CN105568147A - 一种铝板带拉伸机钳口用q550特厚板及其生产方法 - Google Patents

一种铝板带拉伸机钳口用q550特厚板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种厚度200mm以上铝板带拉伸机钳口用Q550特厚板及其生产方法。该板带拉伸机钳口用特厚板Q550的含如下质量百分比的化学成分：C：0.18～0.21、Si：0.4～0.5、Mn：1.35～1.45、P≤0.012、S≤0.003、Als：0.015～0.050、Cr：1.30～1.50、Mo：0.20～0.30、B：0.001-0.002，其它为Fe和残留元素。本发明其工艺流程为：优质铁水、KR铁水预处理、100/120吨顶底复吹转炉、LF炉精炼、真空脱气处理、钢锭堆冷24—60小时、钢锭加热开坯加热-轧制-堆冷、中间坯加热-轧制-堆冷、淬火+回火、精整、外检、探伤、入库。所研制的钢板外检，正品率100%，最终钢板探伤达到Ⅰ级探伤要求，实现了厚度200mm以上铝板带拉伸机钳口用特厚板Q550特厚钢的以轧代锻达到了预期效果。

Description

一种铝板带拉伸机钳口用Q550特厚板及其生产方法
技术领域
本发明属于宽厚板生产领域，具体涉及到一种厚度200mm以上铝板带拉伸机钳口用Q550特厚板及其生产方法。
背景技术
特厚高强钢主要用于矿山和各类工程施工用的钻机、电铲、挖掘机、各类起重机、煤矿液压支架、铝板带拉伸机钳口等机械设备及其他结构件，随着我国经济的蓬勃发展特厚高强板需求越来越大，220mm厚Q550C拟用于铝板带拉伸机钳口,机械性能需达到GB/T16270-2009标准中100mm厚的技术要求,保国标级探伤,为此汉冶特钢有限公司（以下简称“汉冶特钢”）面对市场需求，结合现有工艺装备水平和生产能力进行试制。
发明内容
针对上述问题，本发明人经过反复理论计算、并不断试验摸索，获得了一种厚度200mm以上铝板带拉伸机钳口用Q550特厚板及其生产方法，从而完成了本发明。
因此，本发明的目的在于提供一种厚度200mm以上铝板带拉伸机钳口用Q550特厚板及其生产方法。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：该厚度200mm以上铝板带拉伸机钳口用特厚板Q550的含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.18～0.21、Si：0.4～0.5、Mn：1.35～1.45、P≤0.012、S≤0.003、Als：0.015～0.050、Cr：1.30～1.50、Mo：0.20～0.30、B：0.001-0.002，其它为Fe和残留元素。
上述方法中，所生产的钢板厚度为200mm以上厚度规格。
为达到上述目的，碳含量决定了Q550的冶炼、轧制、热处理的过程工艺温度制度。锰能提高Q550的强度，降低Q550的临界点，提高其淬透性能，稳定并扩大奥氏体γ相区，降低淬火冷却时的临界冷却速度，淬火时的变形也比较小，适用于Q550特厚板的要求。铬碳化物作为最细小的一种碳化物，它可在钢中均匀地分布，故具有较高的耐磨性及较高强度、硬度、屈服点。由于它能使钢的组织细化且又均匀分布，故塑性、韧性也好。Cr与Mo结合，能使淬火钢中的残余奥氏体增加，而有助于获得需要粉碎程度的碳化物相。铬能增大奥氏体的过冷能力，提高马氏体、贝氏体开始转变的温度，来促进马氏体及贝氏体的形成，适量的钼、硼可以显著增加Q550的淬透性，将奥氏体过冷过程中珠光体的转变推迟。钒有较好的析出强化的作用，用来提高Q550钢的强度指标。
钢水中的杂质成分，包括S、P及各类氧化物夹杂等易在钢水的凝固过程中产生严重的偏析，对特厚板面的机械性能和冶金质量均会产生较大的影响。较好的内部质量获得，并确保符合一级探伤标准，洁净钢的冶炼是根本，主要从两个方面来确保，一是钢水中非金属夹杂物的总级别必须在4.0以内，二是严格控制钢水中五大有害元素的含量。LF炉外精炼具有微调成分、氩气搅拌、泡沫渣埋弧加热、还原气氛白渣等，VD到站1668℃，预抽5min至真空，保压20min破空，软吹5min后1586℃离站，定氢0.79ppm符合标准；要求在67Pa的真空度下，保压时间≥20min，同时要求保压过程钢水翻腾效果良好；VD离站温度:1570～1575℃。
钢锭总加热时间13min/cm，装钢时炉膛温度650～750℃，焖钢3～5小时来减少炉温与钢锭之间温差，降低钢锭内外温差导致的应力差，700～750℃保温3小时，900～950℃保温2小时，高温段目标保温温度1250～1260℃、保温时间14～15小时，在保温结束前2～3小时翻钢，翻钢结束后，升温至保温温度，按剩余保温时间保温后，出钢过程中，增加煤气流量，继续进行升温，用以弥补因出钢过程所导致的热量损失，保证炉门关闭后炉内温度达到保温温度要求。加热工艺确保微合金化元素在奥氏体区的充分固溶，采取高温低速大压下工艺，充分破碎钢锭中的枝晶，变形程度越大，形核区驱动力、密度越大，反复再结晶后晶粒就变的越细小。但钢锭的轧制过程中采用“高温低速大压下”方式进行轧制，对轧机本身的能力要求较高，若由于轧机能力小，就不能实现“大压下”，从而轧制力就不能渗透至钢锭心部，易导致钢板厚度方向上的组织不均匀，且不能起到“压合”钢锭内部浇铸残余缺陷的作用，直接影响着成品钢板的冲击韧性和探伤质量，为此采用“高温低速大压下”并在消除锥度后3道次打高压水硬化表面，使轧制力渗透[3]。并为降低表面二次铁皮生成量，开启5～8组中冷集管进行2次冷却。然后进行缓冷，堆冷温度≥450℃，堆冷时间≥4天，以保证内部质量。
任何钢的热处理均以加热、保温、冷却为基础，而在大部分热处理工艺过程中，奥氏体的形成以及奥氏体晶粒的大小，对随后控制冷却时奥氏体的转变特点及转变产物的组织和性能都有明显影响。奥氏体形成遵循加热过程中相变的一般规律，即包括着形核及长大的基本过程。在每个温度下均有一个相应的晶粒长大阶段，当晶粒达到一定尺寸后，长大趋向会逐渐减弱。加热速度越大，奥氏体形核率越大，奥氏体在保温过程中停留时间越短，晶粒越细。粗大奥氏体晶粒会形成粗大的冷却转变产物，从而恶化钢的室温力学性能，尤其是冲击性能。故Q550C采取的热处理加热速度时，在设备最大加热能力情况下，以最快速度升温，保持其较高的过热度，并控制保温温度及保温时间，来保证其晶粒细化程度。
采用930℃的奥氏体化温度，利用J-MatPro计算软件对Q500进行CCT曲线进行模拟，由模拟试验结果表明，Q550的Ac1温度为724℃，Ac3温度为852.5℃，Bs=600℃，Ms=430℃。从CCT图可知，在以0.02℃/s的速度冷却至低温时，组织为铁素体/珠光体；在以0.02＜V＜0.03℃/s的速度冷却至低温时，组织为铁素体/珠光体+贝氏体；在以0.03＜V＜0.07℃/s的速度冷却至低温时，组织为珠光体+贝氏体；在以0.07＜V＜0.5℃/s的速度冷却至低温时，组织为贝氏体；当冷却速度为0.5℃/s＜V＜10℃/s时，所得到的组织为马氏体+贝氏体；当冷却速度＞10℃/s时，所得到的组织为单一的马氏体。
由试验结果可知，220mm厚Q550C钢板经过预淬火+淬火+回火表现出良好的综合性能，塑韧性储备充足，钢板1/4厚度处为索氏体，1/2厚度处为索氏体+少量的贝氏体。
外检及探伤：所研制的钢板外检，正品率100%，最终钢板探伤达到JB/T5000.15-1998《重型机械通用技术条件锻钢件无损探伤》的级探伤要求，实现了厚度200mm以上铝板带拉伸机钳口用特厚板Q550特厚钢的以轧代锻达到了预期效果。
附图说明
下面结合附图，对本发明做进一步说明。
图1是本发明回火温度与屈服强度、抗拉强度的关系。
图2是本发明钢板压平示意图。
图3是本发明钢板压平示意图。
图4是本发明所述Q550厚度钢板截面上的金相组织。
附图中，1.压平机机头，2.垫铁，3.压平机下垫板，4.瓢曲钢板。
具体实施方式
本发明采用转炉冶炼、模铸浇注，3800m宽厚板轧机轧制的方法生产厚度200mm以上铝板带拉伸机钳口用特厚板Q550，其工艺流程为：优质铁水、KR铁水预处理、100/120吨顶底复吹转炉、LF炉精炼、真空脱气处理、钢锭堆冷24—60小时、钢锭加热开坯加热-轧制-堆冷、中间坯加热-轧制-堆冷、淬火+回火、精整、外检、探伤、入库。
实施方式如下：
成分设计：该厚度200mm以上铝板带拉伸机钳口用特厚板Q550包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.18～0.21、Si：0.4～0.5、Mn：1.35～1.45、P≤0.012、S≤0.003、Als：0.015～0.050、Cr：1.30～1.50、Mo：0.20～0.30、B：0.001-0.002，其它为Fe和残留元素；
LF炉外精炼具有微调成分、氩气搅拌、泡沫渣埋弧加热、还原气氛白渣等，VD到站1668℃，预抽5min至真空，保压20min破空，软吹5min后1586℃离站，定氢0.79ppm符合标准；要求在67Pa的真空度下，保压时间≥20min，同时要求保压过程钢水翻腾效果良好；VD离站温度:1570～1575℃。VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间必须≥15min，覆盖剂，保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，浇注过程中采用大帽口设计，在凝固过程中可使钢锭内部形成上大下小的补缩通道，避免了缩孔的产生，同时由于凝固时间的大大缩短显著地减轻了钢锭内部的疏松和偏析，明显提高钢板内部探伤质量。
钢锭总加热时间13min/cm，装钢时炉膛温度650～750℃，焖钢3～5小时来减少炉温与钢锭之间温差，降低钢锭内外温差导致的应力差，700～750℃保温3小时，900～950℃保温2小时，高温段目标保温温度1250～1260℃、保温时间14～15小时，在保温结束前2～3小时翻钢，翻钢结束后，升温至保温温度，按剩余保温时间保温后，出钢过程中，增加煤气流量，继续进行升温，用以弥补因出钢过程所导致的热量损失，保证炉门关闭后炉内温度达到保温温度要求。加热工艺确保微合金化元素在奥氏体区的充分固溶，采取高温低速大压下工艺，充分破碎钢锭中的枝晶，变形程度越大，形核区驱动力、密度越大，反复再结晶后晶粒就变的越细小。但钢锭的轧制过程中采用“高温低速大压下”方式进行轧制，对轧机本身的能力要求较高，若由于轧机能力小，就不能实现“大压下”，从而轧制力就不能渗透至钢锭心部，易导致钢板厚度方向上的组织不均匀，且不能起到“压合”钢锭内部浇铸残余缺陷的作用，直接影响着成品钢板的冲击韧性和探伤质量，为此采用“高温低速大压下”并在消除锥度后3道次打高压水硬化表面，使轧制力渗透[3]。并为降低表面二次铁皮生成量，开启5～8组中冷集管进行2次冷却。然后进行缓冷，堆冷温度≥450℃，堆冷时间≥4天，以保证内部质量。
采用930℃的奥氏体化温度，利用J-MatPro计算软件对Q500进行CCT曲线进行模拟，由模拟试验结果表明，Q550的Ac1温度为724℃，Ac3温度为852.5℃，Bs=600℃，Ms=430℃。从CCT图可知，在以0.02℃/s的速度冷却至低温时，组织为铁素体/珠光体；在以0.02＜V＜0.03℃/s的速度冷却至低温时，组织为铁素体/珠光体+贝氏体；在以0.03＜V＜0.07℃/s的速度冷却至低温时，组织为珠光体+贝氏体；在以0.07＜V＜0.5℃/s的速度冷却至低温时，组织为贝氏体；当冷却速度为0.5℃/s＜V＜10℃/s时，所得到的组织为马氏体+贝氏体；当冷却速度＞10℃/s时，所得到的组织为单一的马氏体。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：该厚度200mm以上铝板带拉伸机钳口用特厚板Q550的含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.18～0.21、Si：0.4～0.5、Mn：1.35～1.45、P≤0.012、S≤0.003、Als：0.015～0.050、Cr：1.30～1.50、Mo：0.20～0.30、B：0.001-0.002，其它为Fe和残留元素；
利用J-MatPro计算软件对淬火后回火温度进行模拟计算，见图1，并通过计算所得值进行试样在电阻炉中的试验验证，然后在生产工业炉中进行生产试制。
实际热处理过程中通过预淬火工艺来使晶粒度更加细化，使钢板得到细化的组织，破坏晶粒遗传；也可使溶入奥氏体的合金碳化物数量减少，奥氏体晶粒可以被未溶的稳定碳化物阻止长大，也防止了晶粒在形成弥散相的合金元素被溶解后出现的剧烈长大现象，使晶间自由能降低，使铁原子的自扩散能力降低，从而阻止了晶界铁原子的自扩散而产生的迁移，组织了晶粒的长大。并考虑到回火时炉温与钢板温度差距约15℃，综上条件，详细热处理工艺见表1。
表1Q550热处理工艺
钢板压平利用过矫正原理，在钢板弯曲处垫垫板，弯曲部位向下弯，两端翘，则在钢板上面（压头工作范围内）)弯曲最大对称点垫两块垫板，在工作台板上（钢板弯曲最低点）垫一块钢板，压头向下加压时弯曲钢板朝反方向略微弯曲，释放压力后，钢板反弹成水平，最终将淬火板形的钢板矫平。
表2Q550C钢板厚度拉伸性能
由上述试验结果可见，220mm厚Q550C钢板经过预淬火+淬火+回火表现出良好的综合性能，塑韧性储备充足，钢板1/4厚度处为索氏体，1/2厚度处为索氏体+少量的贝氏体。
外检及探伤：所研制的钢板外检，正品率100%，最终钢板探伤达到JB/T5000.15-1998《重型机械通用技术条件锻钢件无损探伤》的级探伤要求，实现了厚度200mm以上铝板带拉伸机钳口用特厚板Q550特厚钢的以轧代锻达到了预期效果。

Claims (2)

1.一种铝板带拉伸机钳口用Q550特厚板，该铝板带拉伸机钳口用特厚板Q550的含如下质量百分比的化学成分：C：0.18～0.21、Si：0.4～0.5、Mn：1.35～1.45、P≤0.012、S≤0.003、Als：0.015～0.050、Cr：1.30～1.50、Mo：0.20～0.30、B：0.001-0.002，其它为Fe和残留元素。
2.一种如权利要求1所述铝板带拉伸机钳口用Q550特厚板的生产方法，该生产方法包括：优质铁水、KR铁水预处理、100/120吨顶底复吹转炉、LF炉精炼、真空脱气处理、钢锭堆冷24—60小时、钢锭加热开坯加热-轧制-堆冷、中间坯加热-轧制-堆冷、淬火+回火、精整、外检、探伤、入库，其特征在于：VD到站1668℃，预抽5min至真空，保压20min破空，软吹5min后1586℃离站，定氢0.79ppm符合标准；要求在67Pa的真空度下，保压时间≥20min；VD离站温度:1570～1575℃；必须关闭氩气；钢锭总加热时间13min/cm，装钢时炉膛温度650～750℃，焖钢3～5小时来减少炉温与钢锭之间温差，降低钢锭内外温差导致的应力差，700～750℃保温3小时，900～950℃保温2小时，高温段目标保温温度1250～1260℃、保温时间14～15小时，在保温结束前2～3小时翻钢，翻钢结束后，升温至保温温度，按剩余保温时间保温后，出钢过程中，增加煤气流量，继续进行升温，用以弥补因出钢过程所导致的热量损失，保证炉门关闭后炉内温度达到保温温度要求；加热工艺采取高温低速大压下工艺，采用“高温低速大压下”并在消除锥度后3道次打高压水硬化表面，使轧制力渗透；并为降低表面二次铁皮生成量，开启5～8组中冷集管进行2次冷却；然后进行缓冷，堆冷温度≥450℃，堆冷时间≥4天。
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