CN110106322A - 一种薄规格工程机械用高强钢及板形控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种薄规格工程机械用高强钢，成分质量百分比为：C：0.07％～0.10％，Si：0.15％～0.30％，Mn：1.2％～1.6％，P≤0.012％，S≤0.003％，Nb：0％～0.08％，V：0％～0.07％，Ti：0.06％～0.13％，Cr：0.1％～0.2％，Mo：0.1％～0.2％，Nb+V+Ti：0.08％～0.15％，Mo+Cr：0.25％～0.35％，其余为Fe及杂质。采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、热装热送、加热、轧制、冷却、卷取、开平、回火热处理、矫直工艺路线。屈服强度大于690MPa，抗拉强度大于785MPa，‑20℃冲击功大于100J。

Description

一种薄规格工程机械用高强钢及板形控制方法
技术领域
本发明涉及高强钢制造领域，尤其涉及一种薄规格工程机械用高强钢及板形控制方法。
背景技术
薄规格工程机械用高强钢广泛应用于起重机、高空作业车吊臂等装备的制造，安全性能要求高，除必须达到一定的强度级别以外，也要求具备优异的板形质量，较差的板形质量会导致冷弯后难以焊接或焊接应力过大，使用时一旦发生焊接开裂等缺陷，大概率造成安全事故，影响恶劣。
为得到优异的板形质量，部分钢厂采用热轧卷缓冷或罩式退火炉退火后开平使用，或采用多次热矫直，均有一定效果，但存在板形质量不够稳定和矫直成本过高的问题。
公开号CN106987773A的发明专利公开了一种高强钢板及其板形控制方法。该钢板的化学成分按重量百分比计包括：C：0.05～0.07％；Si：0.25～0.35％；Mn：1.4～1.5％；P：≤0.015％；S：≤0.005％；Als：0.015～0.03％；Nb:0.03～0.04％；Ca:0.001～0.0015％；其余为铁和不可避免杂质。该方法通过合适的加热、轧制、冷却、矫直工艺设计，就能保证钢板的平直度满足要求，钢板的不平度小于3.2mm/m，虽然不用冷矫直机矫直，但其每块钢板冷却后需热矫直三遍，对于工艺控制的要求较高，也会降低生产效率，且该专利设计的为中厚板产品。
公开号CN104264052A的发明专利公开了一种工程机械用钢板及其生产方法,钢板的化学成分质量百分含量为：C：0.05～0.09％、Si：0.05～0.30％、Mn：1.5～2.0％、P≤0.025％、S≤0.005％、Nb0～0.07％、Ti：0.08～0.15％、Mo：0.10～0.30％、Als：0.015～0.06％、Ca：0.0010～0.0030％、N≤0.006％、余量为Fe。其强度和延伸率富余大，冲击韧性良好，焊后失强率小，但其改善最终板形的手段主要依靠回火热处理消除应力，没有考虑到回火后应力的释放可能进一步恶化板形的可能性，板形质量可能不够稳定，另外，其贵重金属Mo含量较高，推高了生产成本，且对于8.5mm以上的钢板，不能生产。
公开号CN101670372B发明专利公开了一种消除热轧高强钢板形缺陷的方法，将平整轧制、罩式退火与辊式矫直工艺组合引入规格范围为厚度3～18.4mm×宽度900～1800mm，屈服强度≥600MPa的热连轧高强钢卷板生产加工的过程，消除热连轧高强钢内应力，显著改善板形质量，并使得用户获得良好的板形稳定性，能够满足用户对平坦度小于等于2mm/m的严格要求，但是罩式退火钢卷的内应力消除均匀性、强度之间存在一定的矛盾，对于温度控制的要求较高，另外，原始卷形和板形对于最终成品的板形影响至关重要，该专利没有提及原始板(卷)控制手段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种薄规格工程机械用高强钢及板形控制方法，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种薄规格工程机械用高强钢，钢板化学成分质量百分比为：C：0.07％～0.10％，Si：0.15％～0.30％，Mn：1.2％～1.6％，P≤0.012％，S≤0.003％，Nb：0％～0.08％，V：0％～0.07％，Ti：0.06％～0.13％，Cr：0.1％～0.2％，Mo：0.1％～0.2％，Nb+V+Ti：0.08％～0.15％，Mo+Cr：0.25％～0.35％，其余为Fe及杂质。
一种薄规格工程机械用高强钢板形控制方法：
采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、热装热送、加热、轧制、冷却、卷取、开平、回火热处理、矫直工艺路线；
工艺参数如下：
热装热送：连铸板坯下线后运至加热炉前缓冷，热装入炉温度大于500℃；
加热：出钢温度1210℃～1260℃，加热时间≥140min；
轧制：采用两阶段控制轧制，粗轧出口温度1040℃～1080℃，精轧终轧温度800℃～830℃；
冷却：采用前端快冷+后段空冷工艺，快冷段冷速为25℃/s～35℃/s，冷至450℃～500℃后，后段采取空冷，卷取温度440℃～500℃；
开平：进行开平，并打包；
回火热处理：采用整包回火热处理，回火温度为550℃～630℃，保温时间为(包厚值+60～80)min；
矫直:采用冷矫直工艺。
在上述方案中，开平精整中包厚为15mm～50mm。
本发明的有益效果是：
1)薄规格高强工程机械用钢力学性能优异，可满足工程机械行业要求：屈服强度大于690MPa，抗拉强度大于785MPa，-20℃冲击功大于100J，延伸率大于20％，横纵向冷弯性能可达d＝a，180°合格；
2)板形质量优异，最佳达到1mm/m以下，最大不超过3mm/m；
3)内应力均匀，冷弯或切割后，钢板平直度优异；
4)可替代部分中厚板产品，性价比高。
附图说明
图1为薄规格工程机械用高强钢板形控制方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种薄规格工程机械用高强钢，钢板化学成分质量百分比为：C：0.07％～0.10％，Si：0.15％～0.30％，Mn：1.2％～1.6％，P≤0.012％，S≤0.003％，Nb：0％～0.08％，V：0％～0.07％，Ti：0.06％～0.13％，Cr：0.1％～0.2％，Mo：0.1％～0.2％，Nb+V+Ti：0.08％～0.15％，Mo+Cr：0.25％～0.35％，其余为Fe及杂质。
如图1所示，一种薄规格工程机械用高强钢板形控制方法，包括如下工艺步骤：
采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、热装热送、加热、轧制、冷却、卷取、开平、回火热处理、矫直工艺路线，其中，
工艺参数如下：
厚度范围3mm～16mm；
热装热送：连铸板坯下线切割后，运至加热炉前缓冷，热装入炉温度大于500℃，减少钢坯冷却-加热历程，促使组织和晶粒均匀化,热装热送工艺可在降低能耗的同时，降低加热时间，有利于细化原奥晶粒；
加热：出钢温度1210℃～1260℃，加热时间≥140min，保证Nb、V、Ti等合金元素和碳氮化物完全固溶，防止大颗粒析出相成为夹杂物，影响力学性能均匀性和内应力分布；
轧制：采用两阶段控制轧制，粗轧出口温度1040℃～1080℃，精轧终轧温度800℃～830℃；再结晶区轧制时，在设备允许条件下减少轧制道次，提高道次压下率，以增加变形奥氏体的再结晶数量，使组织均匀化，非再结晶区轧制时，保证总压下率大于60％，将加大材料在非再结晶奥氏体区的变形，增加变形奥氏体中的位错密度，加强了细晶强化；
如果终轧温度低于800℃，可能使得精轧后阶段的变形抗力过大，精轧机跳闸的可能性大幅提高，如果终轧温度高于830℃，除了可能影响强度外，也变相加大了后续冷却时所需的冷却强度，在较大的冷却强度下，仅仅依靠张力轧制难以得到优良卷形；
冷却：冷却时采用前端快冷+后段空冷工艺，快冷段冷速为25℃/s～35℃/s，冷至450℃～500℃后，后段采取空冷，卷取温度440℃～500℃；
之所以采用前端快冷25℃/s～35℃/s，是因为此冷速下，有利于在得到细小均匀的贝氏体组织；后段空冷的目的在于返红温度均匀化，减小厚度方向应力，空冷有利于内应力均匀化，得到优良卷形；
开平：采用强力开平设备进行开平，并按照要求进行打包，包厚为15mm～50mm；
包厚太薄，去应力效果相对较差，因为空冷过程中，表层和心部钢板冷速不一致，且不经济,包厚太厚，心部钢板温度难以达到目标温度，影响应力去除效果,经实验证明，在不同气温(0℃～30℃)下，包厚15mm～50mm最佳，气温与包厚近似呈反相关关系；
回火热处理：采用整包回火热处理，回火温度为550℃～630℃，保温时间为(包厚值+60～80)min；
之所以采用整包回火热处理，是因为与单张回火相比，整包回火后的空冷冷速相对更慢，整包钢板组织性能均匀性更高，可以达到更好的去应力效果；在回火过程中，会发生纳米级析出相大量析出，提高析出强化作用效果的同时，钉扎位错和晶界，防止晶粒长大，也可降低微合金元素用量；
回火温度低于550℃时，纳米级析出相数量不够，影响强度提升，不能满足用户使用要求；当回火温度高于630℃时，纳米级析出相数量可能太高，影响韧性提升；550℃～630℃回火时，可在保证优良强韧性匹配的同时，做到较好的去应力效果；
矫直：采用冷矫直工艺；
之所以采用冷矫直工艺，是因为整包回火热处理后，会发生钢板内部内应力释放，释放之后，板形可能发生二次轻微翘曲，冷矫直过程是内应力重新组织与均匀化的过程，进一步提高板形质量,虽然矫直会在一定程度上增加成本，但其带来的板形合格率的增加，又会降低废品率，因此，其全流程生产成本是明显降低的。
本发明中成分范围及工艺要点设置原因如下：
1)C:是提高材料强度最廉价的元素，随着含碳量增加，硬度、强度提高，但塑韧性和焊接性能降低。综合考虑，C重量百分含量为0.07％～0.10％即可；
2)在常见的固溶元素中，Si仅次于P，固溶于铁素体和奥氏体中，可提高强度，Si可降低碳在铁素体中的扩散速度，使回火时析出的碳化物不易聚集，提高回火稳定性，但Si过高易产生淬火裂纹，超快冷下裂纹倾向更大；另外，加热的过程中，Si与O结合产生SiO2，再与FeO发生一系列复杂的固相反应生成铁橄榄石Fe2SiO4，影响表面质量，综合考虑，Si重量百分含量为0.15％～0.30％为宜；
3)Mn:显著降低钢的Ar1温度、奥氏体的分解速度，与Fe无限固溶能提高强度，但Mn含量若太高，会增加钢的回火脆性，导致严重的中心偏析，综合考虑，Mn重量百分含量为1.2％～1.6％为宜；
4)Cr:能提高淬透性，也能提高回火稳定性，但过高的Cr降低加工性和焊接性，综合考虑，Cr重量百分含量为0.1％～0.2％为宜；
5)Mo：能够提高淬透性，可防止回火脆性并具有二次硬化作用，但过多时，会损害加工成形性能、焊接性能，而且影响生产成本，综合考虑，Mo重量百分含量为0.1％～0.2％为宜；
6)Mo+Cr：超快冷较高的冷速一定程度上可降低钢板淬透性的要求，起到以水代合金的作用，且同时添加Mo、Cr的作用比单独添加的效果更好，也能节约合金成本，综合考虑，Mo+Cr重量百分含量为0.25％～0.35％范围内为宜；
7)Ti与C、N元素形成耐高温的TiN和TiC粒子，起到析出强化作用，钉扎在原始奥氏体晶界，阻止奥氏体晶粒长大；焊接时TiN和TiC粒子显著阻止热影响区晶粒长大，改善焊接性能；当Ti含量较低时，析出强化和焊接性能改善作用小，当Ti含量过高时，塑性降低，且容易造成性能波动，综合考虑，Ti重量百分含量为0.06％～0.13％为宜；
8)V在钢中以碳化物形式存在，主要作用是细化组织和晶粒，综合考虑，V重量百分含量为0～0.07％为宜；
9)Nb：在钢中与C、N具有极强的亲和力，形成稳定的Nb(C，N)化合物，在控制轧制过程中诱导析出，沿奥氏体晶界弥散分布，作为相变的形核质点，可有效阻止再结晶，提高铁素体形核率，对细化晶粒作用显著，综合考虑，Nb重量百分含量为0～0.08％为宜；
10)Nb、V、Ti是微合金元素，加入的作用是析出碳氮化物和细晶强化作用，加入过多的Nb、V、Ti，会使得其以固溶态固溶在钢中，主要作用没有得到体现，还增加成本,但如果加入太少，会影响强度，强度不合的风险较大,另外，之所以Nb、V、Ti微合金均添加，是因为单独加某一种微合金元素的作用，远远不如综合添加，综合添加有利于节约合金成本,为保证析出强化作用，Ti占比需大于50％以上,综合考虑，Nb+V+Ti重量百分含量为0.08％～0.15％为宜。
11)P、S是钢中有害的杂质元素，钢中P易在钢中形成偏析，降低钢的韧性和焊接性能，S易形成塑性硫化物，使钢板产生分层，恶化钢板性能，故P、S含量越低越好，强度越高，P、S对强度和内应力的影响越大，综合考虑，将钢的P、S含量为P≤0.012％，S≤0.003％。
实施例1～3，一种薄规格工程机械用高强钢具体各化学成分及其重量百分比如表1所示；对比例1～2，化学成分及其重量百分比也如表1所示：
表1
实施例1-3和对比例1-2中生产工艺特征的具体工艺数据见表2：
表2
根据GB/T228和GB/T231国家标准，测试实施例1-3所述薄规格高强工程机械用钢以及对比例1-2的性能如表3所示。
表3
可见，实施例3种工艺下，屈服强度690MPa以上，抗拉强度790MPa以上，A50在21％以上，-20℃低温韧性优异，横纵向冷弯性能可满足D＝a，180°合格，最优板形1mm/m，而对比例中合金含量更高，但低温韧性均值相对较低，冷弯性能相对较差，说明实施例在合金含量更低的前提下，强度、韧性和冷弯性能更加优异，板形更优。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种薄规格工程机械用高强钢，其特征在于:钢板化学成分质量百分比为：C：0.07％～0.10％，Si：0.15％～0.30％，Mn：1.2％～1.6％，P≤0.012％，S≤0.003％，Nb：0％～0.08％，V：0％～0.07％，Ti：0.06％～0.13％，Cr：0.1％～0.2％，Mo：0.1％～0.2％，Nb+V+Ti：0.08％～0.15％，Mo+Cr：0.25％～0.35％，其余为Fe及杂质。
2.一种薄规格工程机械用高强钢板形控制方法，其特征在于：
采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、热装热送、加热、轧制、冷却、卷取、开平、回火热处理、矫直工艺路线；
工艺参数如下：
热装热送：连铸板坯下线后运至加热炉前缓冷，热装入炉温度大于500℃；
加热：出钢温度1210℃～1260℃，加热时间≥140min；
轧制：采用两阶段控制轧制，粗轧出口温度1040℃～1080℃，精轧终轧温度800℃～830℃；
冷却：采用前端快冷+后段空冷工艺，快冷段冷速为25℃/s～35℃/s，冷至450℃～500℃后，后段采取空冷，卷取温度440℃～500℃；
开平：进行开平，并打包；
回火热处理：采用整包回火热处理，回火温度为550℃～630℃，保温时间为(包厚值+60～80)min；
矫直:采用冷矫直工艺。
3.根据权利要求2所述的一种薄规格工程机械用高强钢板形控制方法，其特征在于，所述开平中包厚为15mm～50mm。
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