CN111910128A - 一种q690级别煤矿液压支架用钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Q690级别煤矿液压支架用高强度钢板,属于钢铁材料技术领域。该钢板按重量百分比配比,包括以下组成成分:C:0.030~0.060%,Si:0.15~0.30%,Mn:1.60~1.70%,P:≤0.020%,S:≤0.015%,Cr:0.80~1.00%,Cu:0.15‑0.25%,Ni:0.15‑0.25%,Als:0.015‑0.045%,Ti:0.012‑0.025%,B:0.0006‑0.0010%,余量为Fe和不可避免杂质。本发明的Q690级别煤矿液压支架用高强度钢板的成分设计只添加Cu、Ni、Cr等合金元素,不含有Mo、Nb元素含量,同时也没有利用B的淬透性。本发明生产的煤矿液压支架用高强度钢板具有强度高、韧塑性好、焊接性能优良的优点,可以满足下游用户的要求。

Description

一种Q690级别煤矿液压支架用钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种利用炉卷至热处理机组生产高强度、焊接性能优异的煤矿液压支架用高强度Q690级别钢板及其具体的生产工艺,属于钢铁材料技术领域。
背景技术
煤矿液压支架用钢通常采用Q460级别以上钢板,而随着煤矿机械装备大型化、重负荷发展,高强钢的强度级别也在不断提升,Q690级别钢板市场使用量逐渐增多。而传统高强钢Q690级别钢通常采用调质成分设计和淬火+回火生产工艺,或者添加NB、Mo、Cr和B微合金元素,采用热机械轧制+回火工艺生产,这两者设计碳当量均较高,容易致使焊接性能变差。
在专利CN104759858B和CN102851604A中分别公开了一种80kg级低温不预热焊接高强钢的生产方法和一种屈服强度690MPa级高强度钢板的生产方法。在合金成分设计上,两者均添加了Mo、B、Ti、Mn或V等合金元素的一种或多种。轧制和热处理工艺上,其中专利CN104759858B工艺为淬火(DQ)工艺,终冷温度≤260℃,然后采用685-695℃回火(T)2h±10min,生产出符合低温不预热焊接要求的80kg级高强钢;CN102851604A专利采用低碳微合金化设计,控制轧制后通过在线淬火(DQ)+回火工艺(T),获得了回火马氏体+回火贝氏体的整合组织。两者专利中均利用了B元素的淬透性,要求钢中B含量为0.0010-0.00020%,或者添加Mo、Nb和V等合金元素。
另外,专利CN101338400B公开了一种高强度低温用低碳贝氏体钢及其生产工艺,主要设计为0.02~0.10%Nb,0.05~0.5%Cr,0.1~0.5%Mo等含量的微合金化;轧制工艺采用再结晶和未再结晶两阶段控轧,高温阶段轧制温度在1050~1150℃,低温阶段轧制温度在800~950℃,终轧温度800~880℃;在500~700℃进行高温回火,生产出了屈服强度达700MPa高强度低温用低碳贝氏体钢。
发明内容
本发明的目的是提供一种Q690级别煤矿液压支架用高强度钢板及其生产方法。本发明生产的煤矿液压支架用高强度钢板具有强度高、韧塑性好、焊接性能优良的优点,可以满足下游用户的要求。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
一种Q690级别煤矿液压支架用高强度钢板,按重量百分比配比,包括以下组成成分:C:0.030~0.060%,Si:0.15~0.30%,Mn:1.60~1.70%,P:≤0.020%,S:≤0.015%,Cr:0.80~1.00%,Cu:0.15-0.25%,Ni:0.15-0.25%,Als:0.015-0.045%,Ti:0.012-0.025%,B:0.0006-0.0010%,余量为Fe和不可避免杂质。
其成分涉及的理由:
C对钢铁的性能起着重要的作用。随着碳含量的增加,钢的硬度和强度得到提高;但其韧性和塑性下降,焊接冷裂纹敏感指数也会随C含量的增加而提高,从而影响钢板的焊接性能,容易出现焊接裂纹;因此需要严格控制钢中的C含量,使得强度与焊接性能的最佳匹配。
Mn元素主要是固溶强化作用,还可降低γ-α相变温度,进而细化铁素体晶粒,Mn还可提高韧性、降低韧脆转变温度。
Si在低合金高强度钢中是作为脱氧剂加入的,一部分形成SiO2非金属夹杂物,有一部分溶于钢液中,增加钢液的流动性,冷至室温后溶于铁素体内,提高铁素体的强度。镇静钢中含Si量一般为0.10~0.55%,Si溶于铁素体后有很强的固溶强化作用,碳钢中每增加0.1%Si,可使热轧钢的抗拉强度提高约8~9MPa左右,屈服强度提高约4~5MPa左右,伸长率下降约0.5%,钢的面缩率和冲击韧性下降不明显,但是含量超过0.8~1.0%时,则引起面缩率下降,特别是冲击韧性显著降低。
Cr是提高钢的淬透性而且能显著提高强度的元素,在C含量较低的情况下,添加适量的Cr,可以保证钢板达到所需的强度。
Ni能够提高钢板的淬透性,同时也能显著改善其低温韧性的元素,对冲击韧性和韧脆性转变温度具有良好的影响。Ni也是贵重金属,含量较高会增加生产成本,而且含量太高时,钢板表面易生产黏性较高的氧化铁皮,不易去除,影响钢板表面质量。因此本发明将其含量控制在0.15~0.25%,有利于韧性的改善和提高。
P能显著降低钢的低温冲击韧性,提高钢的脆性转变温度。特别的在低温下更为严重,这种现象叫作冷脆性。
S是钢中的有害杂物,含硫较高的钢在高温进行压力加工时,容易脆裂,通常叫作热脆性。基于抗疲劳性设计,采用低S设计。
上述Q690级别煤矿液压支架用高强度钢板的生产方法,包括:顶底复吹转炉、LF炉外精炼、VD真空脱气炉、宽板坯连铸、炉卷轧机轧制、热处理;其中,
所述宽板坯连铸是利用动态轻压下改善铸坯的中心偏析:总压下量2~3mm,压下速率0.6~1.1mm/min;
所述炉卷轧机轧制及热处理工序包括以下步骤:
(1)板坯再加热温度:1100~1280℃;
(2)再结晶轧制温度区间:1100~1000℃,采用多道次轧制,道次压下率≥15%,总压下率≥50%;
(3)未再结晶轧制温度区间:960~880℃,采用一个或多个道次轧制,道次压下率≥10%,累积变形率≥60%;
(4)终轧温度区间:850~800℃;
(5)终冷温度区间:200~300℃;
(5)热处理回火工艺:350~480℃;
(6)保温时间为((2.5~3.5)*厚度+10~30)min;
本发明的一种煤矿液压支架用高强度钢板的生产方法适用于炉卷轧机至热处理生产线,也适用传统的具有超快冷中板轧机—热处理生产线。
制定轧制工艺的原由:
钢坯加热温度1100~1280℃,使得奥氏体组织均匀化;轧制在奥氏体再结晶的温度范围内,采用多个道次轧制钢坯,奥氏体累计变形量大于50%;然后待温到980℃~1020℃二次轧制,进一步细化晶粒,终轧温度控制在850℃~910℃,保证没有出现先共析铁素体;经层流冷却,将终冷温度控制到200~300℃,以提高钢板冷却速率,获得贝氏体组织,保证本发明钢种的性能不低于690MPa。
制定热处理工艺原由:
钢板经过中温回火350~480℃,保温((2.5~3.5)*厚度+10~30)min,能够促进碳化物的析出,提高钢板的韧性;同时,有效消除钢板在热轧冷却过程中的应力,减少因内应力带来钢板加工使用问题。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1、本发明生产的一种Q690级别煤矿液压支架用高强度钢板具有高的强度性能、良好的韧塑性能和焊接性能。
2、本发明的Q690级别煤矿液压支架用高强度钢板的成分设计只添加Cu、Ni、Cr等合金元素,不含有Mo、Nb元素含量,同时也没有利用B的淬透性。另外本发明Q690级别煤矿液压支架用高强度钢板的轧制与热处理工艺与现有技术均存在不同。
3、本发明生产的一种Q690级别煤矿液压支架用高强度钢板应用于煤矿液压支架的制造,有利于实现煤矿液压支架用钢及制造行业的创新发展。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
以下用炉卷轧机热处理生产线生产产品为30mm规格Q690级别煤矿液压支架用高强度钢板为例,对本发明作进一步的说明:按重量百分比配比,包括以下组成成分:C:0.059%,Si:0.20%,Mn:1.62%,P:0.011%,S:0.001%,Als:0.024%,Cu:0.19%,Cr:0.93%,Ni:0.20%,B:0.0009%,Ti:0.015%,余量为Fe和不可避免杂质。
工艺路线主要包括顶底复吹转炉、LF精炼、宽板坯连铸、炉卷轧机轧制、热处理生产线等工序;轧制工艺制度见表1和表2。
表1 30mmQ690级别煤矿液压支架用钢板轧制工艺制度
表2 30mmQ690级别煤矿液压支架用钢板热处理工艺制度
成分体系 规格/mm 加热温度/℃ 保温时间/min
实施例1 30 420 105
经本工艺生产的30mmQ690级别煤矿液压支架用钢板性能检验结果见表3。
表3含30mmQ690级别煤矿液压支架用钢板的性能
由表3可以看出,实例生产出来的30mmQ690级别煤矿液压支架用钢板屈服强度ReL和抗拉强度Rm均有富余量,-20℃夏比V型缺口冲击功和180°冷弯试验也远远满足该种的技术要求。采用本发明设计方法生产的30mmQ690级别煤矿液压支架用钢板满足下游煤矿液压支架制造行业的技术要求。
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 (3)

1.一种Q690级别煤矿液压支架用高强度钢板,其特征在于,按重量百分比配比,包括以下组成成分:C:0.030~0.060%,Si:0.15~0.30%,Mn:1.60~1.70%,P:≤0.020%,S:≤0.015%,Cr:0.80~1.00%,Cu:0.15-0.25%,Ni:0.15-0.25%,Als:0.015-0.045%,Ti:0.012-0.025%,B:0.0006-0.0010%,余量为Fe和不可避免杂质。
2.一种Q690级别煤矿液压支架用高强度钢板的生产方法,其特征在于,包括:顶底复吹转炉、LF炉外精炼、VD真空脱气炉、宽板坯连铸、炉卷轧机轧制、热处理;其中,
所述宽板坯连铸是利用动态轻压下改善铸坯的中心偏析:总压下量2~3mm,压下速率0.6~1.1mm/min。
3.根据权利要求1所述的Q690级别煤矿液压支架用高强度钢板的生产方法,其特征在于,所述炉卷轧机轧制及热处理工序包括以下步骤:
(1)板坯再加热温度:1100~1280℃;
(2)再结晶轧制温度区间:1100~1000℃,采用多道次轧制,道次压下率≥15%,总压下率≥50%;
(3)未再结晶轧制温度区间:960~880℃,采用一个或多个道次轧制,道次压下率≥10%,累积变形率≥60%;
(4)终轧温度区间:850~800℃;
(5)终冷温度区间:200~300℃;
(5)热处理回火工艺:350~480℃;
(6)保温时间为((2.5~3.5)*厚度+10~30)min。
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