℃，然后采用风冷以7℃/s的冷却速率将板坯冷至670℃，再采用气雾冷却以2℃/s的冷却速率将钢板水冷至540℃；所述第二冷却工序：采用风冷与水冷结合，先采用风冷以3℃/s的冷却速率将钢板水冷至340℃，采用水冷以6℃/s的冷却速率将钢板冷至室温；
所述调质热处理工序：采用两次回火与一次正火结合的工序，先第一次回火：加热温度为820℃，到温后保温15min；然后空冷至室温后进行第二次回火，加热温度为900℃，到温后保温28min，再正火：温度在750℃，到温后保温7min；然后进入冷却工序；
所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以15℃/s的冷却速率将叶片水冷至500℃，然后空冷至360℃，再采用水冷以5℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；
所述表面强化热处理工序：热处理温度1120℃，到温后保温19分钟，然后采用水冷以4℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；
通过以上热机械控制轧制控制冷却工艺及热处理得到合理两相比的细小铁素体和珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.1%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.3%，且无带状组织。
实施例2
本实施例是一种重载货架的高强度防腐钢板，该钢板的成分及质量百分比为：C：0.48%、Mn：0.28%、Cr：3.4%、Si：0.20%、Nb：0.084%、V：0.04%、Ti：0.72%、Al：0.55%、Cu：0.12%、Mo：0.14%、镧系稀土：0.041%、余量为Fe和不可避免的杂质，杂质的总含量≤0.2%，其中，P≤0.015%、S≤0.007%、H≤0.004%、N≤0.006％、O≤45ppm。
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：8%、铕：7%、铽：11%、钆：18%、镨：14%、钬：2%、铒：18%、余量为镧，以上各组分之和为100%；
该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.2%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.4%，且无带状组织。
本实施例的重载货架的高强度防腐钢板的热处理工艺，包括热锻→退火→回火→调质热处理→冷却→表面强化热处理，包含以下步骤：
所述退火工序：热锻后，加温至930℃保温28分钟，然后炉冷至460℃后保温14分钟，最后冷却至室温；
所述回火工序：将钢板通过回火炉回火加热到1160℃，出炉后通过压缩空气快速冷却到785℃，在线经第一冷却工序将钢板快速度冷却到530℃，再通过第二冷却工艺冷却到常温；第一冷却工序：采用水冷、风冷与气雾冷却结合，先采用水冷以14℃/s的冷却速率将钢板水冷至950℃，然后采用风冷以8℃/s的冷却速率将板坯冷至660℃，再采用气雾冷却以3℃/s的冷却速率将钢板水冷至530℃；所述第二冷却工序：采用风冷与水冷结合，先采用风冷以4℃/s的冷却速率将钢板水冷至320℃，采用水冷以7℃/s的冷却速率将钢板冷至室温；
所述调质热处理工序：采用两次回火与一次正火结合的工序，先第一次回火：加热温度为840℃，到温后保温13min；然后空冷至室温后进行第二次回火，加热温度为920℃，到温后保温26min，再正火：温度在760℃，到温后保温6min；然后进入冷却工序；
所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以16℃/s的冷却速率将叶片水冷至490℃，然后空冷至370℃，再采用水冷以6℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；
所述表面强化热处理工序：热处理温度1130℃，到温后保温17分钟，然后采用水冷以6℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；
通过以上热机械控制轧制控制冷却工艺及热处理得到合理两相比的细小铁素体和珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.3%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.4%，且无带状组织。
实施例3
本实施例是一种重载货架的高强度防腐钢板，该钢板的成分及质量百分比为：C：0.49%、Mn：0.29%、Cr：3.9%、Si：0.21%、Nb：0.085%、V：0.05%、Ti：0.79%、Al：0.57%、Cu：0.15%、Mo：0.15%、镧系稀土：0.043%、余量为Fe和不可避免的杂质，杂质的总含量≤0.2%，其中，P≤0.015%、S≤0.007%、H≤0.004%、N≤0.006％、O≤45ppm。
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：11%、铕：10%、铽：13%、钆：22%、镨：15%、钬：4%、铒：20%、余量为镧，以上各组分之和为100%；
该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.3%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.5%，且无带状组织。
本实施例的重载货架的高强度防腐钢板的热处理工艺，包括热锻→退火→回火→调质热处理→冷却→表面强化热处理，包含以下步骤：
所述退火工序：热锻后，加温至950℃保温25分钟，然后炉冷至480℃后保温12分钟，最后冷却至室温；
所述回火工序：将钢板通过回火炉回火加热到1170℃，出炉后通过压缩空气快速冷却到780℃，在线经第一冷却工序将钢板快速度冷却到540℃，再通过第二冷却工艺冷却到常温；第一冷却工序：采用水冷、风冷与气雾冷却结合，先采用水冷以15℃/s的冷却速率将钢板水冷至960℃，然后采用风冷以7℃/s的冷却速率将板坯冷至670℃，再采用气雾冷却以4℃/s的冷却速率将钢板水冷至540℃；所述第二冷却工序：采用风冷与水冷结合，先采用风冷以5℃/s的冷却速率将钢板水冷至310℃，采用水冷以8℃/s的冷却速率将钢板冷至室温；
所述调质热处理工序：采用两次回火与一次正火结合的工序，先第一次回火：加热温度为860℃，到温后保温10min；然后空冷至室温后进行第二次回火，加热温度为950℃，到温后保温28min，再正火：温度在790℃，到温后保温5min；然后进入冷却工序；
所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以18℃/s的冷却速率将叶片水冷至500℃，然后空冷至390℃，再采用水冷以5℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；
所述表面强化热处理工序：热处理温度1150℃，到温后保温15分钟，然后采用水冷以8℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；
通过以上热机械控制轧制控制冷却工艺及热处理得到合理两相比的细小铁素体和珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.3%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.5%，且无带状组织。
各实施例钢板的性能如表1所示。
表1  各实施例钢板的性能
实施例 抗拉强度,MPa 屈服强度,MPa 延伸率,% 厚度方向断面收缩率,% -20℃夏比冲击功,J CLR, % CTR, % CSR,% SSC
实施例1 447 314 33 60.0 225 0 0 0 无裂纹
实施例2 427 299 36 60.7 206 0 0 0 无裂纹
实施例3 472 335 39.5 70.0 232 0 0 0 无裂纹
由上表可见，本发明钢种钢质纯净，有良好的强度、塑性及低温韧性、抗HIC性能和抗SSC性能。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种重载货架的高强度防腐钢板，其特征在于：该钢板的成分及质量百分比为：C：0.45-0.49%、Mn：0.27-0.29%、Cr：2.8-3.9%、Si：0.18-0.21%、Nb：0.083-0.085%、V：0.03-0.05%、Ti：0.66-0.79%、Al：0.53-0.57%、Cu：0.09-0.15%、Mo：0.13-0.15%、镧系稀土：0.035-0.043%、余量为Fe和不可避免的杂质；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：4-11%、铕：5-10%、铽：10-13%、钆：15-22%、镨：12-15%、钬：0-4%、铒：15-20%、余量为镧，以上各组分之和为100%；
该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.1-5.3%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.3-5.5%，且无带状组织。
2.如权利要求1所述的重载货架的高强度防腐钢板，其特征在于：所述杂质的总含量≤0.2%，其中，P≤0.015%、S≤0.007%、H≤0.004%、N≤0.006％、O≤45ppm。
3.如权利要求1所述的重载货架的高强度防腐钢板，其特征在于：该钢板的成分及质量百分比为：C：0.45%、Mn：0.27%、Cr：2.8%、Si：0.18%、Nb：0.083%、V：0.03%、Ti：0.66%、Al：0.53%、Cu：0.09%、Mo：0.13、镧系稀土：0.035%、余量为Fe和不可避免的杂质；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：4%、铕：5%、铽：10%、钆：15%、镨：12%、铒：15%、余量为镧，以上各组分之和为100%；
该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.1%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.3%，且无带状组织。
4.如权利要求1所述的重载货架的高强度防腐钢板，其特征在于：该钢板的成分及质量百分比为：C：0.48%、Mn：0.28%、Cr：3.4%、Si：0.20%、Nb：0.084%、V：0.04%、Ti：0.72%、Al：0.55%、Cu：0.12%、Mo：0.14%、镧系稀土：0.041%、余量为Fe和不可避免的杂质；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：8%、铕：7%、铽：11%、钆：18%、镨：14%、钬：2%、铒：18%、余量为镧，以上各组分之和为100%；
该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.2%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.4%，且无带状组织。
5.如权利要求1所述的重载货架的高强度防腐钢板，其特征在于：该钢板的成分及质量百分比为：C：0.49%、Mn：0.29%、Cr：3.9%、Si：0.21%、Nb：0.085%、V：0.05%、Ti：0.79%、Al：0.57%、Cu：0.15%、Mo：0.15%、镧系稀土：0.043%、余量为Fe和不可避免的杂质；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：11%、铕：10%、铽：13%、钆：22%、镨：15%、钬：4%、铒：20%、余量为镧，以上各组分之和为100%；
该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.3%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.5%，且无带状组织。
6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的重载货架的高强度防腐钢板的热处理工艺，包括热锻→退火→回火→调质热处理→冷却→表面强化热处理，其特征在于：包含以下步骤：
所述退火工序：热锻后，加温至910-950℃保温25-30分钟，然后炉冷至450-480℃后保温12-15分钟，最后冷却至室温；
所述回火工序：将钢板通过回火炉回火加热到1150-1170℃，出炉后通过压缩空气快速冷却到780-790℃，在线经第一冷却工序将钢板快速度冷却到520-540℃，再通过第二冷却工艺冷却到常温；第一冷却工序：采用水冷、风冷与气雾冷却结合，先采用水冷以13-15℃/s的冷却速率将钢板水冷至940-960℃，然后采用风冷以7-9℃/s的冷却速率将板坯冷至650-670℃，再采用气雾冷却以2-4℃/s的冷却速率将钢板水冷至520-540℃；所述第二冷却工序：采用风冷与水冷结合，先采用风冷以3-5℃/s的冷却速率将钢板水冷至310-340℃，采用水冷以6-8℃/s的冷却速率将钢板冷至室温；
所述调质热处理工序：采用两次回火与一次正火结合的工序，先第一次回火：加热温度为820-860℃，到温后保温10-15min；然后空冷至室温后进行第二次回火，加热温度为900-950℃，到温后保温25-28min，再正火：温度在750-790℃，到温后保温5-7min；然后进入冷却工序；
所述冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以15-18℃/s的冷却速率将叶片水冷至480-500℃，然后空冷至360-390℃，再采用水冷以5-8℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；
所述表面强化热处理工序：热处理温度1120-1150℃，到温后保温15-19分钟，然后采用水冷以4-8℃/s的冷却速率将叶片水冷至室温；
通过以上热机械控制轧制控制冷却工艺及热处理得到合理两相比的细小铁素体和珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为5.1-5.3%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为5.3-5.5%，且无带状组织。
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