CN109609840A - 一种180～200mm厚度合金结构钢27SiMn及其生产工艺 - Google Patents

一种180～200mm厚度合金结构钢27SiMn及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种180～200mm厚度合金结构钢27SiMn及其生产工艺，包含如下质量百分比的化学成分：C：0.27～0.30、Si：1.2～1.4、Mn：1.2～1.3、P≤0.030、S≤0.030、B：0.0008～0.001、Ti：0.020～0.030，其余为Fe和残留元素。其生产工艺包括：转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→模铸浇铸→加热→轧制→堆冷→热处理。本发明通过对合金结构钢27SiMn成分的合理设计，以及生产工艺的改进、参数精准控制等，获得了综合性能优良，厚度达180～200mm的合金结构钢27SiMn，更好地满足了客户要求。

Description

一种180～200mm厚度合金结构钢27SiMn及其生产工艺
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种180～200mm厚度合金结构钢27SiMn及其生产工艺。
背景技术
27SiMn做为一种合金结构钢，具有较高的强度和耐磨性，淬透性较高，切削加工性能良好，热处理时钢的韧性降低较少，水冷时仍能保持较高的韧性。因27SiMn材质特殊、优点突出，广泛应用于煤矿液压缸的大型支架锻件等，多数为热处理状态使用。
公开号为CN103773927B的专利提供了一种高强韧性27SiMn钢热处理工艺，其主要工艺流程为：原料→加热→油淬→空冷→回火→空冷；主要工艺为：将原料27SiMn钢充分加热奥氏体化，先油冷到略高于贝氏体转变温度后，再取出空冷至室温，使其缓慢发生较为充分的贝氏体转变，最后低温回火得到贝氏体组织。但是该发明专利未提供钢材的冶炼、轧制工艺，而且所述的热处理工艺仅适用于试样或零件，由于试样或零件的淬透性与大厚度钢板差别很大，得到的组织、性能有很大区别，因此该方法不适用于180～220mm厚度合金结构钢27SiMn的生产。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种合金结构钢27SiMn。
本发明还提供了一种180～220mm厚度合金结构钢27SiMn的生产工艺。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种合金结构钢27SiMn，包含如下质量百分比的化学成分：C：0.27～0.30、Si：1.2～1.4、Mn：1.2～1.3、P≤0.030、S≤0.030、B：0.0008～0.001、Ti：0.020～0.030，其余为Fe和残留元素。
进一步的，所述化学成分的碳当量为（0.47～0.53）%。（Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15）
一种180～200mm厚度合金结构钢27SiMn的生产工艺，包括如下步骤：
转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→模铸浇铸→加热→轧制→堆冷→热处理。
a.转炉冶炼：控制入炉铁水温度、铁水Si成分，冶炼过程中控制好钢水装入量、冶炼时间，出钢过程吹氩处理；
b.LF精炼：加热时间按照三次控制，一加热时间8～10min，加入300～400m长度Al线；二加热时间12～15min，加热过程根据钢水重量调配合金，三加热时间6～10min，进行钢水成分调控，加入Ca线，保证造渣效果；
c.VD真空处理：控制真空度、真空脱气时间，保证真空脱气效果；
d.模铸：浇铸前钢水进行软吹氩，控制浇铸速度、浇铸温度，钢锭浇铸完毕后在冒口端钢水中加入发热剂，保证钢水补缩效果；
e.加热：控制钢锭装炉温度，钢锭温度200～550℃，加热过程中800℃以下升温速度＜60℃/h，升温至880～920℃进行保温3～4h，高温段按照1240～1260℃保温，保温系数按照H×9～10min/cm计算，其中H为钢锭厚度值，以厘米计；
g.轧制：采用“高温控轧、弛豫轧制”技术，即钢锭厚度＞400mm时采用一阶段热轧，钢锭厚度400mm以下时开始二阶段控温轧制，不凉钢，每道次轧制前用轧机高压水打水降温，终轧后表面温度900～950℃；
h堆冷：利用高温夹钳下线堆冷，堆冷温度≥600℃，钢板温度降至80℃以下时拆垛；
i.热处理：钢板采用二次淬火+回火工艺。
进一步的，步骤a中，铁水Si成分＜0.5%，转炉出钢C：0.10～0.12%。
进一步的，步骤b中，二加热过程加入SiMn合金调控钢水Si、Mn，大渣量造渣工艺，加入150～160m长度Ca线，将钢水中的Al2O3夹杂物变性处理；
进一步的，步骤c中，真空度67Pa，真空脱气时间＞15min；
进一步的，步骤d中，浇铸前吹氩流量25～30NL/min，时间控制在10-15min之间，浇铸温度控制在1553～1558℃之间，浇铸完毕后在冒口上加入发热剂，同时均匀覆盖保护渣及碳化稻壳，保证保温效果；
进一步的，步骤g中，一阶段热轧温度＞980℃，轧制压下量＞40mm，二阶段每道次轧制前打高压水降温40～50℃，均匀返红30～40S后进钢轧制；
进一步的，步骤i中，所述热处理工艺具体为：钢板一次淬火温度：925～935℃，保温系数：t=2.2～2.4min/mm，二次淬火温度：905～910℃，保温系数：t=1.8-2.0min/mm，淬火水温20～30℃；回火温度：430～440℃，保温系数：t=3.5～4.0min/mm，出炉后以＜20℃/h的速度缓慢冷却至常温。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、B：能够显注提高钢的淬透性，其影响效果比Cr、Mo、V等其他微合金元素大的多，应用微量的B可节省大量的合金元素，其化学性能比较活波，与N、O元素有很强的亲和力，在合金钢中加入B元素，可明显提高热处理后钢的强度；
2、Ti：能够与C、N形成细小弥散的化合物，形成沉淀强化的效果，在钢的轧制、热处理过程中产生析出强化的效果，可以提高钢的强度、硬度，；
3、LF精炼过程中加入Ca线，将钢中的Al2O3夹杂物变性处理，使其变为球状的硅酸盐类夹杂物，改善夹杂物对钢低温韧性的影响；
4、浇钢前钢水进行软吹氩处理，可使钢水中的夹杂物进一步上浮；
5、钢水浇铸完毕后加入发热剂，可对冒口处的钢水起到加热、保温作用，延长冒口处钢水的凝固时间，使钢水凝固过程中充分补缩；
6、轧制过程中采用两阶段“高温控轧，弛豫轧制”技术，解决了特厚板热轧工艺导致的晶粒粗大、混晶等问题；
7、二次淬火+回火的热处理工艺，解决了特厚板热处理过程中厚度方向性能不均匀、心部性能差的问题，改善了钢板不同位置、方向的性能均匀性。
本发明依次通过转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气、模铸浇铸、加热、轧制、堆冷、热处理工艺，获得180～200mm厚度合金结构钢27SiMn。本发明成分设计过程添加了B、Ti元素，提高了钢水淬透性，增加了钢的强度、硬度；钢水冶炼过程采用了LF精炼喂Ca线做夹杂物变性处理，改善了钢水中夹杂物的形貌；通过模铸浇铸前软吹氩，使夹杂物充分上浮；浇铸后钢水中加入发热剂，延长了冒口处钢水的凝固时间，使钢水凝固过程中充分补缩；钢锭轧制时采用“高温控轧、弛豫轧制”技术，均匀细化了轧态组织。热处理过程中采用二次淬火+回火工艺，保证了钢板不同位置、方向的性能均匀性。本发明基于成分设计，结合冶炼、轧制、热处理工艺，保证了钢板的力学性能达到标准要求。
本发明通过对合金结构钢27SiMn成分的合理设计，以及生产工艺的改进、参数精准控制等，获得了综合性能优良，厚度达180～200mm的合金结构钢27SiMn，更好地满足了客户要求。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
实施例：
C：0.28、Si：1.3、Mn：1.25、P:0.015、S≤0.005、B：0.0009、Ti：0.025，其余为Fe和残留元素。
所述化学成分的碳当量为（0.49）%。（Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15）。
a.转炉冶炼：入炉铁水温度1320℃、铁水Si：0.3%。
b.LF精炼：一加热时间9min，加入400m长度Al线；二加热时间13min，三加热时间8min，造渣过程加入120m长度Ca线，保证造渣效果；
c.VD真空处理：真空度67Pa、真空时间18min；
d.模铸：浇铸前吹氩流量28NL/min，时间控制在15min，浇铸温度控制在1555℃之间，浇铸完毕后在冒口上加入发热剂，同时均匀覆盖保护渣及碳化稻壳；
e.加热：钢锭装炉温度400℃，加热过程中800℃以下升温速度40℃/h，升温至900℃进行保温3h，高温段按照1250℃保温，保温系数按照H×9min/cm计算，其中H为钢锭厚度值，以厘米计；
g.轧制：一阶段轧制温度1000℃，轧制压下量45mm，二阶段轧制打高压水降温50℃，返红30S后进钢轧制，终轧温度930℃；
h堆冷：利用高温夹钳下线堆冷，堆冷温度650℃，钢板温度降至60～80℃时拆垛；
i.热处理：钢板一次淬火温度： 935℃，保温系数：t=2.4min/mm，二次淬火温度： 910℃，保温系数：t=1.8min/mm，淬火水温26℃；回火温度：440℃，保温系数：t=4.0min/mm，出炉后以＜20℃/h的速度缓慢冷却至常温。
通过实施例，得到力学性能全部符合GB/T3077-1999标准，性能均匀、富余量大，如表1所示：
表1力学性能结果
通过实施例，得到无损探伤结果如表2所示：
表2 无损探伤结果
对比例1
本对比实施例所描述的180～200mm厚度合金结构钢27SiMn的生产工艺，与实施例基本相同，所不同的是：
成分设计：C：0.28、Si：1.3、Mn：1.25、P:0.015、S≤0.005，其余为Fe和残留元素。
通过对比例1，得到力学性能结果如表3所示：
表3力学性能结果
采用对比例1生产的180～200mm厚度合金结构钢27SiMn，表层的力学性能符合GB/T3077-1999标准要求，厚度1/4位置、厚度1/2位置强度不足，不符合GB/T3077-1999标准要求。
对比例2
本对比实施例所描述的180～200mm厚度合金结构钢27SiMn的生产工艺，与实施例基本相同，所不同的是：
1、步骤b：LF精炼过程中不加入Ca线；
2、步骤g：采用常规热轧工艺，轧制过程不控温，轧制温度＞980℃；
3、步骤i：采用一次淬火+回火工艺，钢板一次淬火温度： 935℃，保温系数：t=2.4min/mm，；回火温度：440℃，保温系数：t=4.0min/mm，出炉后以＜20℃/h的速度缓慢冷却至常温。
通过对比例2，得到力学性能结果如表4所示：
表4力学性能结果
采用对比例2生产的180～200mm厚度合金结构钢，厚度梯度方向性能差异大，厚度1/4、1/2处强度不合格，20℃冲击韧性低、不均匀，不符合GB/T3077-1999标准要求。
对比例3
本对比实施例所描述的180～200mm厚度合金结构钢27SiMn的生产工艺，与实施例基本相同，所不同的是：
1、步骤d：浇铸前不进行吹氩处理，浇铸温度控制在1558℃，同时均匀覆盖保护渣及碳化稻壳；
2、步骤g：一阶段轧制温度980℃，轧制压下量30mm，二阶段轧制打高压水降温50℃，返红20S后进钢轧制，终轧温度940℃；
3、步骤h：堆冷温度350℃，钢板温度降至60～80℃时拆垛；
通过对比例3，得到无损探伤结果如表5所示：
表5 无损探伤结果
采用对比例3生产的180～200mm厚度合金结构钢，内部质量差，无损探伤结果出现大量簇状疏松缺陷、大面积白点缺陷，不符合JB/T4730.3-2005标准Ⅰ级探伤要求。
综上所述，采用本发明生产方法生产180～200mm厚度合金结构钢27SiMn效果显著，各步骤相互配合，协同增效，获得了综合性能、内部质量优异的180～200mm厚度合金结构钢27SiMn。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种180～200mm厚度合金结构钢27SiMn，其包含如下质量百分比的化学成分：C：0.27～0.30、Si：1.2～1.4、Mn：1.2～1.3、P≤0.030、S≤0.030、B：0.0008～0.001、Ti：0.020～0.030，其余为Fe和残留元素。
2.一种如权利要求1所述180～200mm厚度合金结构钢27SiMn的生产工艺，包括如下步骤：转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→模铸浇铸→加热→轧制→堆冷→热处理；其特征在于在转炉冶炼：控制入炉铁水温度、铁水Si成分，冶炼过程中控制好钢水装入量、冶炼时间，出钢过程吹氩处理；LF精炼：加热时间按照三次控制，一加热时间8～10min，加入300～400m长度Al线；二加热时间12～15min，加热过程根据钢水重量调配合金，三加热时间6～10min，进行钢水成分调控，加入Ca线，保证造渣效果；VD真空处理：控制真空度、真空脱气时间，保证真空脱气效果；模铸：浇铸前钢水进行软吹氩，控制浇铸速度、浇铸温度，钢锭浇铸完毕后在冒口端钢水中加入发热剂，保证钢水补缩效果；加热：控制钢锭装炉温度，钢锭温度200～550℃，加热过程中800℃以下升温速度＜60℃/h，升温至880～920℃进行保温3～4h，高温段按照1240～1260℃保温，保温系数按照H×9～10min/cm计算，其中H为钢锭厚度值，以厘米计；轧制：采用“高温控轧、弛豫轧制”技术，即钢锭厚度＞400mm时采用一阶段热轧，钢锭厚度400mm以下时开始二阶段控温轧制，不凉钢，每道次轧制前用轧机高压水打水降温，终轧后表面温度900～950℃；堆冷：利用高温夹钳下线堆冷，堆冷温度≥600℃，钢板温度降至80℃以下时拆垛；热处理：钢板采用二次淬火+回火工艺。
3.根据权利要求2所述180～200mm厚度合金结构钢27SiMn的生产工艺，其特征在于在转炉冶炼中，铁水Si成分＜0.5%，转炉出钢C：0.10～0.12%。
4.根据权利要求2所述180～200mm厚度合金结构钢27SiMn的生产工艺，其特征在于在LF精炼中，二加热过程加入SiMn合金调控钢水Si、Mn，大渣量造渣工艺，加入150～160m长度Ca线，将钢水中的Al2O3夹杂物变性处理。
5.根据权利要求2所述180～200mm厚度合金结构钢27SiMn的生产工艺，其特征在于在VD真空处理中，真空度67Pa，真空脱气时间＞15min。
6.根据权利要求2所述180～200mm厚度合金结构钢27SiMn的生产工艺，其特征在于在模铸中，浇铸前吹氩流量25～30NL/min，时间控制在10-15min之间，浇铸温度控制在1553～1558℃之间，浇铸完毕后在冒口上加入发热剂，同时均匀覆盖保护渣及碳化稻壳，保证保温效果。
7.根据权利要求2所述180～200mm厚度合金结构钢27SiMn的生产工艺，其特征在于在轧制中，一阶段热轧温度＞980℃，轧制压下量＞40mm，二阶段每道次轧制前打高压水降温40～50℃，均匀返红30～40S后进钢轧制。
8.根据权利要求2所述180～200mm厚度合金结构钢27SiMn的生产工艺，其特征在于在热处理中，所述热处理工艺具体为：钢板一次淬火温度：925～935℃，保温系数：t=2.2～2.4min/mm，二次淬火温度：905～910℃，保温系数：t=1.8-2.0min/mm，淬火水温20～30℃；回火温度：430～440℃，保温系数：t=3.5～4.0min/mm，出炉后以＜20℃/h的速度缓慢冷却至常温。
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