CN107675086A - 一种800MPa级工程车用热轧结构钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种800MPa级工程车用热轧结构钢及其生产方法，包括如下重量百分比的化学成分：C 0.050～0.080％、Si 0.15～0.25％、Mn 1.70～1.90％、P≤0.020％、S≤0.010％、Als 0.020～0.060％、Nb 0.060～0.080％、Mo 0.080～0.120％、Ti 0.110～0.130％，余量为铁及其他不可避免的杂质。通过铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→连铸→铸坯热处理→控轧控冷→平整→横切→成品工艺制备得到。根据上述生产方法制备得到的800MPa级工程车用热轧结构钢，其屈服强度达到700MPa以上、抗拉强度800MPa以上，延伸率达到20％以上，‑20℃夏比冲击韧性冲击功80J以上，180度冷弯d＝2a全部合格。

Description

一种800MPa级工程车用热轧结构钢及其生产方法
技术领域
本发明属于钢板热轧领域，具体涉及一种800MPa级工程车用热轧结构钢及其生产方法，这种产品广泛用于工程用车的结构部件，例如起重机车的吊臂、重卡自卸车大梁等。
背景技术
对于工程车用结构钢，特别是对于使用在例如起重机吊臂等重要部位的钢材，不仅要求有较高的强度，还要求具有良好的塑韧性和焊接性能，才能保证其安全性能。目前国内很大一部分这样的钢材还依赖于进口，因此开发一种高强度工程车用结构钢是很有必要的。
发明内容
基于上述背景，本发明提供了一种800MPa级工程车用热轧结构钢及其生产方法。在降C控低Si的合金成分中，利用适量合金元素的添加改变钢种组织特性，通过多次试验总结，开发出了钢种中添加Nb、Mo、Ti元素的钢种组，以上三种元素的添加可以有效地发挥钢材用在工程机车上的性能优势。并在后续的轧制过程中，采用增加精轧机组压下率，在层流冷却阶段采用全冷却段冷却来增加冷却速率及降低卷取段温度的生产工艺来控制钢材的最佳性能。
本发明采取的技术方案为：
一种800MPa级工程车用热轧结构钢，包括如下重量百分比的化学成分：C0.050～0.080％、Si 0.15～0.25％、Mn 1.70～1.90％、P≤0.020％、S≤0.010％、Als0.020～0.060％、Nb 0.060～0.080％、Mo 0.080～0.120％、Ti 0.110～0.130％，余量为铁及其他不可避免的杂质。
进一步地，优选为包括如下重量百分比的化学成分：C 0.057～0.071％、Si0.18～0.22％、Mn 1.74～1.86％、P≤0.010％、S≤0.005％、Als 0.031～0.052％、Nb0.064～0.076％、Mo 0.100～0.110％、Ti 0.091～0.123％，余量为铁及其他不可避免的杂质。
所述800MPa级工程车用热轧结构钢的金相组织由针状铁素体、粒状贝氏体及少量回火马氏体构成。其晶粒度等级为7级，马氏体组织的存在一定程度上增加了材料的硬度，增加了对变形、开裂和磨损的抗力，贝氏体实为铁素体与碳化物的非层状混合组织，增加了材料的强度和塑韧性配合。细小的晶粒，提高了材料的焊接性能。
本发明还提供了所述800MPa级工程车用热轧结构钢的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→连铸→铸坯热处理→控轧控冷→平整→横切→成品。
进一步地，在连铸步骤中，铸坯进行缓冷处理，红坯要及时入垛，缓冷时间为72～106小时，控制在这个时间范围可以让铸坯缓慢冷却，避免因为冷却速率过快导致铸坯内部应力使铸坯边部出现裂纹，从而影响表面工艺。
进一步地，在铸坯热处理步骤中，铸坯冷装入炉，在炉时间3.5～5小时，以确保时间足够长使铸坯完全热透，内部外部均达到炉内温度，又不因为时间过长而浪费炉内热量能源。钢坯出炉温度为1250～1275℃，此温度的设置确保铸坯的温度达到钢材的完全奥氏体化温度。
进一步地，板卷中间坯目标厚度为60mm。
进一步地，在控轧控冷步骤中，粗轧机压下模式为3+5模式，精轧机七机架全部投入使用，精轧机组压下率采用均衡分配模式，精轧压缩比3.0～4.0，此压缩比确保了多次压制，以便于同时在微观上使晶粒大小分布更均匀，宏观上一定程度消除钢材内部的缺陷如气孔，缩松等。对大体积的胚件冷却不均匀而产生的内应力也有好处。
进一步地，在控轧控冷步骤中，轧后冷却采用全段层流冷却模式，以确保冷却速度25～40℃/S，以便于在钢材卷取段达到理想的温度，确保钢材组织的生成；冷却速率过大，会导致钢材组织内生成大量的马氏体，增加了钢材的硬度，降低了塑韧性，不利于钢材的卷取；冷却速率过小，导致钢材内马氏体物质生成过少，不利于钢材的强度。
进一步地，在控轧控冷步骤中，均热温度1250～1275℃，确保钢材在出炉时能够达到完全奥氏体化温度，使钢材组织完全奥氏体化；
精轧终轧温度840～860℃，终轧温度的高低在很大程度上决定了轧后钢材内部的金相组织和力学性能。此温度的设置可以使得钢材组织得到细小而均匀的铁素体晶粒。若温度过低不仅在两相区中金属塑性不好，还会产生带状组织。若温度过高，会导致完成相变部分的晶粒粗大，结果得到不均匀的混合晶粒组织，力学性能降低；
卷取位置温度550～570℃，确保钢材确保钢材组织的生成，得到良好的强度和塑韧性，也便于钢材的卷取。
根据上述生产方法制备得到的800MPa级工程车用热轧结构钢，其屈服强度达到700MPa以上、抗拉强度800MPa以上，延伸率达到20％以上，-20℃夏比冲击韧性冲击功80J以上，180度冷弯d＝2a全部合格。
本发明公开的800MPa级工程车用热轧结构钢及其生产方法，通过向低碳低硅的合金成分中添加Nb、Mo、Ti元素，有效地发挥钢材用在工程机车上的性能优势。
本发明公开的800MPa级工程车用热轧结构钢中各化学成分的作用如下：
C：改善钢材的硬度和强度；
Si：它可以提高钢的硬度，但是Si添加过多会降低钢材的可塑性和韧性；
Mn：能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性；
Als：适当的铝能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用；
Mo：Mo元素可以保持钢材的硬度，增加了对变形、开裂和磨损的抗力，一定程度上可以消除残余应力，增加塑韧性，本发明将Mo元素的重量百分比含量限制在0.08～0.12％，含量过高或者过低，会影响钢材的晶粒细化，降低了钢材的淬透性，降低其机械性能；
Ti：Ti元素提高了钢材的强度，能阻止钢材高温时晶粒长大的倾向改善钢的焊接性能，本发明将Ti元素的重量百分比含量限制在0.110～0.130％，含量过高或者过低，会影响奥氏体再结晶导致钢材中晶粒变大变粗，影响钢材的焊接性能；
Nb：Nb元素提高钢材的蠕变强度，避免硬化回火脆性，提高钢材的低温和高温性能，本发明将Nb元素的重量百分比含量限制在0.06～0.08％，含量过高或者过低，会影响钢材强度和塑韧性的比重，造成了强度高、塑韧性低或是强度低塑韧性高的结果，Nb的加入不当还会降低钢材的抗腐蚀能力。
本发明公开的800MPa级工程车用热轧结构钢的生产采用低碳合金成分和恰当的炼钢及合适的TMCP工艺，生产出具有较高的强度，及良好的塑韧性和焊接性能的热轧板带。在生产过程中，铁水必须进行脱硫处理以降低S含量。转炉尽量少使用铁块，提高优质废钢比例，避免铁块引起的硫高现象，进一步减轻专炉、精炼的脱硫任务。并在后续的轧制过程中，采用增加精轧机组压下率，在层流冷却阶段采用全冷却段冷却来增加冷却速率及降低卷取段温度的生产工艺来控制钢材的最佳性能。
采用本发明公开的方法得到的800MPa级工程车用热轧结构钢在化学元素上成分稳定，性能上不仅有较高的强度，还具有良好的塑韧性和焊接性能。
附图说明
图1为800MPa级工程车用热轧结构钢的金相组织图；
图2为800MPa级工程车用热轧结构钢的冷弯试验结果；
图3为800MPa级工程车用热轧结构钢焊缝区的冷弯试验结果；
图4为800MPa级工程车用热轧结构钢焊接处焊缝的低倍检验结果。
具体实施方式
下面结合实施例及说明书附图对本发明进行详细说明。
一种800MPa级工程车用热轧结构钢，包括如下重量百分比的化学成分：C0.050～0.080％、Si 0.15～0.25％、Mn 1.70～1.90％、P≤0.020％、S≤0.010％、Als0.020～0.060％、Nb 0.060～0.080％、Mo 0.080～0.120％、Ti 0.110～0.130％，余量为铁及其他不可避免的杂质。
其生产方法如下：
(1)铁水预处理：要求前后扒渣；
(2)转炉冶炼：转炉生产处要加强出钢挡渣工作，出渣过程中进行脱氧合金化；
(3)合金微调站：加入铝粒并强搅对顶渣初步还原；
(5)LF精炼：LF炉处使用FeTi70，并保证喂钙线前后总弱搅时间大于11min；
(6)连铸：连铸区中包目标温度控制在液相线温度以上15～30℃；铸坯进行缓冷处理，红坯要及时入垛，缓冷时间为72～106小时；
(7)铸坯热处理：铸坯冷装入炉，在炉时间3.5～5小时，钢坯出炉温度为1250～1275℃；
(8)控轧控冷：粗轧机压下模式为3+5模式，精轧机七机架全部投入使用，精轧机组压下率采用均衡分配模式，精轧压缩比3.0～4.0；轧后冷却采用全段层流冷却模式，冷却速度25～40℃；均热温度1250～1275℃，精轧终轧温度840～860℃，卷取位置温度550～570℃；
(9)平整；
(10)横切；
(11)成品。
实施例1～5中的800MPa级工程车用热轧结构钢的化学成分及重量百分比如表1所示，生产工艺参数如表2所示，性能测试结果如表3所示。
表1 800MPa级工程车用热轧结构钢的化学成分及重量百分比
表2生产工艺参数
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
缓冷时间 72h 80h 75h 79h 73h
铸坯在炉时间 4h 3.5h 4h 3.5h 4h
钢坯出炉温度 1250℃ 1260℃ 1250℃ 1270℃ 1275℃
精轧压缩比 3.0 3.2 3.5 3.2 3.0
冷却速度 25℃/S 30℃/S 25℃/S 30℃/S 35℃/S
均热温度 1250℃ 1260℃ 1250℃ 1270℃ 1275℃
精轧终轧温度 840℃ 850℃ 860℃ 850℃ 840℃
卷取温度 560℃ 550℃ 570℃ 555℃ 559℃
表3各实施例中的800MPa级工程车用热轧结构钢的性能测试结果
本发明提供的800MPa级工程车用热轧结构钢的金相组织如图1所示，由图可见，此钢种的金相组织由针状铁素体、粒状贝氏体及少量回火马氏体构成。马氏体组织的存在一定程度上增加了材料的硬度，增加了对变形、开裂和磨损的抗力，贝氏体实为铁素体与碳化物的非层状混合组织，增加了材料的强度和塑韧性配合。细小的晶粒，提高了材料的焊接性能。
本发明提供的800MPa级工程车用热轧结构钢的冷弯试验结果如图2所示，从图中可以看出材料的冷弯试验结果完全合格。焊缝区冷弯试验结果及焊接处焊缝的低倍检验结果如图3和图4所示，通过图3、4的焊缝区的冷弯和低倍观察实验，首先低倍试验观察焊缝区域，焊缝表面裂纹、根部裂纹、横断面裂纹都为0；其次通过焊缝区域冷弯试验结果可见，背弯和正弯均表现良好，没有出现裂纹现象，焊接冷弯性能良好。
从上表3中可以看出，按照本发明公开的技术方案生产得到的800MPa级工程车用热轧结构钢的力学性能中屈服强度达到700MPa以上、抗拉强度800MPa以上，延伸率达到20％以上，-20℃夏比冲击韧性冲击功80J以上，180度冷弯d＝2a全部合格，并且焊缝区域焊缝-20℃冲击功均可以达到80J以上，焊接的冷弯性能和接头韧性良好。
上述参照实施例对一种800MPa级工程车用热轧结构钢及其生产方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种800MPa级工程车用热轧结构钢，其特征在于，包括如下重量百分比的化学成分：C 0.050～0.080％、Si 0.15～0.25％、Mn 1.70～1.90％、P≤0.020％、S≤0.010％、Als0.020～0.060％、Nb 0.060～0.080％、Mo 0.080～0.120％、Ti 0.110～0.130％，余量为铁及其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的800MPa级工程车用热轧结构钢，其特征在于，包括如下重量百分比的化学成分：C 0.057～0.071％、Si 0.18～0.22％、Mn 1.74～1.86％、P≤0.010％、S≤0.005％、Als 0.031～0.052％、Nb 0.064～0.076％、Mo 0.091～0.110％、Ti 0.114～0.123％，余量为铁及其他不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的800MPa级工程车用热轧结构钢，其特征在于，所述800MPa级工程车用热轧结构钢的金相组织由针状铁素体、粒状贝氏体及少量回火马氏体构成。
4.根据权利要求1或2所述的800MPa级工程车用热轧结构钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→连铸→铸坯热处理→控轧控冷→平整→横切→成品。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，在连铸步骤中，铸坯进行缓冷处理，红坯要及时入垛，缓冷时间为72～106小时。
6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，在铸坯热处理步骤中，铸坯冷装入炉，在炉时间3.5～5小时，钢坯出炉温度为1250～1275℃。
7.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，在控轧控冷步骤中，粗轧机压下模式为3+5模式，精轧机七机架全部投入使用，精轧机组压下率采用均衡分配模式，精轧压缩比3.0～4.0。
8.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，在控轧控冷步骤中，轧后冷却采用全段层流冷却模式，冷却速度25～40℃。
9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，在控轧控冷步骤中，均热温度1250～1275℃，精轧终轧温度840～860℃，卷取位置温度550～570℃。
10.根据权利要求4-9任意一项所述的生产方法制备得到的800MPa级工程车用热轧结构钢，其特征在于，屈服强度达到700MPa以上、抗拉强度800MPa以上，延伸率达到20％以上，-20℃夏比冲击韧性冲击功80J以上，180度冷弯d＝2a全部合格。
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