CN111876663B

CN111876663B - 一种针织面板用合金结构钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN111876663B
Application number: CN202010563463.4A
Authority: CN
Inventors: 何广霞; 黄军; 许晓红; 白云; 苗丕峰; 吴扬; 葛恒贵
Original assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2040-06-19
Also published as: CN111876663A

Abstract

本发明涉及一种针织面板用合金结构钢板及其制造方法，钢板的元素成分为C：0.25～0.40％，Si：0.15～0.40％，Mn：0.60～1.10％，P：≤0.010％，S：0.020～0.060％，Cr：0.50～1.50％，Mo：0.05～0.20％，B：0.0005～0.0035％，Al+Ti：0.010～0.040％，余量为Fe及不可避免的杂质。钢板以调质状态交货，交货状态时的金相组织为回火索氏体，在加工成针织面板的过程中经DQ处理后，表面金相组织转变为马氏体，芯部金相组织转变为马氏体+残余奥氏体。材料较45钢具有更好的淬透性，材料在加工过程中，经调质均匀，DQ淬火处理后变形小，不易因冷却不均等因素的影响而导致开裂的情况发生。

Description

一种针织面板用合金结构钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及合金结构钢板的制造，尤其是制作针织面板的合金结构钢板。

背景技术

针织面板的制作流程一般为钢板粗加工(包括开孔)、调质处理、精加工三个步骤，其中调质后的精加工是关键工艺，也是加工的难点，由于针织面板的一部分需要加工成梳子状，这对材料的可加工性能要求极其严格，尤其要求材料力学性能的均匀性好。

当前国内最常用的针织面板材料为45钢，该材料调质后的性能良好，满足一般针织面板的使用要求，但材料的使用寿命低，针织面板消耗大，影响针织企业的连续生产，也增加了消耗。

有用户选择42CrMo材料或是美标的SAE4140作为针织面板的加工材料，该材料属于中碳合金结构钢，由于该材料中还有一定含量的Mn、Cr和Mo元素，所以具有较好的淬透性能，调质处理后有较高的疲劳极限、耐磨性能和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好。但是42CrMo淬火开裂风险较高，该材料一般只能利用油冷实现淬火，而油冷淬火的应用并不广泛，很多针织面板加工用户并不具备油冷淬火的生产要素。所以针织面板加工用户仍趋向于采购正火或者回火状态的钢板。规模较小的针织面板加工用户在钢板切割加工后还需寻求委外热处理。整个加工过程中，若钢板切割不当或者热处理不当均会导致钢板大面积开裂。

针织面板淬火易开裂，使用寿命短的问题仍然存在。为针织面板开发质量更好的加工钢材十分必要。

发明内容

本发明提供一种易于实现DQ处理的针织面板用合金结构钢板，用户采购的该材料可以直接用于针织面板的加工，为用户降低成本。针织面板材料将有广阔的市场前景。

本发明的加工性能优异、力学性能均匀的12-50mm厚针织面板用钢板。优选以连铸板坯轧制成型后利用钢板余热以水为淬火介质实现钢板的直接淬火处理，利用连续炉对淬火钢板进行合理的高温回火热处理，钢板最终以调质状态交货，用户采购后可以直接进行针织面板精加工，提高生产效率，降低生产成本。

本发明的技术方案为：一种针织面板用合金结构钢板，钢板元素成钢板元素成分及重量百分比为，C：0.25～0.40％，Si：0.15～0.40％，Mn：0.60～1.10％，P：≤0.010％，S：0.020～0.060％，Cr：0.50～1.50％，Mo：0.05～0.20％，B：0.0005～0.0035％，Al+Ti：0.010～0.040％，余量为Fe及不可避免的杂质。

钢板以调质状态交货，交货状态时的金相组织为回火索氏体，在加工成针织面板的过程中经DQ处理后，表面金相组织转变为马氏体，芯部金相组织转变为马氏体+残余奥氏体。钢板交货态的奥氏体晶粒度达到8.0以上，钢板平直度≤5mm/m，表面硬度250HBW-265HBW，全截面硬度差≤15HBW。

本发明针织面板用合金结构钢板中的化学成分是这样确定的:

C：碳是保证钢板强度重要的元素，其固溶强化作用显著，适当的碳含量有助于提高钢的强度，但是过高的含碳量则会降低钢板韧性，对材料的后续加工及使用不利。本发明控制碳含量为0.25～0.40％。

Si：硅是钢中重要的脱氧元素，作为合金时通常以固溶强化形式提高钢的强度，适量的硅可以提高钢的弹性极限、屈服点以及抗拉强度。本发明Si含量控制为0.15～0.40％。

Mn：锰是固溶强化元素，可以提高材料的淬透性，是提高钢板强度的重要元素。本发明锰含量控制为0.60～1.10％。

Cr：铬是提高钢淬透性的元素，可以提高钢的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性能。另外，适当的铬含量能够抑制珠光体和多边形铁素体的形成，促进贝氏体或马氏体的转变。本发明将其含量控制在0.50～1.50％。

Mo：钼可以显著提高钢的淬透性和强度，可以细化钢种晶粒，提高钢的淬透性、热强性能以及红硬性，且适当的钼含量能够使材料在高温时保持足够的强度与抗蠕变能力。本发明中钼的含量控制在0.05～0.20％。

B：硼可以增加钢的淬透性，从而节约其他贵重合金的加入量，本发明硼含量控制为0.0005～0.0035％。

S：硫在钢中一般为有害元素，其在钢中容易以硫化物的夹杂物存在，降低钢的延展性和韧性，本发明中通过添加一定含量的硫，有意促进硫化物夹杂物的形成，目的是提高材料的加工性能，本发明中硫的含量控制在0.020～0.060％。

P：磷为钢中的杂质元素，易形成晶间偏析，给钢板的韧性以及热加工性带来不利的影响，应尽量减少其含量。本发明控制P≤0.010％。

Al、Ti：铝是强脱氧元素，适量的铝含量可有效减少钢中的夹杂物含量，而另一方面酸溶铝形成弥散细小的AlN可以阻止奥氏体晶粒度的长大；钛是典型的微合金化元素，钛与氮、氧和碳都有极强的亲和力，是强碳氮化物形成元素，但是不和其他元素联合形成复合化合物，形成的碳化钛微粒在板坯的加热过程中有效阻止晶粒长大，达到细化晶粒提高材料强韧性的目的，本发明控制Al+Ti含量控制在0.010～0.040％。

本发明针织面板用合金结构钢板的制备方法，采用如下步骤

(1)铸坯：按上述记载的元素成分冶炼钢水，钢水浇铸成铸坯，所述铸坯为150-300mm厚的连铸坯，铸坯的低倍质量满足：中心偏析C类不大于0.5级，中心疏松不大于0.5级，无中心裂纹、角裂纹、三角区裂纹。

(2)热轧：将铸坯再加热，固溶均质，组织奥氏体化，再加热的加热方式：预热段温度700～800℃、加热段温度1000～1150℃、均热段温度1200～1250℃，最高加热温度不能超过1250℃；总加热时间≥10*H min/cm，H为坯料厚度，单位cm，其中均热时间是控制在3～5小时。出炉后准备开轧，设置开轧温度950～1050℃，终轧温度850～900℃，整个轧制过程均在奥氏体相区完成，轧制过程中不发生相变；确保DQ水冷入水状态为奥氏体组织。

轧制前几道次轧制的单道次压下率为≥15％且采用慢速轧制工艺，轧制速度≤1.5m/s，之后减小压下率，至末3道次轧制再提高单道次压下率为≥15％，并适当提高轧制速度。

(3)DQ水冷：在终轧温度区间完成轧制后，进行DQ水冷，冷却速率为10～15℃/s，终冷温度为150-210℃，此过程奥氏体组织转变为马氏体+残余奥氏体，经矫直机矫直后到冷床上空冷；

(4)回火热处理：回火温度600±50℃，保温时间3.8±0.5min/mm，此过程组织调质成回火索氏体；钢板出炉冷却后带温压平，带温温度≥200℃，实现钢板平直度≤5mm/m。

与现有技术相比，本发明的特点在于：

本发明的成分设计相比较于针织面板常用的42CrMo钢种，降低了C、Cr、Mo的下限要求，碳当量更小，并添加了一定的B，达到提升材料淬透性的目的；添加适量的Al+Ti，起到细化晶粒提升材料强度的目的；添加一定的S，达到材料易切削(易加工)的目的。

本发明对热轧前的铸坯有要求，铸坯低倍必须满足：中心偏析C类不大于0.5级，中心疏松不大于0.5级，无中心裂纹、角裂纹、三角区裂纹。其中特别是材料中心偏析的要求，直接影响最终钢板的性能均匀性。

本发明的针织面板用钢板对铸坯的均热时间作特殊要求，延长了均热时间至3～5小时，目的是实现板坯合金元素的扩散均质。

本发明的针织面板用钢板在热轧成型过程中，对轧制压下率和轧制速度做出优化，目的是实现材料芯部质量，组织致密度提升，更晶粒细化，从而提高材料的韧性，有助于提高抗疲劳性能，延长材料的使用寿命。

本发明的热轧成型不控轧，轧制过程中不待温轧制，尽可能保证钢板的终轧温度，特别是厚度较薄的钢板的终轧温度，轧制后组织为奥氏体，DQ水冷后组织转化为马氏体+残余奥氏体。另外，轧制完成后直接进行DQ水冷，达到在线淬火的目的，该方式避免材料进行离线淬火，节省能耗，控制金相转变；淬火后钢板及时入连续炉做高温回火热处理，实现了钢板的调质处理。

上面的热轧和成型工艺是针织面板常用钢种45钢或42CrMo钢所不具备的，为针织面板提供了更好的材料选择。

本申请合金结构钢板的组织为回火索氏体，材料硬度被控制在刚好满足针织面板的加工和使用要求，通过在成分中添加了S，使得材料的加工切削性能获得明显提升。材料较45钢具有更好的淬透性，材料在针织面板加工过程中，经调质后性能均匀性更高。材料的碳当量较42CrMo的碳当量明显更低，DQ淬火处理后变形小，不易因冷却不均等因素的影响而导致开裂的情况发生。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

针织面板用合金结构钢板，设计该钢板的成分为C：0.25～0.40％，Si：0.15～0.40％，Mn：0.60～1.10％，P：≤0.010％，S：0.020～0.060％，Cr：0.50～1.50％，Mo：0.05～0.20％，B：0.0005～0.0035％，Al+Ti：0.010～0.040％，余量为Fe及不可避免的杂质。

具体工艺步骤如下：

一、炼钢

钢水经转炉冶炼，后经LF精炼，化学成分进入规格后至RH真空脱气，在极限真空条件下保持时间≥20min，连铸前要求钢水中氢含量＜1.0ppm，钢水经直弧连铸机连铸出厚度为150～300mm的板坯，连铸采用10～30℃的低过热度浇铸，稳定拉速，并且采用连铸轻压下技术，保证连铸坯内部质量。

每炉钢均取连铸坯低倍样，检验结果满足下列要求时热送轧钢分厂，低倍检测要求：中心偏析C类不大于0.5级，中心疏松不大于0.5级，无中心裂纹、角裂纹、三角区裂纹。

二、加热、轧制及热处理

1、再加热

按生产计划安排将连铸坯原料装入步进炉加热。分段加热工艺：预热段温度700～800℃、加热段温度1000～1150℃、均热段温度1200～1250℃，最高加热温度不能超过1250℃；总加热时间≥10*H min/cm，H为坯料厚度，单位cm，其中均热时间是控制在3～5小时；将符合加热工艺的坯料出炉。

2、轧制

设定开轧温度为950～1050℃，终轧温度为850～900℃，轧制前3道次轧制的单道次压下率为≥15％且采用慢速轧制工艺，轧制速度≤1.5m/s，之后减小压下率，优选8～14％，至末3道次轧制再提高单道次压下率为≥15％，并适当提高轧制速度至1.5～1.8m/s。

3、DQ冷却

轧制完成后进行DQ水冷，冷却速率为10～15℃/s，终冷温度为180±30℃，经矫直机后在冷床上空冷。

4、回火热处理

钢板及时入连续炉做回火热处理，回火温度600±50℃，保温时间3.8±0.5min/mm；钢板出炉冷却后带温压平，带温温度≥200℃，保证钢板平直度≤5mm/m。

三、精整、检查与检验

钢板回火热处理后缓冷至室温后激光切边并取样检验，按产品标准进行外观质量检查、包装，成品钢板尺寸：(12-50)×(2600-3100)×10000mm、交货状态为QT，其产品性能、尺寸、表面质量完全能满足用户要求。

表1-3为三个实施例的工艺数据，表4为本发明实施例3和同厚度的45钢、42CrMo钢的DQ处理后的性能对比。

表1实施例1-3针织面板用钢板的元素成分

表2实施例1-3针织面板用钢板的工艺参数

表3实施例1-3针织面板用钢板的性能

表4实施例50mm厚度针织面板用钢板与同厚度45、42CrMo钢板DQ实物对比

Claims

1.一种针织面板用合金结构钢板，其特征在于：钢板元素成分及重量百分比为，C：0.25～0.40%，Si：0.15～0.40%，Mn：0.60～1.10%，P：≤0.010%，S：0.020～0.060%，Cr：0.50～1.50%，Mo：0.05～0.20%，B：0.0005～0.0035%，Al+Ti：0.010～0.040%，余量为Fe及不可避免的杂质；

所述钢板的制造方法如下：

（1）铸坯：按元素成分冶炼钢水，钢水浇铸成铸坯；

（2）热轧：将铸坯再加热，固溶均质，组织奥氏体化，然后开轧，开轧温度950～1050℃，终轧温度850～900℃，整个轧制过程均在奥氏体相区完成，轧制过程中不发生相变；

轧制前几道次轧制的单道次压下率为≥15%，之后的单道次压下率减小至15%以下，至末几道次再提高单道次压下率≥15%，轧制过程中前面的轧制速度比后面的轧制速度慢；

（3）DQ水冷：在终轧温度区间完成轧制后，进行DQ水冷，冷却速率为10～15℃/s，终冷温度为150-210℃，此过程奥氏体组织转变为马氏体+残余奥氏体，经矫直机矫直后到冷床上空冷；

（4）回火热处理：回火温度600±50℃，保温时间3.8±0.5 min/mm，此过程组织调质成回火索氏体；钢板出炉冷却后带温压平，带温温度≥200℃，实现钢板平直度≤5mm/m。

2.根据权利要求1所述的针织面板用合金结构钢板，其特征在于：钢板的生产厚度为12mm～50mm。

3.根据权利要求1所述的针织面板用合金结构钢板，其特征在于：钢板以调质状态交货，交货状态时的金相组织为回火索氏体，在加工成针织面板的过程中经DQ处理后，表面金相组织转变为马氏体，芯部金相组织转变为马氏体+残余奥氏体。

4. 根据权利要求1所述的针织面板用合金结构钢板，其特征在于：钢板交货态的奥氏体晶粒度达到8.0以上，钢板平直度≤5mm/m，表面硬度250 HBW -265 HBW，全截面硬度差≤15 HBW。

5.根据权利要求1所述的针织面板用合金结构钢板，其特征在于：步骤（1）中，所述铸坯为150-300mm厚的连铸坯，铸坯的低倍质量满足：中心偏析C类不大于0.5级，中心疏松不大于0.5级，无中心裂纹、角裂纹、三角区裂纹。

6. 根据权利要求1所述的针织面板用合金结构钢板，其特征在于：步骤（2）中，再加热的加热方式：预热段温度700～800℃、加热段温度1000～1150℃、均热段温度1200～1250℃，最高加热温度不能超过1250℃；总加热时间≥10*H min/cm，H为坯料厚度，单位cm，其中均热时间是控制在3～5小时。

7.根据权利要求1所述的针织面板用合金结构钢板，其特征在于：步骤（2）中，轧制前3道次和末3道次的单道次压下率≥15%。

8.根据权利要求1所述的针织面板用合金结构钢板，其特征在于：步骤（2）中，轧制前面道次的轧制速度≤1.5m/s，后面道次的轧制速度可提高至1.5m/s以上。