CN110541055B - 一种hb450级履带板用非调质高强耐磨钢的生产方法 - Google Patents

一种hb450级履带板用非调质高强耐磨钢的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种HB450级履带板用非调质高强耐磨钢的生产方法,所述高强耐磨钢含有下述质量百分含量的化学成分:C:0.22~0.27%;Si:≤0.30%;Mn:3.0~5.0%;P:≤0.012%;S:≤0.002%;Mo:0.10~0.50%;Ti:0.10~0.15%;B:0.0010~0.0040%;N≤0.0040%,其余为Fe和不可避免的杂质;本发明方法以上述高强耐磨钢为实施对象,通过BOF转炉冶炼+LF炉外精炼+RH处理+板坯连铸+控制轧制工艺流程进行钢板的生产实施,与传统高强耐磨钢生产工艺流程相比,具有生产工艺流程简洁,生产周期短、成本低、钢板性能稳定优良等特点,具有良好的经济性和技术创新性。

Description

一种HB450级履带板用非调质高强耐磨钢的生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料技术领域,特别是一种HB450级履带板用非调质高强耐磨钢的生产方法。
背景技术
耐磨钢是广泛用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各种磨损工况的一类耐磨材料,是目前我国工程机械行业最重要的钢种之一。
近年来,随着我国工程机械行业的发展,对于推土机、挖掘机等履带式重型工程车辆的需求量逐渐增加。该类工程车辆采用履带作为车身承载,可保证车辆底盘稳定性,提高车辆复杂工况下的通过性。作为直接与地面接触的履带板,必须承受车辆自身重量及路面复杂工况的双重压力,其性能对于车辆安全性及作业效率有较大影响。车辆行驶及作业过程中,履带时刻受到地面碎石、大石块等的反复冲击磨损,对于履带板的耐冲击磨损性能要求较高。
目前,车辆履带板普遍采用普通耐磨钢制造,如申请公开号为CN102260829、CN102605234、CN102199737的专利公开的系列高强耐磨钢,采用Cr-Ni-Mo为主要成分体系,通过转炉冶炼+炉外精炼+连铸+淬火+低温回火进行生产,该类钢种合金成本相对较低,对于抵御滑动磨损效果较好,但因马氏体为硬脆相,对于抵御冲击磨损效果较差,同时轧后采用淬火+低温回火热处理生产周期长,也造成能源的浪费,导致制造成本的升高;申请公开号为CN102312174的专利公开了一种非调质的高强耐磨钢及其生产方法,主要采用C-Mn-Ni-Cr-Mo-Nb-V的合金设计,通过轧后直接水冷代替淬火达到非调质的效果,但钢中贵重合金添加较多,生产成本相对较高,轧后水冷工艺控制难度大且钢板未进行回火消应处理,钢板内应力大,易导致使用过程中产生开裂等问题。
为此,本申请人开发了一种10~30mm厚HB450级别履带板用非调质高强耐磨钢(专利申请号为201811469960.7),其化学成分范围为:C:0.22~0.27%;Si:≤0.30%;Mn:3.0~5.0%;P:≤0.012%;S:≤0.002%;Mo:0.10~0.50%; Ti:0.10~0.15%;Mo:0.20~0.50%;B:0.0010~0.0040%;N ≤0.0040%,且其余为Fe和不可避免的杂质。该发明钢材成分体系的独创性必须与最佳的生产工艺相匹配,才能实现稳定、可持续、高质量的生产。
因此,针对该HB450级履带板用非调质耐磨钢,研发一条适合该钢稳定生产的工艺方法,是保证成品质量优良的关键。
发明内容
本发明的目的就是针对目前现有的HB450级别履带板用高强耐磨钢在生产过程中存在生产流程较长、效率不佳的问题,提供一种HB450级履带板用非调质高强耐磨钢的生产方法。本发明方法通过BOF转炉冶炼+LF炉外精炼+RH处理+板坯连铸+控制轧制工艺流程进行钢板的生产实施,整个生产工艺流程简洁,生产周期短、成本低、钢板性能稳定优良,具有良好的经济性和技术创新性。
本发明的一种HB450级履带板用非调质高强耐磨钢的生产方法,所述高强耐磨钢含有下述质量百分含量的化学成分:C:0.22~0.27%;Si:≤0.30%;Mn:3.0~5.0%;P:≤0.012%;S:≤0.002%;Mo:0.10~0.50%;Ti:0.10~0.15%;B:0.0010~0.0040%;N≤0.0040%,其余为Fe和不可避免的杂质;所述高强耐磨钢是以BOF转炉冶炼+LF炉外精炼+RH处理+板坯连铸+控制轧制工艺流程进行生产的,其中主要工艺步骤及参数设定如下:
(1)BOF转炉冶炼
原料铁水经预处理脱硫至硫含量≤0.001%,采用转炉顶底复吹冶炼终点温度为1680~1720℃,终点C含量为0.05~0.08%,P含量≤0.015%;
(2)LF精炼
在LF工序完成造白渣、升温,仅需2个循环12min,LF处理后钢液温度为1600~1620℃;
(3)RH处理
RH处理时真空度控制在600~1000Pa,真空循环时间15~18min;处理结束温度为1560~1580℃;
(4)连铸环节
采取强一冷、弱二冷的冷却模式,设定一冷强度为2.0L/kg钢、二冷强度为0.65L/kg钢,连铸矫直区温度为960~980℃;
(5)铸坯传送与加热
铸坯采用直装模式,通过热送辊道直接送至加热炉加热,入炉表面温度≥650℃,缓慢加热至1250℃;
6)轧制环节
铸坯出加热炉后,采用高压水除鳞,水压≥23MPa,保证铸坯表面氧化铁皮去除彻底;之后进行未再结晶区轧制,未再结晶区轧制累计变形量50~80%,前两道次绝对压下量需>30mm, 以保证进入未再结晶区奥氏体晶粒得到充分破碎;未再结晶区轧制结束,中间坯需待温至≤950℃,再开始第二阶段轧制;二阶段轧制根据成品厚度分3~5道次进行,末道次压下量≥10%,保证晶粒细化效果,终轧温度控制在780℃~820℃之间。
优选地,本发明的一种HB450级履带板用非调质高强耐磨钢的生产方法,所述高强耐磨钢含有下述质量百分含量的化学成分:C:0.22~0.26%;Si:0.10~0.30%;Mn:3.2~4.8%;P:≤0.012%;S:≤0.002%;Mo:0.25~0.45%; Ti:0.11~0.14%;B:0.0020~0.0030%;N ≤0.0035%,其余为Fe和不可避免的杂质。
采用本发明的生产方法制得的高强耐磨钢,所述钢材厚度为10~30mm,布氏硬度420≤HB≤470,屈服强度RP0.2≥1100MPa,抗拉强度Rm≥1430MPa,﹣20℃横向KV2≥25J。
本发明的工艺原理是:
(1)转炉冶炼,原料铁水经预处理脱硫至硫含量≤0.001%,采用转炉顶底复吹冶炼终点温度为1680~1720℃,终点C含量为0.05~0.08%,P含量≤0.015%。因本发明所述钢种为中高锰钢,在转炉出钢过程中大量含Mn合金的加入将引起钢水明显温降,为保持温度平衡,需在随后的LF精炼过程中长时间升温,长时间地电弧加热导致钢液增N过多,在凝固过程中与钢液中的Ti结合生成TiN,将严重影响成品性能。因此,采用1680~1720℃范围的高温出钢,可减少LF处理时间,减少过程增N。
(2)LF精炼:由于对铁水进行了深度的预处理脱硫,因此转炉冶炼后的脱硫任务不重,加上高温出钢,LF升温的任务也适中,因此,在LF处理完成造白渣、升温,仅需2个循环12min即可,提高生产效率,减少过程成本。真空处理后钢液温度1600~1620℃。
(3)RH处理
本发明钢种为高Mn钢,易在RH处理工序因过高真空度以Mn蒸汽形式蒸发,造成成分波动及设备损坏;此外,真空循环时间过短则不能保证夹杂物去除效果,循环时间过长则造成Mn在渣钢界面反应而减少。综合考虑,RH处理时真空度控制在600~1000Pa,真空循环时间15~18min。处理结束温度1560~1580℃。
(4)连铸环节
本发明所述的中高锰钢种铸坯在降温过程中具有强烈的裂纹倾向,因此,铸坯必须保持较高的内外部温度,本发明采取强一冷、弱二冷的冷却模式,由于中高锰钢导热率低,较高的一冷强度可保证铸坯出结晶器后的坯壳厚度和强度,较低的二冷强度可保证铸坯在二次冷却过程中,内外部温度下降速度较慢,避免表面裂纹,最终确定的一冷强度为2.0L/kg钢、二冷强度为0.65L/kg钢,连铸矫直区温度为960~980℃。
(5)铸坯传送与加热
经热模拟试验,本发明所述铸坯降温过程中700~750℃左右存在脆性区,主要是该区域内,钢由单一的奥氏体组织向奥氏体+先共析铁素体转变,铁素体的强度仅为奥氏体强度的1/4左右,承受外力时应变易集中在铁素体薄膜内,成为裂纹源,因此应避免在该区域内进行板坯吊运、装炉,考虑到板坯心部与表温存在100~150℃温度差,因此控制热装板坯表温在600℃以上,可避开冷却过程脆性区。所以,本发明所述铸坯必须采用直装模式,铸坯通过热送辊道直接送至加热炉加热,入炉表面温度≥650℃,缓慢加热至1250℃。
(6)轧制环节
铸坯出加热炉后,采用高压水除鳞,水压≥23MPa,保证铸坯表面氧化铁皮去除彻底。之后进行未再结晶区(一阶段)轧制,本发明规定未再结晶区轧制累计变形量50~80%,前两道次绝对压下量需大于30mm 以保证进入未再结晶区奥氏体晶粒得到充分破碎。未再结晶区轧制结束,中间坯需待温至≤950℃,再开始第二阶段轧制;二阶段轧制根据成品厚度分3~5道次进行,末道次压下量≥10%,保证晶粒细化效果,终轧温度控制在780℃~820℃之间。
奥氏体未再结晶区轧制主要是通过足够的变形量将奥氏体晶粒拉长,在晶内产生大量形变带和高密度位错,这些形变带可作为相变时铁素体形核位置,可达到细化晶粒的作用,但由于未再结晶区轧制温度较低,变形抗力较大,轧制设备负荷大。
终轧温度也是热加工终止温度,对钢的组织和性能有决定作用,终轧温度高则在变形终止到相变前的温度范围内晶粒可发生一定程度的聚集长大,造成性能下降,而终轧温度过低一方面两相区轧制易造成混晶另一方面也造成设备负荷增大,损伤设备。综合考虑,本发明终轧温度控制在780℃~820℃之间。
本发明方法的主要技术特点是采用转炉冶炼+炉外精炼+连铸+板坯热送+控制轧制进行钢板的生产。通过转炉高温出钢减少大量含Mn合金加入带来的温度损失,缩短LF升温处理时间,减少LF过程增氮;通过较高的连铸矫直温度设定避免在钢的热脆性区矫直带来的板坯中间裂纹缺陷;通过铸坯热送,高温入炉,避免了常规工艺中铸坯反复升降温带来的开裂风险;通过轧制中道次压下量及关键轧制温度参数的控制,保证钢在未再结晶区轧制时累积足够多的内部畸变,相变过程中得到更细小的晶粒进而获得更好的强韧性匹配。采用本发明生产方法进行生产,生产工艺流程更短,生产效率更高,与高强耐磨钢常规工艺流程产品相比,强度硬度相当,但冲击韧性更优,具有更好的强韧性匹配。
本发明与现有耐磨钢的生产工艺相比具有以下优点:
(1)生产工艺流程短、生产效率高:与传统生产工艺流程相比,本发明采用BOF转炉冶炼+LF炉外精炼+RH处理+板坯连铸+控制轧制的短流程生产工艺,与传统的转炉冶炼+炉外精炼+连铸+板坯缓冷+控制轧制+淬火+低温回火生产工艺相比,生产效率与成材率得到大幅提升;
(2)生产成本较低:本发明钢板采用板坯热装,降低了板坯加热能耗,同时由于轧后采用自然空冷,不需进行热处理,因而节约了热处理费用,生产成本显著降低。
(3)性能稳定性更好:生产过程中对冶炼、轧制各工序关键工艺参数进行了严格控制,保证了影响钢板成品力学性能的各项参数受控。
基于以上流程,实现所述成分体系耐磨钢的过程可控、生产可持续、性能稳定处于较高水平。
具体实施方式
为了更好地解释本发明的技术方案,下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明,下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案,并不以任何形式限制本发明。
下表1为本发明实施例1-7及对比实施例1-2钢板中所含化学成分的质量百分含量列表,本发明实施例1-7钢板生产工艺为BOF转炉冶炼+LF炉外精炼+RH处理+板坯连铸+控制轧制工艺流程,对比例1-2为与本发明成分范围一致,但采用BOF转炉冶炼+LF炉外精炼+RH处理+板坯连铸+控制轧制工艺+淬火+低温回火工艺的传统工艺流程进行生产。下表2为本发明实施例1-7及对比实施例1-2钢板的主要生产工艺参数取值列表。
下表3为本发明实施例1-7及对比实施例1-2钢板的主要力学性能测试结果。
表1 实施例1-7及对比实施例1-2的化学成分取值列表(Wt,%)
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表2 实施例1-7及对比例1-2的主要工艺参数取值列表
Figure DEST_PATH_IMAGE004
由于对比例与本发明实施例工艺参数的不同,对比例在控制轧制工艺之后还进行了淬火+低温回火工艺,淬火+低温回火工艺均采用常规工艺参数,在此不再列出。
表3 实施例1-7及对比实施例1-2的力学性能测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE006
*注:10mm厚钢板采用7.5×10×55 mm非标准冲击试样。
结果分析:通过上述实施例及对比例工艺过程及性能数据对比,本发明专利通过调整各工艺参数,达到了不进行淬火+回火的热处理工艺,就能实现实施生产工艺流程更短,生产效率更高,且与常规工艺流程产品相比强度硬度相当,但冲击韧性明显提高,具有更好的强韧性匹配的效果。

Claims (3)

1.一种HB450级履带板用非调质高强耐磨钢的生产方法,所述高强耐磨钢含有下述质量百分含量的化学成分:C:0.22~0.27%;Si: ≤0.30%;Mn:3.0~5.0%;P:≤0.012%;S:≤0.002%;Mo:0.10~0.50%; Ti:0.10~0.15%;B:0.0010~0.0040%;N ≤0.0040%,其余为Fe和不可避免的杂质;所述高强耐磨钢是以BOF转炉冶炼+LF炉外精炼+RH处理+板坯连铸+控制轧制工艺流程进行生产的,其特征在于:
(1)BOF转炉冶炼
原料铁水经预处理脱硫至硫含量≤0.001%,采用转炉顶底复吹冶炼终点温度为1680~1720℃,终点C含量为0.05~0.08%,P含量≤0.015%;
(2)LF精炼
在LF工序完成造白渣、升温,仅需2个循环12min,真空处理后钢液温度为1600~1620℃;
(3)RH处理
RH处理时真空度控制在600~1000Pa,真空循环时间15~18min;处理结束温度为1560~1580℃;
(4)连铸环节
采取强一冷、弱二冷的冷却模式,设定一冷强度为2.0L/kg钢、二冷强度为0.65L/kg钢,连铸矫直区温度为960~980℃;
(5)铸坯传送与加热
铸坯采用直装模式,通过热送辊道直接送至加热炉加热,入炉表面温度≥650℃,缓慢加热至1250℃;
6)轧制环节
铸坯出加热炉后,采用高压水除鳞,水压≥23MPa,保证铸坯表面氧化铁皮去除彻底;之后进行未再结晶区轧制,未再结晶区轧制累计变形量50~80%,前两道次绝对压下量需>30mm, 以保证进入未再结晶区奥氏体晶粒得到充分破碎;未再结晶区轧制结束,中间坯需待温至≤950℃,再开始第二阶段轧制;二阶段轧制根据成品厚度分3~5道次进行,末道次压下量≥10%,保证晶粒细化效果,终轧温度控制在780℃~820℃之间。
2.根据权利要求1所述的一种HB450级履带板用非调质高强耐磨钢的生产方法,其特征在于:所述高强耐磨钢含有下述质量百分含量的化学成分:C:0.22~0.26%;Si:0.10~0.30%;Mn:3.2~4.8%;P:≤0.012%;S:≤0.002%;Mo:0.25~0.45%; Ti:0.11~0.14%;B:0.0020~0.0030%;N ≤0.0035%,其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的一种HB450级履带板用非调质高强耐磨钢的生产方法,其特征在于:所述钢材厚度为10~30mm,布氏硬度420≤HB≤470,屈服强度RP0.2≥1100MPa,抗拉强度Rm≥1430MPa,﹣20℃横向KV2≥25J。
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