高硬度滑轨钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁领域,尤其涉及高硬度滑轨钢及其制备方法。
背景技术
国内能够稳定生产高强滑轨钢的钢厂并不多,其均采用立式退火炉热镀锌生产线生产,产品一般采用汽车用340MPa级低合金高强钢替代,采用低碳+Mn+Nb成分体系生产,Nb合金成本高,退火温度要求高,这都增加其综合生产成本,导致成本较高。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种高硬度滑轨钢及其制备方法,旨在解决现有的高硬度滑轨钢采用340MPa级低合金高强钢替代成本较高的技术问题。
为实现上述目的,本申请采用的技术方案是:
本申请一方面提供了一种高硬度滑轨钢,以质量百分数计组成元素包括:0<C≤0.07Wt%;0<Si≤0.05Wt%;0.7Wt%<Mn≤1.2Wt%;0<P≤0.05Wt%;0<S≤0.025Wt%;其余为铁和不可避免的杂质元素。
优选地,以质量百分数计包括:0.04%<C≤0.07Wt%;0<Si≤0.05Wt%;0.9%<Mn≤1.2Wt%;0.02%<P≤0.035Wt%;0<S≤0.025Wt%;其余为铁和不可避免的杂质元素。
本申请另一方面提供了一种高硬度滑轨钢的制备方法,包括以下步骤:
将上述组成元素的钢坯在CSP热轧、酸连轧后进行退火,所述退火步骤包括:在15~30s时间内升温到690~730℃,在此温度下保持20~40s的均热,之后先以20~30℃/s的速度冷却到570-630℃,然后再以10~15℃/s的速度冷却到450~460℃;
将退火得到的钢带进行镀锌,并进行光整得到所述高硬度滑轨钢。
优选地,90mpm≤所述退火时的生产速度≤150mpm。
优选地,所述CSP热轧的步骤包括:
钢坯的进料温度为1050~1200℃;并且终轧温度为895±20℃,卷取温度为660±20℃。
优选地,所述光整延伸率为1.6%~2.0%。
优选地,所述酸连轧的相对压下率为55%~85%。
优选地,所述钢坯依次高炉铁水冶炼、脱硫站处理、转炉钢水冶炼、LF精炼处理、板坯连铸制得;
其中,出钢C为0.020%~0.060%,氩站碳为0.020%~0.060%,转炉出钢温度>1600℃。
优选地,冶炼时间为40~100min;脱硫时将温度为1580~1610℃;LF出站成分C为0.04%~0.07%,Si为0~0.040%,Mn为0.90%~1.20%,P为0.020%~0.035%,S为0~0.025%,软吹时间不低于6min。
优选地,所述开浇前中包吹氩≥2min;大包开浇后,过热度为15℃~35℃;拉速≥3.6m/min,中包成分C为0.040%~0.070%,Si为0~0.040%,Mn为0.90%~1.20%,P为0.02%~0.035%,S为0~0.025%。
本申请提供的高硬度滑轨钢的有益效果在于:本申请通过合理的成分设计,采用低碳工艺下添加适当的锰合金并合理控制P元素,同时采用低退火温度和高光整延伸率等方法来实现产品的硬度稳定性控制,产品硬度控制稳定。由于未添加成本高的Nb合金,并且退火温度较低,从而降低高硬度滑轨钢的生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例的高硬度滑轨钢的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
现有的滑轨钢采用立式炉退火的热镀锌生产线生产的340MPa级汽车用低合金高强钢替代使用,此钢种采用Mn和Nb微合金强化机理、高退火温度控制退火完全来提高产品的硬度,生产成本比较高。而一些企业热镀锌生产线为短退火条件下的卧式退火炉,添加Nb合金将会提高其再结晶退火温度,导致必须高温退火,大大提高了其生产成本。
本申请针对现有滑轨高强钢采用高成本的汽车用340MPa级低合金高强钢替代使用、生产成本比较高的问题,采用低碳体系下只添加锰合金、低退火温度和控制生产速度的方法,实现低成本条件下的高硬度滑轨钢的生产,达到滑轨钢对硬度的要求。
本申请提供了本申请一方面提供了一种高硬度滑轨钢,以质量百分数计组成元素包括:0<C≤0.07Wt%;0<Si≤0.05Wt%;0.7Wt%<Mn≤1.2Wt%;0<P≤0.05Wt%;0<S≤0.025Wt%;其余为铁和不可避免的杂质元素。
C:当钢中含碳量在0.8%以下时,随着含碳量的增加,钢材的强度和硬度提高,而塑性和韧性降低;
P:磷是强化铁素体作用最强的元素。
Mn:Mn能提高钢材强度,由于Mn价格相对便宜,且能与Fe无限固溶,在提高钢材强度的同时,对塑性的影响相对较小。
Nb:铌部分溶入固溶体,起固溶强化作用。
Nb合金可以起到固溶强化,但是Nb元素的加入会提高镀锌的再结晶温度,需要高的退火温度来实现退火,但是Mn和P都能够起到固溶强化的作用,而且其不需要高温退火来实现,仅仅需要再结晶温度以上的低温退火即可以实现,这样既能够保证低成本生产也能保证一定的高强度高硬度的性能。
本申请提供的高硬度滑轨钢的有益效果在于:本申请通过合理的成分设计,采用低碳工艺下添加适当的锰合金并控制P元素来生产高硬度滑轨钢,因而可采用低退火温度和高光整延伸率等方法来实现产品的硬度稳定性控制,产品硬度控制稳定。由于未添加成本高的Nb合金,并且退火温度较低,从而降低高硬度滑轨钢的成本。
可选地,以质量百分数计包括:0.04Wt%<C≤0.07Wt%;0<Si≤0.05Wt%;0.9Wt%<Mn≤1.2Wt%;0.02Wt%<P≤0.035Wt%;0<S≤0.025Wt%;其余为铁和不可避免的杂质元素。
本申请另一方面提供了一种高硬度滑轨钢的制备方法,参照图1,包括以下步骤:
S100:将上述组成元素的钢坯在CSP热轧、酸连轧后进行退火,所述退火步骤包括:在15~30s时间内升温到690~730℃,在此温度下保持20~40s的均热,之后先以20~30℃/s的速度冷却到570-630℃,然后再以10~15℃/s的速度冷却到450~460℃;
S200:将退火得到的钢带进行镀锌,并进行光整得到所述高硬度滑轨钢。
钢坯在CSP热轧、酸连轧后形成带钢,其中,酸轧的主要目的是在去除钢板表面氧化铁皮的同时,使较厚的热轧板轧制成较薄的冷轧板。其压下率的设定主要是根据轧机能力而定,对于该钢种,采用低压下率工艺,降低镀锌退火时的再结晶温度,降低生产成本。
退火的主要目的是消除酸轧工序产生的加工硬化,使钢板充分再结晶;同时使得带钢表面形成海绵状的铁利于镀锌,烧掉带钢表面的油脂等作用。退火过程中关键的工艺参数是均热段的带钢温度和带钢的保温时间。带钢的温度升高到690~730℃,其温度保持的比较低,但是又达到了再结晶退火的温度,同时保温时间20~40s也是控制在比较短的时间内,既保证了带钢能够完全实现再结晶退火,又适当控制了带钢晶粒的长大,实现细晶强化作用。考虑到低成本高硬度的需求,上述退火的工艺下,合理控制退火温度并适当控制生产线的生产速度,确保在产品退火完全的前提下尽可能的得到稳定的硬度值。光整的主要目的是消除屈服平台和得到光洁的表面质量,高延伸率可以得到大的轧制力,产品表面质量优异并且提高产品的硬度值。
在其中一个实施例中,在15~30s时间内升温到690~730℃,在此温度下保持20~40s的均热的过程可按照如下方式进行:可将带钢在预加热阶段加热到570-630℃,在均热段继续加热到690~730℃,然后此温度下保持20~40s。
预加热段主要通过煤气燃烧的方式将带钢表面加热到570-630℃,它的主要作用有两个:(1)把冷轧带钢表面的残余油脂通过蒸发清除掉;(2)按照工艺条件将带钢快速加热到一定的温度,为均热段提供能量。
均热段的主要作用有两个:(1)把带钢表面的氧化铁皮还原为适合镀锌的活性海绵状纯铁;(2)把经过预加热段加热到570-630℃左右的带钢继续加热,完成带钢的再结晶退火。
在其中一个实施例中,90mpm≤所述退火时的生产速度≤150mpm。
在其中一个实施例中,所述CSP热轧的步骤包括:
控制钢坯的进料温度为1100~1200℃;并且终轧温度为895±20℃,卷取温度为660±20℃。
合理的终轧温度可以保证板坯在Ar3以上温度轧制避免出现铁素体轧制,低的卷取温度可以提高产品的强度和硬度。
在其中一个实施例中,所述光整延伸率控制在1.6%~2.0%。在该光整延伸率下,可消除屈服平台和得到光洁的表面质量,高延伸率可以得到大的轧制力,产品表面质量优异并且提高产品的硬度值。
在其中一个实施例中,所述酸连轧的相对压下率为55%~85%。
在其中一个实施例中,所述钢坯依次高炉铁水冶炼、脱硫站处理、转炉钢水冶炼、LF精炼处理、板坯连铸制得;
其中,出钢C控制在0.020%~0.060%,氩站碳控制在0.020%~0.060%,转炉出钢温度>1600℃。
在其中一个实施例中,冶炼时间控制在40~100min;脱硫时将温度控制在1580-1610℃;LF出站成分控制C在0.040%~0.070%,Si控制在0~0.040%,Mn控制在0.90%~1.20%,P控制在0.020~0.0350%,S控制在0~0.025%,软吹时间不低于6min。
在其中一个实施例中,所述开浇前中包吹氩≥2min;大包开浇后,过热度控制在15℃~35℃;拉速≥3.6m/min,中包成分控制C在0.040%~0.070%,Si控制在0~0.040%,Mn控制在0.90%~1.20%,P控制在0.020~0.0350%,S控制在0~0.025%。
下面以具体实施例为例,进行说明。
(1)工艺:
产品在各工序的代码对应关系如下:
①化学成分(炉号:9354786)
C:0.0505Wt%;Si:0.0365Wt%;Mn:0.949Wt%;P:0.0241Wt%;S:0.0018Wt%;其余为铁和不可避免的微量元素。
成分设计考虑低碳体系,添加锰合金强化,适当控制P元素强化。
冶炼工艺参数
转炉钢水冶炼:出钢C控制在0.0420%,氩站碳控制在0.0350%,转炉出钢温度1628℃;
LF精炼处理:冶炼时间97min;脱硫时温度在1580~1610℃;LF出站成分控制C在0.0480%,Si控制在0.0354%,Mn控制在0.9510%,P控制在0.0237%,S控制在0~0.013%,软吹时间不低于8min。
板坯连铸:开浇前中包吹氩2min;大包开浇后,过热度控制在25℃;拉速3.6~3.8m/min,中包成分控制C在0.0505%,Si控制在0.0365%,Mn控制在0.949%,P控制在0.0241%,S控制在0.0018%。
②CSP热轧工艺参数
钢卷号 |
终轧温度℃ |
卷取温度℃ |
厚度 |
宽度 |
9520067400 |
896 |
661 |
3.3 |
1275 |
9520067500 |
893 |
662 |
3.3 |
1275 |
9520067600 |
896 |
661 |
3.3 |
1275 |
95200676A0 |
896 |
659 |
3.3 |
1275 |
③酸连轧工艺参数
卷号 |
压下率 |
A902993700 |
60.9% |
A902993800 |
60.9% |
A902993900 |
60.9% |
A902994000 |
60.9% |
⑤镀锌退火工艺参数
生产速度 |
预加热阶段带钢板温 |
均热段带钢板温 |
95mpm |
600±30℃ |
690-730℃ |
退火步骤包括:在15~30s时间内升温到690~730℃,在此温度下保持20~40s的均热,之后先以20~30℃/s的速度冷却到600℃左右,然后再以10~15℃/s的速度冷却到460℃左右。
预加热段主要通过煤气燃烧的方式将带钢表面加热到570-630℃,它的主要作用有两个:(1)把冷轧带钢表面的残余油脂通过蒸发清除掉;(2)按照工艺条件将带钢快速加热到一定的温度,为均热段提供能量。
均热段的主要作用有两个:(1)把带钢表面的氧化铁皮还原为适合镀锌的活性海绵状纯铁;(2)把经过预加热段加热到570-630℃左右的带钢继续加热,完成带钢的再结晶退火。
此处最关键的工艺参数是均热段的带钢温度和均热段的保温时间,均热段的温度保持的比较低,但是又达到了再结晶退火的温度,同时均热段的保温时间也是控制在比较短的时间内,既保证了带钢能够完全实现再结晶退火,又适当控制了带钢晶粒的长大,实现细晶强化作用。
⑥光整工艺参数
光整延伸率控制在1.6%-2.0%。
⑦产品实物性能
将上述的高硬度滑轨钢进行性能测试,测试数据如下:
批次 |
厚度 |
宽度 |
屈服强度MPa |
抗拉强度MPa |
伸长率A80% |
HRB硬度 |
B918058810 |
1.3 |
1250 |
387 |
490 |
35 |
74 |
B918058910 |
1.3 |
1250 |
376 |
481 |
34 |
74 |
B918059010 |
1.3 |
1250 |
360 |
458 |
36 |
72 |
B918059110 |
1.3 |
1250 |
367 |
465 |
33 |
73 |
上述的高硬度滑轨钢的屈服强度在360~387MPa的范围内,抗拉强度在458~490MPa的范围内,HRB硬度在72~74的范围内。可见上述的高硬度滑轨钢相比汽车用340MPa级低合金高强钢强度更高。同时具有较高的硬度,硬度控制稳定。此外,未添加成本高的Nb合金,并且退火温度较低,从而降低高硬度滑轨钢的成本。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。