CN109266812A - 一种煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢及其制造方法 - Google Patents

一种煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢，该调质钢按以下重量百分比配比：C：0.10~0.14%，Mn：1.35~1.50%，Si：0.10~0.40%，S：≤0.015%，P：≤0.020%，Nb：0.015~0.030%，Mo：0.20~0.30%，Cr：0.30~0.40%，Al：0.020‑0.040%，N：≤0.0050%，B：0.0010~0.0020%，其余量为Fe和不可避免杂质。同时还公开了上述煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢的制造方法，包括顶底复吹转炉、LF精炼、VD脱气、宽板坯连铸、炉卷轧机轧制、两相区淬火、回火。该调质钢具有低的屈强比，可以应用于煤矿液压支架行业。

Description

一种煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料技术领域，尤其涉及一种两相区淬火的低屈强比高强度调质钢及其制造方法，该方法适合生产屈服强度550MPa级的低屈强比调质钢，主要应用于煤矿液压支架制造行业。
背景技术
目前，屈服强度550MPa级的高强度调质钢在煤矿液压支架行业得到大力应用。在工程实践中，钢材屈强比通常被作为衡量结构安全性的一个重要指标，屈强比偏高则表示材料不易发生塑性变形，在发生塑性变形后很快就会断裂破坏；屈强比低的材料，在外拉力作用下容易产生塑性变形，因其抗拉强度高材料不会轻易断裂。低屈强比钢材，在材料发生屈服后至断裂之前可以承受更多的塑性变形，增加了钢材的受力空间，可以充分保证结构的安全性，因此，低屈强比逐渐成为工程用钢材的衡量指标。
结构钢通过淬火和高温回火后，可以获得较好的强度、塑性和韧性的匹配，但高强度调质钢经过淬火、回火后通常得到回火索氏体，回火索氏体是铁素体与渗碳体的有机混合物，并且回火索氏体的片层结构致密，但其在提高抗拉强度的同时，也提高了屈服强度，导致较高的屈强比。因此，研究高强度、高韧塑性、低屈强比的调质钢对提高工程安全指数具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以应用在煤矿液压支架行业中的调质钢，该调质钢具有低屈强比，屈强比低于0.9。
本发明的另一目的在于提供一种上述调质钢的制造方法，在制造过程中钢材经过淬火处理后得到的组织结构为均匀针状铁素体和马氏体混合体，再经回火后得到屈服强度为500MPa级，屈强比低于0.9的调质钢。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢，该调质钢应用于煤矿液压支架中，该调质钢按以下重量百分比配比：C：0.10～0.14％，Mn：1.35～1.50％，Si：0.10～0.40％，S：≤0.015％，P：≤0.020％，Nb：0.015～0.030％，Mo：0.20～0.30％，Cr：0.30～0.40％，Al：0.020-0.040％，N：≤0.0050％，B：0.0010～0.0020％，其余量为Fe和不可避免杂质。
其中，C：碳是保证淬透性的重要元素，随着碳含量增加，淬透性增加，而钢的强度增加的同时韧性、塑性、焊接性能降低；碳含量过低会大大降低钢的淬透性能，影响钢的强度。综合考虑，本发明的调质钢的碳含量控制在0.10～0.14％。
Mn：锰有固溶强化作用，还可降低γ-α相变温度，细化组织结构；锰还可提高钢的淬透性。同时，锰过高会降低焊接性能，加剧中心偏析。
Mo：钼可以显著增加钢的淬透性及淬硬性，具有较好的抗高温回火能力，可改善钢的高温回火脆性，是调质钢常用一种合金元素。
Cr：铬增加钢的淬透性，同时扩大铁素体区，提高抗拉强度更显著，有利改善钢的力学性能。
Nb：铌可延迟奥氏体再结晶、降低相变温度，通过固溶强化、相变强化、析出强化等机制来获得要求的性能。铌的添加不仅仅有利于控制轧制的细晶，更有利于改善回火后钢的组织及性能。
上述煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢的厚度为20～30mm，屈服强度为550MPa级，屈强比低于0.9，韧脆转变温度低于-40℃。
上述煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢的制造方法包括以下工序：顶底复吹转炉、LF精炼、VD脱气、宽板坯连铸、炉卷轧机轧制、两相区淬火、回火。
其中，LF精炼的过程中全过程控铝，同时在LF炉后期配合氩气弱搅拌5min，保证钢水上VD炉温度均匀，消除钢水内部的温度梯度。本发明中，需要说明的是，搅拌是最基本的精炼手段，底吹氩气搅拌是其中一种搅拌手段，吹氩弱搅拌可以加速钢液中的温度与成分均匀，能快速精确地调整复杂的化学组成，这对优质钢来说是非常重要的。
VD脱气的工序中真空度≤0.67mbar，最高真空度冶炼保持时间不少于10min。
宽板坯连铸的过程避开包晶反应强烈区域，结晶器液面波动最大控制在±2mm；将结晶器冷却水量控制在宽面为5800L/min和窄面为340L/min；拉速控制在1.1m/min；将钢水过热度控制在5～15℃；在确保铸坯矫直温度的基础上二冷水量控制到0.78L/Kg。
炉卷轧机轧制的工艺包括：
1)板坯再加热温度：1200～1250℃；
2)再结晶区轧制温度区间：1040～1120℃，再结晶区轧制道次压下率≥15％，再结晶区轧制总压下率≥40％；
3)未再结晶区轧制温度区间：精轧开轧温度为920～960℃，未再结晶区轧制道次压下率≥10％，未再结晶区轧制总压下率≥60％，终轧温度区间：760～840℃。
两相区淬火过程：轧制后的板坯再加热温度为860～880℃，加热系数为1.5，保温时间15min，出炉后淬火至室温。淬火处理后钢板的组织结构为均匀针状铁素体和马氏体的混合，其中，针状铁素体的体积比占50～60％。
回火过程：淬火后的板坯加热温度为580～600℃，加热系数为3，保温时间15min，出炉后空冷至室温。后续通过卷取即可获得本发明的调质钢。
上述方法生产的钢板屈服强度为600～650MPa，抗拉强度为670～720MPa，屈强比≤0.9，韧脆转变温度低于-40℃，非常适合应用于煤矿液压支架中。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的调质钢具有低屈强比，高强度，韧塑性好，裂纹敏感指数低，能够应用于煤矿液压支架中。
附图说明
图1为本发明生产过程中淬火后调质钢的金相结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
以下用炉卷轧机生产线生产产品规格为20mm高强度钢板通过两相区淬火获得低屈强比调质钢的过程为例，对本发明作进一步的说明。本实施例中调质钢按重量百分比配比，包括以下组成成分：C：0.12％，Si：0.25％，Mn：1.44％，P：0.011％，S：0.007％，Al：0.034％，Mo：0.22％，Cr：0.37％，Nb：0.020％，N：0.0030％，B：0.0017％，余量为Fe和不可避免杂质。
本实施例的调质钢生产工艺路线包括顶底复吹转炉、LF精炼、VD脱气、宽板坯连铸、炉卷轧机轧制、两相区淬火、回火。其中，轧制工艺制度见表1，淬火工艺见表2，回火工艺见表3。
表1本实施例20mm高强度钢板轧制工艺制度
表2本实施例20mm高强度钢板两相区淬火工艺制度
成分体系 厚度/mm 再加热温度/℃ 加热系数 保温时间/min
实施例1 20 870 1.5 15
表3本实施例20mm高强度钢板两相区淬火后回火工艺制度
成分体系 厚度/mm 加热温度/℃ 加热系数 保温时间/min
实施例1 20 590 3 15
按照本实施例的步骤生产的钢板，其性能指标见表4。
表4本实施例20mm高强度钢板两相区淬火、回火的性能
由表4可以看出，本实施例生产出来的20mm高强度调质钢板在满足强度、韧性、塑性等的基础上，屈强比可以满足≤0.9。
实施例2
以下用炉卷轧机生产线生产产品规格为30mm高强度钢板通过两相区淬火获得低屈强比调质钢的过程为例，对本发明作进一步的说明。本实施例中调质钢按重量百分比配比，包括以下组成成分：C：0.11％，Si：0.25％，Mn：1.46％，P：0.011％，S：0.007％，Al：0.034％，Mo：0.20％，Cr：0.35％，Nb：0.023％，N：0.0035％，B：0.0016％，余量为Fe和不可避免杂质。
本实施例的调质钢生产工艺路线包括顶底复吹转炉、LF精炼、VD脱气、宽板坯连铸、炉卷轧机轧制、两相区淬火、回火。其中，轧制工艺制度见表5，淬火工艺见表6，回火工艺见表7。
表5本实施例30mm高强度钢板轧制工艺制度
表6本实施例30mm高强度钢板两相区淬火工艺制度
成分体系 厚度/mm 再加热温度/℃ 加热系数 保温时间/min
实施例2 30 870 1.5 15
表7本实施例30mm高强度钢板两相区淬火后回火工艺制度
成分体系 厚度/mm 加热温度/℃ 加热系数 保温时间/min
实施例2 30 600 3 15
按照本实施例的步骤生产的钢板，其性能指标见表8。
表8本实施例30mm高强度钢板两相区淬火、回火的性能
由表8可以看出，本实施例生产出来的30mm高强度调质钢板在满足强度、韧性、塑性等的基础上，屈强比可以满足≤0.9。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢，其特征在于，该调质钢按以下重量百分比配比：C：0.10~0.14%，Mn：1.35~1.50%，Si：0.10~0.40%，S：≤0.015%，P：≤0.020%，Nb：0.015~0.030%，Mo：0.20~0.30%，Cr：0.30~0.40%，Al：0.020-0.040%，N：≤0.0050%，B：0.0010~0.0020%，其余量为Fe和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢，其特征在于，所述煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢的厚度为20~30mm，屈服强度为550MPa级，屈强比低于0.9，韧脆转变温度低于-40℃。
3.一种如权利要求1或2所述的煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢的制造方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：顶底复吹转炉、LF精炼、VD脱气、宽板坯连铸、炉卷轧机轧制、两相区淬火、回火；
所述LF精炼的过程中全过程控铝，同时在LF炉后期配合氩气弱搅拌5min。
4.根据权利要求3所述的煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢的制造方法，其特征在于，所述VD脱气的工艺条件为：真空度≤0.67 mbar，最高真空度冶炼保持时间不少于10min。
5.根据权利要求3所述的煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢的制造方法，其特征在于，所述宽板坯连铸的过程中避开包晶反应强烈区域，结晶器液面波动最大控制在±2mm；将结晶器冷却水量控制在宽面为5800L/min和窄面为340L/min；拉速控制在1.1m/min；将钢水过热度控制在5~15℃；在确保铸坯矫直温度的基础上二冷水量控制到0.78L/Kg。
6.根据权利要求3所述的煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢的制造方法，其特征在于，所述炉卷轧机轧制的工艺包括：
1）板坯再加热温度：1200~1250℃；
2）再结晶区轧制温度区间：1040~1120℃，再结晶区轧制道次压下率≥15%，再结晶区轧制总压下率≥40%；
3）未再结晶区轧制温度区间：精轧开轧温度为920~960℃，未再结晶区轧制道次压下率≥10%，未再结晶区轧制总压下率≥60%，终轧温度区间：760~840℃。
7.根据权利要求3所述的煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢的制造方法，其特征在于，所述两相区淬火的过程：轧制后的板坯再加热温度为860~880℃，加热系数为1.5，保温时间15min，出炉后淬火至室温。
8.根据权利要求3所述的煤矿液压支架用低屈强比高强度调质钢的制造方法，其特征在于，所述回火的过程：淬火后的板坯加热温度为580~600℃，加热系数为3，保温时间15min，出炉后空冷至室温。
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Denomination of invention: A high strength quenched and tempered steel with low yield ratio for coal mine hydraulic support and its manufacturing method

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