CN105969963A - 一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法 - Google Patents

一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，包括下述步骤：（1）冶炼，钢水的重量百分比组成为：C：0.38%～0.45%，Si：0.15%～0.40%，Mn：0.60%～0.90%，P≤0.035%，S≤0.035%，Cr：0.90%～1.2%，Mo：0.15%～0.30%，余量为Fe和不可避免的杂质；（2）连铸；（3）加热；（4）轧制；（5）轧后水冷；（6）热堆垛；（7）热处理；（8）出钢后钢板堆垛缓冷、拆垛，钢板慢速带温切割。采用碳、锰固溶强化；加入少量的Cr细化晶粒，利用其弥散强化作用，增加钢板硬度；再通过后续合理的热处理工艺，得到大厚度和性能良好的钢板。

Description

一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法
技术领域
本发明涉及一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，属于冶金技术领域。
背景技术
随着筑路、开山、挖矿、升降机械、桥梁、矿井、船体、高压容器、建筑、大型水电站、深海石油等行业的迅猛及大型化发展，对结构钢的厚度、强度及低温韧性要求也会越来越高，对大厚度、高性能结构钢的品种及需求量也会稳步上升。
国内生产的42CrMo 、42CrMo4等合金结构钢板供货状态多为正火或正火+回火，由用户机加工成工件再进行调质处理，成品工件容易造成调质不均，给调质带来困难。随着机加工产业的发展，用户逐渐趋向直接使用调质合金结构钢，因此，引导用户使用转型产品，开发合金结构钢调质钢板工艺，不仅可以满足机加工市场需求，同时可以提升企业的市场竞争力。
发明内容
本发明提供一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，采用碳、锰固溶强化；加入少量的Cr细化晶粒，利用其弥散强化作用，增加钢板硬度；再通过后续合理的热处理工艺，得到大厚度和性能良好的钢板。
本发明所采取的技术方案是：
一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，包括下述步骤：
（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块≥100kg/炉或Fe-Ca线100m/炉；钢水的重量百分比组成为：C：0.38%～0.45%，Si：0.15%～0.40%，Mn：0.60%～0.90%，P≤0.035%，S≤0.035%，Cr：0.90%～1.2%，Mo：0.15%～0.30%，余量为Fe和不可避免的杂质；Fe-Ca线的直径为1cm；
（2）连铸：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转连续式加热炉进行加热；
（3）加热：最高加热温度为1260℃，均热温度为1100～1200℃，总加热时间为10～20h，均热时间≥5h；
（4）轧制：加热温度1100℃～1200℃，开轧温度1050℃～1100℃，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在8%～10%之间，道次之间预留2～5s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度在980℃以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶；
（5）轧后水冷：钢板轧后通过ACC快冷到600℃～700℃之间，保留细化的组织快速水冷至750～850℃；
（6）热堆垛：轧后钢板采用堆垛缓冷进行扩氢；
（7）热处理:
淬火：炉温500～600℃装炉，2～6小时内快速升温到900±20℃（提高奥氏体的形核速率），保温3～10小时（避免高温长时加热导致奥氏体晶粒长大）；钢板保温时间到后，立即进入淬火机冷却水系统，入水快速冷却，淬火水温控制在30℃以下，控制辊速3m～10m/min，控制返红温度在100℃～200℃之间；
回火：钢板出淬火机后快速装炉，确保装炉时钢板温度不低于100℃，装炉炉膛温度500～600℃，保温3～10小时；
（8）出钢后钢板及时堆垛缓冷，48小时后拆垛，钢板慢速带温切割。
优选方案为，步骤(1)中的真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥20min。
优选方案为，步骤(2)中的浇注温度为1540～1560℃。
进一步优选方案为：钢板的厚度为50-150mm。
本发明的提升设备轨道用合金结构钢板采用碳、锰固溶强化；加入少量的Cr细化晶粒，利用其弥散强化作用，增加钢板硬度；再通过后续合理的热处理工艺，得到的钢板具有大厚度和良好的性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是：
C：碳对钢的屈服强度、抗拉强度、焊接性能产生显著影响。碳通过间隙固溶能显著提高强度，与其他元素形成碳化物可起到析出强化的作用，但含碳量过高又会影响钢的焊接性能及韧性，因此本发明厚度的钢板，将碳含量控制范围设定为0.38%～0.45%。
Si：硅在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但硅过量时，会造成钢的韧性下降，导致焊缝熔合区脆性，故设定硅含量为0.15%～0.40%。
Mn：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，容易在大钢锭中心产生偏析，且使钢的共析点碳含量降低，从而增加组织中珠光体的含量，对韧性不利，故设定控制范围为0.60%～0.90%。
P、S：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能降低，降低塑性，使冷弯性能变差；硫降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。因此，应尽量减少磷和硫在钢中的含量(P≤0.035%，S≤0.035%)。
Cr：铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。
Mo：钼对铁素体有固溶强化作用，同时也提高碳化物的稳定性，从而提高钢的强度，，对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用。
本发明采用连铸及精炼工艺，生产的钢水P、S含量低，钢质纯净；采用Ⅱ型轧制工艺，充分发挥了合金元素在钢种的强化作用；采用合理的整板调质工艺，生产出钢板整板性能均匀性好，解决了由于工件结构复杂难以均匀调质的难题。
本发明的钢板具有以下优点：
（1）本发明的钢板，具有强度高、低温韧性好、延伸率高、厚度规格齐全等特点，各项性能指标均满足且高于标准要求，特别是冲击标准要求常温≥35J，本发明的钢板-40℃的冲击韧性已经满足了≥50J的水平。
（2）本发明的钢板，应用于轻型轨道，填补了国内空白，完全可以替代进口产品，同时优良的各项力学性能指标也可应用于其他行业领域。
③本发明直接对钢板进行调质处理，为今后其它碳钢钢种的调质做好了技术准备。
④本发明的控制淬火工艺，促进了钢铁行业的技术进步，也为其它用途中碳合金钢的调质开发提供了相关技术。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
（1）本发明的提升设备轨道用合金结构钢板采用碳、锰固溶强化；加入少量的Cr细化晶粒，利用其弥散强化作用，增加钢板硬度；再通过后续合理的热处理工艺，得到大厚度和性能良好的钢板。
（2）本发明直接对大块钢板进行调质处理，解决了由于工件结构复杂难以均匀调质的难题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步地说明；
实施例1
本实施例的钢种为42CrMo，钢板厚度为50mm，按下述步骤生产：
（1）冶炼：将含有以下重量百分比C：0.39%，Si：0.15%，Mn：0.80%，P:0.015%，S:0.005%，Cr：0.90%，Mo：0.25%，组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100kg/炉；真空脱气处理的真空度66.6Pa，真空保持时间25min。
（2）连铸：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛24小时，带温清理、转连续式加热炉进行加热；连铸的浇注温度为1540℃。
（3）加热：最高加热温度为1260℃，均热温度为1150℃，总加热时间为10h，均热时间5h；
（4）轧制：加热温度1150℃，开轧温度1080℃，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在8%，道次之间预留3s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度保证在980℃以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶。
（5）轧后水冷：钢板轧后通过ACC快冷到610℃，保留细化的组织快速水冷至780℃；
（6）热堆垛：轧后钢板采用堆垛缓冷进行扩氢；
（7）热处理：
淬火：炉温520℃装炉，快速升温3小时到900±20℃（提高奥氏体的形核速率），保温4小时（避免高温长时加热导致奥氏体晶粒长大）。钢板保温时间到后，立即进入淬火机冷却水系统，入水快速冷却，淬火水温控制在25℃，控制辊速4m/min，控制返红温度在100℃。
回火：钢板出淬火机后快速装炉，确保装炉时钢板温度180℃，装炉炉膛温度600℃，保温3小时。
（8）出钢后钢板及时堆垛缓冷，50小时后拆垛，钢板慢速带温切割。
经检测，50mm厚42CrMo成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度635MPa，抗拉强度950MPa，硬度230HB。
实施例2
本实施例的钢种为42CrMo4，钢板厚度为80mm，按下述步骤生产：
（1）冶炼：将含有以下重量百分比C：0.38%，Si：0.25%，Mn：0.70%，P:0.015%，S:0.005%，Cr：1.00%，Mo：0.15%，组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块105kg/炉；真空脱气处理的真空度65.0Pa，真空保持时间20min。
（2）连铸：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛25小时，带温清理、转连续式加热炉进行加热；连铸的浇注温度为1550℃。
（3）加热：最高加热温度为1260℃，均热温度为1120℃，总加热时间为12h，均热时间6h；
（4）轧制：加热温度1120℃，开轧温度1100℃，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在8%，道次之间预留4s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度保证在980℃以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶。
（5）轧后水冷：钢板轧后通过ACC快冷到700℃，保留细化的组织快速水冷至790℃；
（6）热堆垛：轧后钢板采用堆垛缓冷进行扩氢；
（7）热处理：
淬火：炉温550℃装炉，快速升温4小时到900±20℃（提高奥氏体的形核速率），保温5小时（避免高温长时加热导致奥氏体晶粒长大）。钢板保温时间到后，立即进入淬火机冷却水系统，入水快速冷却，淬火水温控制在27℃，控制辊速6m/min，控制返红温度在150℃之间。
回火：钢板出淬火机后快速装炉，确保装炉时钢板温度150℃，装炉炉膛温度540℃左右，保温5小时。
（8）出钢后钢板及时堆垛缓冷，48小时后拆垛，钢板慢速带温切割。
经检测，50mm厚42CrMo成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度675MPa，抗拉强度970MPa，硬度210HB。
实施例3
本实施例的钢种为42CrMo，钢板厚度为150mm，按下述步骤生产：
（1）冶炼：将含有以下重量百分比C：0. 42%，Si：0.35%，Mn：0.90%，P:0.015%，S:0.005%，Cr： 1.2%，Mo：0.25%，组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入直径为1cm的Fe-Ca线100m/炉；真空脱气处理的真空度60Pa，真空保持时间22min。
（2）连铸：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛26小时，带温清理、转连续式加热炉进行加热；连铸的浇注温度为1560℃。
（3）加热：最高加热温度为1260℃，均热温度为1200℃，总加热时间为17h，均热时间8h；
（4）轧制：加热温度1200℃，开轧温度1100℃，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在9%之间，道次之间预留5s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度保证在980℃以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶。
（5）轧后水冷：钢板轧后通过ACC快冷到650℃，保留细化的组织快速水冷至750℃；
（6）热堆垛：轧后钢板采用堆垛缓冷进行扩氢；
（7）热处理：
淬火：炉温600℃装炉，快速升温6小时到900±20℃（提高奥氏体的形核速率），保温10小时（避免高温长时加热导致奥氏体晶粒长大）。钢板保温时间到后，立即进入淬火机冷却水系统，入水快速冷却，淬火水温控制在26℃，控制辊速10m/min，控制返红温度在130℃。
回火：钢板出淬火机后快速装炉，确保装炉时钢板温度200℃，装炉炉膛温度550℃，保温10小时。
（8）出钢后钢板及时堆垛缓冷，49小时后拆垛，钢板慢速带温切割。
经检测，150mm厚42CrMo成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度625MPa，抗拉强度870MPa，硬度190HB。
实施例4
本实施例的钢种为42CrMo4，钢板厚度为120mm，按下述步骤生产：
（1）冶炼：将含有以下重量百分比C：0.45%，Si：0.40%，Mn：0.60%，P:0.015%，S:0.005%，Cr：1.10%，Mo：0.30%，组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块110kg/炉；真空脱气处理的真空度62.2Pa，真空保持时间24min。
（2）连铸：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛28小时，带温清理、转连续式加热炉进行加热；连铸的浇注温度为1540℃。
（3）加热：最高加热温度为1260℃，均热温度为1100℃，总加热时间为20h，均热时间5h；
（4）轧制：加热温度1100℃，开轧温度1050℃，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在10%，道次之间预留2s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度保证在980℃以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶。
（5）轧后水冷：钢板轧后通过ACC快冷到600℃，保留细化的组织快速水冷至850℃；
（6）热堆垛：轧后钢板采用堆垛缓冷进行扩氢；
（7）热处理：
淬火：炉温500℃装炉，快速升温2小时到900±20℃（提高奥氏体的形核速率），保温3小时（避免高温长时加热导致奥氏体晶粒长大）。钢板保温时间到后，立即进入淬火机冷却水系统，入水快速冷却，淬火水温控制在28℃，控制辊速3m/min，控制返红温度在200℃。
回火：钢板出淬火机后快速装炉，确保装炉时钢板温度100℃，装炉炉膛温度500℃左右，保温5小时。
（8）出钢后钢板及时堆垛缓冷，51小时后拆垛，钢板慢速带温切割。
经检测，120mm厚42CrMo成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度675MPa，抗拉强度970MPa，硬度210HB。

Claims (4)

1.一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块≥100kg/炉或Fe-Ca线100m/炉；钢水的重量百分比组成为：C：0.38%～0.45%，Si：0.15%～0.40%，Mn：0.60%～0.90%，P≤0.035%，S≤0.035%，Cr：0.90%～1.2%，Mo：0.15%～0.30%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述Fe-Ca线的直径为1cm；
（2）连铸：采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转连续式加热炉进行加热；
（3）加热：最高加热温度为1260℃，均热温度为1100～1200℃，总加热时间为10～20h，均热时间≥5h；
（4）轧制：加热温度1100℃～1200℃，开轧温度1050℃～1100℃，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在8%～10%之间，道次之间预留2～5s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终轧温度在980℃以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶；
（5）轧后水冷：钢板轧后通过ACC快冷到600℃～700℃之间，保留细化的组织快速水冷至750～850℃；
（6）热堆垛：轧后钢板采用堆垛缓冷进行扩氢；
（7）热处理：
淬火：炉温500～600℃装炉，2～6小时内快速升温到900±20℃，保温3～10小时；钢板保温时间到后，立即进入淬火机冷却水系统，入水快速冷却，淬火水温控制在30℃以下，控制辊速3m～10m/min，控制返红温度在100℃～200℃之间；
回火：钢板出淬火机后快速装炉，确保装炉时钢板温度不低于100℃，装炉炉膛温度500～600℃，保温3～10小时；
（8）出钢后钢板及时堆垛缓冷，48小时后拆垛，钢板慢速带温切割。
2.根据权利要求1所述的一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤(1)中的真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥20min。
3.根据权利要求1所述的一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤(2)中的浇注温度为1540～1560℃。
4.根据权利要求1所述的一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，其特征在于：钢板的厚度为50-150mm。
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