CN106566986B - 用于制造挖掘机动臂的高表面质量热轧钢板及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制造挖掘机动臂的高表面质量热轧钢板及其制造方法。其化学成分重量百分比包括C：0.01～0.25％、Si：0.005～0.20％、Mn：0.10～2.0％、Nb：0.005～0.10％、V：0.005～0.20％、Ti：0.01～0.15％、Als:0.020～0.070％、P≤0.025％、S≤0.015％，其余为Fe及杂质。该高表面质量热轧钢板通过高炉铁水、铁水预脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼(喂Si‑Ca线)、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取、开卷、7辊粗矫和11辊精矫、横切制备而成，本发明生产的挖掘机动臂用钢板屈服强度Rel：280～450MPa，抗拉强度Rm≥420MPa，延伸率A≥25％，横向试样‑20℃夏比冲击吸收功KV2≥50J。具有较高的强度，良好的焊接性，完全可以满足全球所有挖掘机械生产厂家的性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械用钢制造领域，具体地指一种用于制造挖掘机动臂的高表面质量热轧钢板及其制造方法。
背景技术
大、中机型挖掘机动臂，因涉及到挖掘机本身的使用安全问题，对钢板具有严格的内部质量要求。一般要求钢板母材和焊接接头同时具有高强度，良好的抗弯能力。同时，钢板表面凹坑、麻点、压印等缺陷不仅直接影响钢板的外观，更对下游终端产品的喷漆效果产生一定影响，随着工程机械行业竞争的日趋激烈，国内外主要的工程机械零部件生产厂商对钢板表面质量的要求也越来越高，除了不允许热轧钢板表面出现黑灰、凹坑、麻点等常规缺陷外，甚至要求钢板可以以内带外，达到内外表面基本无色差。
目前国内大中型挖掘机动臂普遍采用345级别普材，焊接后使用。此类普材价格便宜，但内外部质量一般。以美国、日本企业为代表的全球领先工程机械制造商都针对挖掘机动臂用钢制定了相应的用钢标准，不仅要求钢板性能优良，而且要求钢板具有良好的表面质量。因此，如何在满足钢板性能要求的同时，制造出高表面质量的热轧板成为钢厂亟待解决的问题。
如中国专利CN1644743是可加工性、疲劳特性和表面质量优越的高强度热轧钢板，它是在控制Si含量不超过0.1％，以得到较好的钢板表面质量；通过控制P和Cr含量，以得到较好的可加工性和疲劳特性。此种方法虽在一定程度上避免了钢板表面红色花斑纹的出现，提高了钢板的表面质量，但钢板表面黑灰及麻坑等缺陷很难避免，不能满足现今工程机械行业对表面质量的高要求。
如中国专利CN 102764760是一种高表面质量热轧钢板的制造方法，它通过将Si含量控制在0.15％以下，同时对轧制整个流程进行一定的工艺优化、过程控制，获得了具有较高表面质量的热轧钢板。但其并未考虑卷取过程、轧制节奏、横切矫直等因素对高强钢板表面质量的影响。
如中国专利CN 101947557是一种减少热轧钢板表面生成氧化铁皮的制备方法，它通过控制板坯抽钢温度、精轧开轧和终轧温度、卷取温度和冷却方式实现减少氧化铁皮生成的目的。此种方法主要通过控制出炉温度，减少初生氧化铁皮厚度，一定程度上减少了钢板表面氧化铁皮，改善了钢板表面质量。
如中国专利CN 101947557是一种热轧钢板及其表面氧化铁皮的去除方法，它通过控制加热温度、精轧温度、冷却工艺和卷取温度实现控制钢板表面氧化铁皮的目的。此种方法主要通过控制轧制工艺尽可能的减少钢板表面氧化铁皮量，未考虑生产节奏对钢板表面氧化铁皮生成的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于制造挖掘机动臂的高表面质量热轧钢板及其制造方法。该钢板具有高强度、良好的抗弯能力和高表面质量的特点；此钢板普遍适用于工程机械行业大、中型液压挖掘机动臂的制造。
为实现上述目的，本发明提供的一种用于制造挖掘机动臂的高表面质量热轧钢板，所述高表面质量热轧钢板的化学成分重量百分比包括C：0.01～0.25％、Si：0.005～0.20％、Mn：0.10～2.0％、Nb：0.005～0.10％、V：0.005～0.20％、Ti：0.01～0.15％、Als:0.020～0.070％、P≤0.025％、S≤0.015％，其余为Fe及杂质，杂质要求Ni≤0.30％、Cr≤0.20％、Mo≤0.08％、Cu≤0.35％、Sn≤0.03％、Pb≤0.02％。
进一步地，所述高表面质量热轧钢板的化学成分重量百分比包括C：0.01～0.20％、Si：0.01～0.20％、Mn：0.20～2.0％、Nb：0.005～0.05％、V：0.01～0.20％、Ti：0.01～0.10％、Als:0.025～0.060％、P≤0.020％，S≤0.010％，其余为Fe及杂质，杂质要求Ni≤0.30％、Cr≤0.20％、Mo≤0.08％、Cu≤0.35％、Sn≤0.03％、Pb≤0.02％。
再进一步地，所述高表面质量热轧钢板的化学成分重量百分比包括C：0.07％、Si：0.04％、Mn：0.5％、Nb：0.007％、V：0.017％、Ti：0.023％、Als：0.039、P：0.013％、S：0.003％、Als：0.039；其余为Fe及杂质，杂质要求Ni≤0.30％、Cr≤0.20％、Mo≤0.08％、Cu≤0.35％、Sn≤0.03％、Pb≤0.02％。
再进一步地，所述高表面质量热轧钢板的厚度为5～20mm，其屈服强度Rel：280～450MPa，抗拉强度Rm≥420MPa，延伸率A≥25％，横向试样-20℃夏比冲击吸收功KV2≥50J。
本发明提供了一种上述用于制造挖掘机动臂的高表面质量热轧钢板的制备方法，该高表面质量热轧钢板通过高炉铁水、铁水预脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼(喂Si-Ca线)、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取、开卷、7辊粗矫和11辊精矫、横切制备而成，其中，
1)板坯加热过程中
板坯出炉温度为1200～1300℃，在炉时间140～200min，保证合金元素完全固溶及充分奥氏体化；
2)热连轧过程中
开轧温度为1000～1100℃，精轧温度为850～950℃，卷取温度为600～700℃，轧制速度为2.5～12m/s；同时，采用高压水除鳞，轧制过程中精轧机架间水全开，确保粗轧和精轧全道次除鳞；
3)层流冷却过程中
采用前段快冷方式，冷却速率为20～50℃/s；
4)开卷过程中
开卷前对开平线进行设备清扫，确认设备没有油污、积聚的尘灰；
5)7辊粗矫和11辊精矫过程中
7辊粗矫前加装刷辊，去除少量FeO脱落形成的黑粉，11辊精矫前加装吹扫装置，防止异物压入。
作为优选方案，所述步骤2)中，若钢板宽度为900～1500mm时，轧制速度3～12m/s；
或者，若钢板宽度为1500～2100mm时，轧制速度为2.5～8m/s。重点控制轧制过程精轧及卷取温度，并根据钢板厚度、宽度规格控制轧制速度。
作为优选方案，所述步骤3)中，冷却速率为20～45℃/s。
作为优选方案，所述高表面质量热轧钢板的厚度为5～20mm，其屈服强度Rel：280～450MPa，抗拉强度Rm≥420MPa，延伸率A≥25％，横向试样-20℃夏比冲击吸收功KV2≥50J。
以下简述本发明中选定合金元素、成分范围及工艺要点的理由。
C：含量控制在0.01～0.20wt％范围内。碳是提高硬度、强度和耐磨性的主要元素，含有0.01wt％以上，才能确保钢板的强度。但过高的C会降低钢的延性和焊接性，故本发明中碳含量控制范围在0.01～0.25wt％，优选C：0.01～0.20wt％。
Si：含量控制在0.01～0.20wt％范围内。硅是炼钢脱氧的必要元素，且以固溶强化形式提高钢的强度，含量一般在0.005wt％以上。当Si≥0.2wt％时，与O发生反应后以SiO2的形式存在，SiO2又与FeO易形成FeO/Fe2SiO4的共析产物或成铁橄榄石(2FeSiO2)，FeO/Fe2SiO4的共析产物凝固后为锚状形貌，FeO很难去除；铁橄榄石嵌入到氧化铁皮层中后，与基体的结合非常紧密，高压水除磷也很难将其除去。本发明中控制Si：0.005～0.20wt％，优选为0.01～0.20wt％。
Mn：含量控制在0.20～2.0wt％。锰能消除或减弱因硫所引起的热脆性，从而改善钢的热加工性能。Mn和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，强化基体；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子，生成Mn3C，它与Fe3C能相互溶解，在钢中形成在(Fe Mn)3C型化合物，从而提高钢的强度、硬度。因此，一般含有0.10wt％以上的锰。但锰含量较高会造成较严重的中心偏析，并降低韧性，锰选择为0.10～2.0wt％，优选为0.20～2.0wt％。
Nb：含量控制在0.005～0.05wt％。铌可细化晶粒和弥散强化提高强度，硬度，0.10wt％以下即可达到细化晶粒和弥散强化的作用。本发明中控制Nb含量为0.005～0.10wt％，优选为0.005～0.05wt％。
V：含量控制在0.01～0.20wt％。钒能显著改善普通低碳低合金钢的焊接性能，可细化组织晶粒，提高强度和韧性。本发明中控制V含量为0.005～0.20wt％，优选为0.01～0.20wt％。
Ti：含量控制在0.01～0.10wt％。适量的钛在连铸冷却条件下生成弥散的TiN颗粒，由于它的熔点很高，在焊接热影响区能显著抑制晶粒长大。本发明中控制Ti含量为0.01～0.15wt％，，优选为0.01～0.10wt％。
板坯出炉温度为1200～1300℃，在保证生产节奏的同时，根据钢板的宽厚规格，尽量控制出炉温度；在炉时间140～200min，保证合金元素完全固溶及充分奥氏体化，减少初生氧化铁皮的厚度。
采用高压水除鳞，轧制过程中精轧机架间水全开，确保粗轧和精轧全道次除鳞，尽可能去除钢板表面氧化铁皮。
对轧制过程温度进行严格控制，开轧温度控制在1000～1100℃，精轧温度控制在850～950℃，卷取温度为600～700℃。采用较高的开轧温度主要为保证精轧温度和卷取温度，保证生产节奏。精轧温度控制在850～950℃有利于细化铁素体晶粒，增加析出相的形核位置，提高钢板强度，且有利于提升轧制速度。当卷取温度低于600℃时，钢板表面的FeO容易发生共析反应生成Fe3O4，当温度高于700℃时，钢板的力学性能无法保证，卷取温度在600～700℃间时，钢板表面的氧化铁皮结构主要为FeO+α-Fe，FeO具有良好的塑性，不易卷取破碎，有利于减少表面黑灰量。
钢板宽度为900～1500mm时，轧制速度3～12m/s；宽度为1500～2130mm时，轧制速度≥2.5～8m/s。根据钢板宽厚规格和设备能力，严格控制轧制速度可缩短精轧道次间隔时间，减少钢板表面氧化铁皮的厚度。
进行层流冷却，采用前段快冷模式，冷却速率20～45℃/s。
本发明的有益效果在于：
本发明生产的挖掘机动臂用钢板屈服强度Rel：280～450MPa，抗拉强度Rm≥420MPa，延伸率A≥25％，横向试样-20℃夏比冲击吸收功KV2≥50J。具有较高的强度，良好的焊接性，完全可以满足全球所有挖掘机械生产厂家的性能要求。与普通345级别钢板相比，该钢钢质纯净度高，性能稳定，作为专用钢板，售价较高，具有明显的竞争优势。
通过对加热工艺、轧制工艺等过程进行控制，最终的钢板表面光亮、无黑灰，钢板上下表面基本没有凹坑、麻点等缺陷，钢板具有很高的表面质量。此钢种的开发大大提高了该类高表面质量热轧产品的市场竞争力，经济效益显著。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
一种用于制造掘机动臂的高表面质量热轧钢板及其制造方法，冶炼时，将Si的重量百分比控制在0.01～0.20wt％之间，控制Nb：0.005～0.05％，V：0.01～0.20％，Ti：0.01～0.10％。板坯出炉温度为1200～1300℃，在炉时间140～200min，保证合金元素完全固溶及充分奥氏体化；开轧温度1000～1100℃，精轧温度850～950℃，卷取温度600～700℃；进行层流冷却，采用前段快冷方式，冷却速率为20～50℃/s；钢板宽度为900～1500mm时，轧制速度为3～12m/s，宽度为1500～2100mm时，轧制速度为2.5～8m/s；采用高压水除鳞，轧制过程中精轧机架间水全开，确保粗轧和精轧全道次除鳞。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细描述。
铸坯厚度为230mm，钢板厚度规格为16mm，宽度为1750mm。本发明热轧钢板化学成分见表1，余量为Fe。生产工艺控制与钢板质量情况见表2。对比例中，当在炉时间超过200min，卷取温度降低到600℃以下，轧制速度降低到2.5m/s以下时，钢板表面黑灰量明显增多，凹坑、麻点等缺陷也相应大大增加；尤其是当在炉时间过长、卷取温度和轧制速度同时下降时，钢板表面黑灰问题严重，矫直过程中氧化铁皮破碎严重，钢板表面黑灰、凹坑、麻点等问题非常突出。
表1本发明钢板的化学成分情况(wt％)
| 序号 | C | Si | Mn | P | S | Als | Nb | V | Ti |
| 成分1 | 0.08 | 0.05 | 0.45 | 0.015 | 0.003 | 0.036 | 0.008 | 0.016 | 0.025 |
| 成分2 | 0.07 | 0.06 | 0.46 | 0.020 | 0.005 | 0.046 | 0.010 | 0.015 | 0.027 |
| 成分3 | 0.07 | 0.04 | 0.50 | 0.013 | 0.003 | 0.039 | 0.007 | 0.017 | 0.023 |
| 成分4 | 0.09 | 0.06 | 0.51 | 0.017 | 0.005 | 0.043 | 0.011 | 0.012 | 0.025 |
| 成分5 | 0.08 | 0.05 | 0.47 | 0.018 | 0.004 | 0.040 | 0.011 | 0.013 | 0.024 |
| 成分6 | 0.09 | 0.05 | 0.48 | 0.018 | 0.004 | 0.037 | 0.008 | 0.015 | 0.024 |
| 成分7 | 0.07 | 0.04 | 0.45 | 0.014 | 0.003 | 0.042 | 0.012 | 0.015 | 0.027 |
| 成分8 | 0.07 | 0.06 | 0.52 | 0.015 | 0.005 | 0.038 | 0.010 | 0.014 | 0.028 |
| 成分9 | 0.08 | 0.04 | 0.51 | 0.016 | 0.005 | 0.038 | 0.008 | 0.016 | 0.031 |
| 成分10 | 0.08 | 0.05 | 0.47 | 0.017 | 0.003 | 0.041 | 0.009 | 0.014 | 0.027 |
表2本发明成分对应实施例与对比例生产工艺控制与钢板质量情况
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (4)
1.一种用于制造挖掘机动臂的高表面质量热轧钢板，所述高表面质量热轧钢板的化学成分重量百分比包括
C：0.01～0.20％、Si：0.01～0.20％、Mn：0.20～2.0％、Nb：0.005～0.05％、V：0.01～0.20％、Ti：0.01～0.10％、Als:0.025～0.060％、P≤0.020％，S≤0.010％，其余为Fe及杂质，杂质要求Ni≤0.30％、Cr≤0.20％、Mo≤0.08％、Cu≤0.35％、Sn≤0.03％、Pb≤0.02％；该高表面质量热轧钢板通过高炉铁水、铁水预脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取、开卷、7辊粗矫和11辊精矫、横切制备而成，其特征在于：
1)板坯加热过程中
板坯出炉温度为1200～1300℃，在炉时间140～200min，保证合金元素完全固溶及充分奥氏体化；
2)热连轧过程中
开轧温度为1000～1100℃，精轧温度为850～950℃，卷取温度为600～700℃，轧制速度为2.5～12m/s；同时，采用高压水除鳞，轧制过程中精轧机架间水全开，确保粗轧和精轧全道次除鳞；其中，
若钢板宽度为900～1500mm时，轧制速度3～12m/s；
或者，若钢板宽度：大于1500mm，小于等于2100mm时，轧制速度为2.5～8m/s；
3)层流冷却过程中
采用前段快冷方式，冷却速率为20～50℃/s；
4)开卷过程中
开卷前对开平线进行设备清扫，确认设备没有油污、积聚的尘灰；
5)7辊粗矫和11辊精矫过程中
7辊粗矫前加装刷辊，去除少量FeO脱落形成的黑粉，11辊精矫前加装吹扫装置，防止异物压入，其中，所述高表面质量热轧钢板的厚度为5～20mm，其屈服强度Rel：280～450MPa，抗拉强度Rm≥420MPa，延伸率A≥25％，横向试样-20℃夏比冲击吸收功KV2≥50J。
2.根据权利要求1所述用于制造挖掘机动臂的高表面质量热轧钢板，其特征在于：所述高表面质量热轧钢板的化学成分重量百分比包括C：0.07％、Si：0.04％、Mn：0.5％、Nb：0.007％、V：0.017％、Ti：0.023％、Als：0.039、P：0.013％、S：0.003％；其余为Fe及杂质，杂质要求Ni≤0.30％、Cr≤0.20％、Mo≤0.08％、Cu≤0.35％、Sn≤0.03％、Pb≤0.02％。
3.一种权利要求1所述用于制造挖掘机动臂的高表面质量热轧钢板的制备方法，该高表面质量热轧钢板通过高炉铁水、铁水预脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取、开卷、7辊粗矫和11辊精矫、横切制备而成，其特征在于：
1)板坯加热过程中
板坯出炉温度为1200～1300℃，在炉时间140～200min，保证合金元素完全固溶及充分奥氏体化；
2)热连轧过程中
开轧温度为1000～1100℃，精轧温度为850～950℃，卷取温度为600～700℃，轧制速度为2.5～12m/s；同时，采用高压水除鳞，轧制过程中精轧机架间水全开，确保粗轧和精轧全道次除鳞；其中，
若钢板宽度为900～1500mm时，轧制速度3～12m/s；
或者，若钢板宽度：大于1500mm，小于等于2100mm时，轧制速度为2.5～8m/s；
3)层流冷却过程中
采用前段快冷方式，冷却速率为20～50℃/s；
4)开卷过程中
开卷前对开平线进行设备清扫，确认设备没有油污、积聚的尘灰；
5)7辊粗矫和11辊精矫过程中
7辊粗矫前加装刷辊，去除少量FeO脱落形成的黑粉，11辊精矫前加装吹扫装置，防止异物压入，其中，所述高表面质量热轧钢板的厚度为5～20mm，其屈服强度Rel：280～450MPa，抗拉强度Rm≥420MPa，延伸率A≥25％，横向试样-20℃夏比冲击吸收功KV2≥50J。
4.根据权利要求3所述用于制造挖掘机动臂的高表面质量热轧钢板的制备方法，所述步骤3)中，冷却速率为20～45℃/s。
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