CN107557674B - 一种混凝土搅拌车罐体用钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混凝土搅拌车罐体用钢板及其生产方法，该钢板成分按重量百分比计如下：C：0.17％～0.25％、Si：0.4％～0.6％、Mn：1.20％～1.40％、Cr：0.5～0.8％、Nb：0.02％～0.04％、B：0.0010％～0.0022％、Ti：0.025％～0.04％、Als：0.025％～0.045％，且Ti/N≥3.4，余量为Fe及不可避免的杂质。生产方法包括冶炼、连铸、堆垛缓冷、带温清理、板坯加热、轧制、热处理、矫直、检验，本发明钢板屈服强度大于700MPa，表面硬度大于300HB，采用热轧平板生产，板型优良，残余应力低，性能均匀，成本低廉。

Description

一种混凝土搅拌车罐体用钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种混凝土搅拌车罐体用钢板及其生产方法。

背景技术

混凝土搅拌车是一种用于运输预搅混凝土的专用重型卡车，近年来，我国大部分城市已开始限制混凝土搅拌站的建设，因此大载重量的混凝土搅拌车的市场需求明显增加。另一方面，随着国家对搅拌车产品管理力度的近一步加严，规定混凝土搅拌车在上户过程中整车重量与公告不符合的不允许落户，该政策的施行促进了混凝土搅拌车车辆轻量化的需求。另一方面，车辆轻量化是节能减排的重要的措施之一，据相关资料介绍，车辆减重10％可降低燃油使用5％～8％。

混凝土搅拌车罐体一般由4～12毫米钢板冷压成型后焊接而成。罐体内部钢板在使用过程中需要不断与水泥砂浆接触，要求钢板具有高强度、良好的耐磨性以及优良的焊接性能及成型性能。目前，国内多数汽车搅拌车制造厂还在采用屈服强度345MPa级别的低合金高强度结构钢板作为罐体材料，搅拌车罐体用钢普遍存在钢材强度低，耐磨性差的问题；而且由于制作时使用钢板较厚，造成搅拌车自重较大，与国外进口车型相比承载能力不足。

因此开发高耐磨、塑性好、冷弯性好、焊接性优良的高强度混凝土搅拌车罐体专用钢板替代大量使用的Q345级别钢板，将使汽车搅拌车罐体用钢板规格减薄，具有明显的轻量化效果，达到了节能减排的目的。同时由于硬度及耐磨性的增加，搅拌罐的使用寿命将明显延长，经济效益和社会效益明显。

(公开号为CN101974722A)《一种用于制造混凝土搅拌车罐体的钢板及生产方法》，公开的钢板化学成分按重量百分含量计为：C：0.05-0.09％；Mn：1.81～2.0％；S≤0.008％；P≤0.015％；Si：≤0.07％；Nb:0.02～0.04％；Ti：0.07～0.14％；Als：0.010～0.030％；余量为Fe及不可避免的杂质。该发明通过提高Mn含量抑制珠光体转变，利用Ti的沉淀强化提高强度，从而形成一种铁素体、低碳贝氏体钢双相钢，成型、焊接性能好于普通Q345钢板，可以满足搅拌车罐体用钢的基本要求。生产工艺：高炉炼铁、转炉炼钢、LF精炼、中等厚度板坯连铸、步进式加热炉加热、粗轧、热卷箱、精轧、层流冷却控制、卷取、成品。通过控制炼钢，精炼、连铸、轧制等主要工序中的工艺参数，使产品的各项力学性能指标到达要求标准，上述用于用于制造混凝土搅拌车罐体的钢板，抗拉强度为：700～850Mpa，延伸率为：16～28％。其不足之处在于：该发明抗拉强度值最高只能达到850Mpa，对应的表面硬度小于260HB，耐磨性受到限制，且其采用控扎控冷后卷曲的方法生产，，钢卷头中尾的性能受卷曲的限制差异明显，且钢卷使用前需开平成平板，开平及冷矫后钢板内应力将明显增加，对搅拌罐制作时冷成型不利。

《一种700MPa级热轧汽车结构用钢及其制备方法》(公开号为CN104480397A)，公开了一种高强度汽车用钢及其制造方法，具体的涉及一种700MPa级热轧汽车结构用钢及其制备方法。其化学成分重量百分比包括：C 0.05～0.1％、Si 0.30～0.60％、Mn 0.50～1.00％、Alt 0.02～0.06％、Cr 0.60～1.00％、P≤0.06％、Ti 0.05～0.10％、S≤0.005％、N≤0.006％，余量为Fe及不可避免的杂质。其不足之处在于，该发明利用低碳钛微合金化的方法，钢板屈服强度达到700MPa级及以上，但抗拉强度低于900Ma,表面硬度低于300HB，耐磨性能较差。

《屈服强度达700MPa的汽车厢体用带钢及其轧制方法》(公开号为CN104141093A)，该发明涉及一种屈服强度达700MPa的汽车厢体用带钢及其轧制方法，属于汽车厢体用钢技术领域。技术方案是：化学成分重量百分比为：C：0.06～0.12％；Si：0.2～0.4％；V＜0.005％；Mn：0.5～1.6％；Ti：0.06～0.14％；其余为铁和其它不可避免的杂质，冶炼控制N含量≤30ppm、O含量≤40ppm。该发明利用了Ti元素在钢中高温回溶和低温析出原理，根据轧制过程的相变过程和温度梯度，分阶段采用微合金化、细晶强化、析出强化的组合强化模式，结合轧钢控轧控冷工艺，利用Ti元素在钢中高温回熔和低温析出的特性，降低了轧制变形抗力，解决了高强钢轧制难度大的问题；确定了合理的轧制压下工艺制度和最佳终轧温度及卷取温度制度，大幅降低生产冶炼成本。钢板屈服强度达到700MPa级及以上，但该发明钢板抗拉强度低于900Ma相当表面硬度低于300HB，耐磨性能较差。

发明“HIGH STRENGTH HOT ROLLED STEEL SHEET EXCELLENT IN FORMABILITY”一种优异成型性能的热轧高强带钢制造方法”，公开号为EP0997548(A1)公开的高强带钢其组成含量以重量表示C:0.05～0.15％，Si:0.5～2.0％，Mn:0.5～2.0％，P:小于0.05％，S:小于0.010％，Al:0.005～0.10％，其余为Fe，成品钢板组织为铁素体、残余奥氏体和贝氏体3种组织，铁素体量60～95％，残余奥氏体含量可达到3～15％，贝氏体含量为残余奥氏体量的1.5倍以上，钢板的平均硬度达到240-400Hv，生产方法为钢带TMCP轧制。该专利中采用控轧控冷工艺生产卷板，钢板开平后内应力大，整卷性能不均匀，且成分设计上采用高Si、高Mn的合金体系，虽然有利于多相组织的形成，但成本较高，钢板裂纹敏感系数高，焊接性能较差。

《一种控温轧制无加速冷却的低钼低合金高强度的钢板》(公开号为US20120247606A1)其公开了一种低钼低合金含量的钢板，该钢板的基本组成(以质量百分含量wt％计)为:C:0.05～0.07,Mn:1.5～1.7,Ti:0.01～0.025，Al:0.02～0.04，Nb:0.075～0.1,P小于0.01，S小于0.003，Mo:0.1～0.2，其余为Fe和不可避免的杂质。该专利采用控轧控冷的方法生产卷板，钢板内应力大，性能不均匀，表面硬度低于300HB；钢且板含有Mo0.1～0.2％及Nb 0.075～0.1％成本较高。

文献《600MPa级汽车机械搅拌罐用钢的研发与应用》，该文章介绍了一种采用低碳一锰一钛成分体系和TMCP生产工艺生产600MPa级高强度汽车机械搅拌罐用钢的生产方法，其性能满足了汽车搅拌罐用钢的使用要求，用其替代Q345低合金高强度结构用钢后，搅拌罐重量减轻了19.74％，大大减少了能源消耗。但该专利屈服强度仅为600MPa，采用卷板开平的方法，同卷性能差异普遍较明显，内应力大，对搅拌罐制作时冷成型不利，且表面硬度低于300HB，耐磨性较差。

文献《复合材料混凝土搅拌简及其制造方法整车与上装》介绍了美国oshkosh卡车公司研发出的复台材料搅拌筒替代钢制混凝±搅拌，采用缠绕成型工艺制造.具有重量轻，接缝少，耐腐蚀.易维护、低噪声等特点，该材料成本较高，需专用模具生产，维护及备件困难，因此不适合中国国情，无法进行批量工业生产。

可见目前混凝土搅拌车罐体用钢板的生产存在以下不足：

①屈服强度低于700MPa，导致搅拌罐自重过大；

②表面硬度低于300HB，钢板耐磨性差；

③采用复合材料或表面喷涂、镶嵌的的方法提高钢板耐磨性，工艺复杂，成本高昂；

④卷板生产，需开平后使用，钢板内应力大，性能不均匀。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种混凝土搅拌车罐体用钢板及其生产方法，应用本发明生产的钢板屈服强度大于700MPa；表面硬度大于300HB，热轧平板生产，板型优良，残余应力低，性能均匀；生产成本低廉，不含贵重合金。

本发明的目的是这样实现的：

一种混凝土搅拌车罐体用钢板，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.17％～0.25％、Si：0.4％～～0.6％、Mn：1.20％～1.40％、Cr：0.5～0.8％、Nb：0.02％～0.04％、B：0.0010％～0.0022％、Ti：0.025％～0.04％、Als：0.025％～0.045％，钢中的杂质元素控制：P≤0.015％,S≤0.005％，[N]≤0.0060％，[O]≤0.0020％，且Ti/N≥3.4，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明成分设计理由如下：

C:为了保证钢板较高的表面硬度需要相当的碳含量做保证，在一定范围内钢的耐磨性和硬度随碳含量的增加而相应的增加，同时一定的碳含量有利于Nb、Ti、Cr等形成碳化物析出，增加耐磨性。但碳含量过高则塑性、韧性降低，焊接性能下降。因此，为了保证钢板的300HB的高硬度及良好的加工和焊接性能，本发明中C含量控制在0.17％～0.25％；

Si：主要作用是固溶强化和脱氧，是非碳化物形成元素，以固溶体的形式溶于铁素体和奥氏体，提高钢的强度和硬度，固溶强化效果明显，但硅含量过高，会降低钢板的低温韧性，同时会使焊接性能下降，因此本发明中Si含量控制在0.4％～0.6％；

Mn：主要作用是固溶强化，锰能与铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的强度，含量大于0.4％时可以很好的稳定奥氏体组织，进一步提高淬透性，提高贝氏体中碳的过饱和度，有利于强度和硬度的提高，且成本低廉；但含量高于1.5时易形成中心偏析，会使板坯有易发裂纹的倾向；因此本发明中Mn含量控制在1.2％～1.4％；

Nb：是强碳和氮化合物形成元素，主要作用是通过在钢中形成细小碳氮化物抑制加热时晶粒长大，空冷时又具有一定的析出强化的作用；Nb加入钢中，通过抑制奥氏体晶粒界面运动，从而提高钢板的再结晶温度。钢板中加入适量的Nb，高温奥氏体化时，未溶解的NbC起到钉轧奥氏体晶界的作用，从而阻碍奥氏体晶界过分粗化。溶解在奥氏体中的Nb，在两阶段轧制过程中抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒。但Nb含量过高，则会形成粗大的NbC，影响钢板的力学性能。因此，本发明中Nb的加入量为0.02％～0.04％。

Ti：可以与氮、碳和硫形成化合物，是一种良好的脱氧去气剂和固定氮氧的有效元素。主要作用是通过在钢中形成细小碳氮化物抑制加热时晶粒长大，钛与氮的化合物形成温度较高，碳化钒和碳化铌的析出温度较碳化钛和氮化钛低，加钛时通过控制钛氮的比例(Ti/N≥3.4)，使铌主要与碳化合，同时可以阻止钢中的游离N与B形成化合物，提高酸溶硼收得率充分发挥B提高淬透性的作用，但含量过高时会形成粗大的TiN,降低钢板的低温韧性和疲劳性能，因此本发明中Ti的加入量控制在0.025％～0.04％且Ti/N≥3.4。

Cr：主要作用是降低临界冷却速度，提高钢板的淬透性，利于形成完全细小的贝氏体组织，另外铬是中强碳化物形成元素，在钢中可形成多种碳化物，提高钢板的强度和硬度，保证钢板的表面硬度在300HB以上；Cr含量大于0.5％时效果明显，Cr含量随厚度增加而适当增加，但Cr过多加入，会使焊接性降低，因此本发明控制Cr：0.5％～0.8％。

Als：脱氧元素，可减少钢中氧化物夹杂并纯净钢质，有利于提高钢板的成型性能，含量过高将会造成浇铸困难，会在钢中形成大量Al₂O₃夹杂物，导致延展性变差，因此Als控制在0.025％～0.045％。

B：钢中加入微量的硼可极大的提高淬透性，抑制先析铁素体的形成。硼与锰、铌、钛等联合加入不仅显著增加了贝氏体淬透性，保证了足够的强度，而且有效阻止了钢中的动、静态再结晶行为，降低了贝氏体转变相变点，使贝氏体钢中位错密度增大，析出物细小弥散，最终获得强韧性匹配良好的贝氏体组织。由于硼的加入量很小，且在钢液中与氧、氮有较强的亲和力，很容易与其发生化合反应，从而失去提高淬透性的作用。因此冶炼时加硼之前应尽量降低钢水中氧和氮的含量，但B含量过多时(≥0.0025％)易在晶界处富集，会降低晶界结合能，使钢板在受到冲击载荷时更倾向于沿晶断裂，降低钢板的低温冲击吸收功。因此，本发明中B的加入量为0.0010％～0.0022％，且[N]≤0.0080％，[O]≤0.0020％。

一种混凝土搅拌车罐体用钢板的生产方法，包括冶炼—连铸—堆垛缓冷—带温清理—板坯加热—轧制—热处理—矫直—检验，

冶炼：进行铁水预处理，采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行精炼处理，并进行微合金化，控制钢中杂质含量在成分设计范围；精炼时要控制钢水[N]≤0.0060％，[O]≤0.0020％，加Ti微合金化，同时要控制钢中的Ti/N大于等于3.4，保证钢中硼的含量在0.0010％～0.0020％；

连铸：采用电磁搅拌，减少元素偏析，连铸后需堆垛缓冷大于36小时，可有效去除钢坯中的氢含量和铸造内应力，然后进行板坯带温清理，减少铸造缺陷，清理时板坯温度控制在100℃～200℃，可避免切割裂纹的发生。

轧制：根据成品厚度的不同采用不同的板坯厚度和轧制工艺；

对于成品厚度4～8mm，板坯厚度为60～90mm；

对于成品厚度8～12mm，板坯厚度为135～200mm。

对于轧制成品厚度为4～8mm钢板时，采用的板坯厚度为60～90mm；采用薄的板坯厚度进行轧制是本发明的重要特征。钢坯在步进梁式连续加热炉炉内加热时，由于温度高，坯料强度与常温相比明显下降，加热炉内辊道间距较大，因此一般加热钢坯的厚度都在90mm以上，以免加热时变形，无法出炉轧制。因此本发明在钢坯上表面放置1块60～90mm厚度较薄钢坯，这是由于对于轧制轧制4～8mm钢板时，常常由于坯料厚轧制道次多造成终轧温度低而无法完成，因此薄规格钢板的生产大多需在连轧生产线轧制带钢，然后开平。本发明采用在普通钢坯上表面放置1块60～90mm厚度较薄钢坯的方法解决薄规格钢坯无法加热的问题；二块钢坯加热后一起出炉，出炉后采用人工的方法进行分离，这样就可以60～90mm的薄钢坯轧制4～8mm的成品厚度，轧制的钢板板型良好。轧前加热温度1200℃～1250℃，加热时间1～1.5分钟/mm，轧制4～8mm钢板开轧温度控制在1050℃～1100℃，轧制过程要加快轧制节奏，目标终轧温度控制在730℃～780℃；

对于轧制成品厚度为大于8～12mm，采用板坯厚度为135～200mm，轧前加热温度1200℃～1250℃，加热时间1～1.5分钟/mm，轧制时采用两阶段控轧，目的在于充分细化热轧态组织,第一阶段轧制开轧温度控制在1050℃～1100℃，第一阶段轧制过程中，奥氏体发生动态再结晶、静态再结晶和动态回复的过程，细化了奥氏体晶粒；第二阶段轧制开始温度控制在小于等于930℃；终轧温度控制在800℃～850℃，第二阶段轧制目的是将奥氏体进一步细化且富集了大量的位错，为形成细小的贝氏体提供了大量的形核位置。本发明的特征在于采用控轧工艺充分细化钢板的组织，有利于钢板获得较高的硬度和较好的韧性；大于8～12mm厚度钢板控轧后需水冷，以保证钢板有足够的强度和硬度，钢板入水温度为750℃～790℃，冷却速度10℃/S～20℃/S，返红温度为550℃～600℃；

热处理：本发明采用淬火加回火热处理的方法进一步优化钢板的力学性能。淬火加热温度850℃～900℃，保温2.5-3.5分钟/mm，缓冷至750℃～800℃入水，淬火至室温。目的在于采用较高的加热温度使钢板充分奥氏体化，然后出炉缓冷，利用硼能有效延迟先析铁素体的特点，可以保证钢板的硬度下降不明显，而且在较低的温度下淬火可降低钢板内应力，更容易保证薄规格钢板淬火的板型。回火工艺：回火温度300℃～350℃，保温3.5-4.5分钟/mm，空冷。通过回火进一步提高钢板的塑形，利于搅拌车罐体的冷成型加工。

本发明的有益效果在于：

①钢板屈服强度大于700MPa；

②表面硬度大于300HB；

③采用热轧平板生产，板型优良，残余应力低，性能均匀；

④成本低廉，不含贵重合金。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼、连铸、轧制、热处理、平整。本发明实施例钢的冶炼成分见表1。本发明实施例钢的主要轧制工艺参数见表2。本发明实施例钢热轧态力学性能见表3。本发明实施例热处理工艺及性能见表4。

表1本发明实施例钢的冶炼成分(wt％)

序号	C	Si	Mn	Cr	Nb	Ti	B	Als	N	Ti/N
											1	0.17	0.4	1.4	0.50	0.02	0.025	0.0010	0.030	0.003	8.3
2	0.20	0.4	1.3	0.60	0.02	0.030	0.0012	0.035	0.004	7.5
											3	0.22	0.5	1.2	0.70	0.03	0.036	0.0022	0.030	0.005	7.2
4	0.25	0.6	1.2	0.80	0.04	0.033	0.0016	0.025	0.006	5.5

表2本发明实施例钢的主要轧制工艺参数

表3本发明实施例钢热轧态力学性能

表4本发明实施例热处理工艺及性能

Claims (2)

1.一种混凝土搅拌车罐体用钢板的生产方法，其特征在于，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.17%～0.25%、Si：0.4%~~0.6%、Mn：1.20%～1.40%、Cr：0.5~0.8%、Nb：0.02%～0.04%、B：0.0010%～0.0022%、Ti：0.025%～0.04%、Als：0.025%～0.045%，钢中的杂质元素控制：P≤0.015%,S≤0.005%，[N]≤0.0060%，[O]≤0.0020%，且Ti/N≥3.4，余量为Fe及不可避免的杂质；

生产方法包括冶炼—连铸—堆垛缓冷—带温清理—板坯加热—轧制—热处理—矫直—检验，

（1）冶炼：进行铁水预处理，采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行精炼处理，并进行微合金化，控制钢中杂质含量在成分设计范围；精炼时要控制钢水[N]≤0.0060%，[O]≤0.0020%，加Ti微合金化，同时要控制钢中的Ti/N大于等于3.4，保证钢中硼的含量在0.0010%～0.0020%；

（2）轧制：根据成品厚度的不同采用不同的板坯厚度和轧制工艺：

（a）对于成品厚度4~8mm，采用板坯厚度为60~90mm；

在钢坯上表面放置1块60~90mm厚度较薄钢坯，二块钢坯加热后一起出炉，出炉后采用人工的方法进行分离，轧前加热温度1200℃~1250℃，加热时间1~1.5分钟/mm，轧制4~8mm钢板开轧温度控制在1050~1100℃，目标终轧温度控制在730~780℃；

（b）对于成品厚度大于8mm且小于等于12mm，采用的板坯厚度为135~200mm；

轧前加热温度1200℃~1250℃，加热时间1~1.5分钟/mm，轧制时采用两阶段控轧，第一阶段轧制开轧温度控制在1050~1100℃；第二阶段轧制开始温度控制在小于等于930℃；终轧温度控制在800~850℃，控轧后水冷，钢板入水温度为750~790℃，冷却速度10℃/S~20℃/S，返红温度为550~600℃。

2.根据权利要求1所述的混凝土搅拌车罐体用钢板的生产方法，其特征在于，所述热处理：采用淬火加回火热处理的方法，淬火加热温度850~900℃，保温2.5-3.5分钟/mm，缓冷至750℃~800℃入水，淬火至室温；回火工艺：回火温度300~350℃，保温3.5-4.5分钟/mm，空冷。