CN112824551A - 一种轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板及制造方法，解决现有轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板屈服强度波动大于±30MPa、屈服强度低的技术问题。本发明提供的一种轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板，其化学成分重量百分比为：C：0.020～0.060％，Si≤0.01％，Mn：0.2～0.4％，P≤0.015％，S≤0.010％，Alt≤0.005％，N：0.002～0.007％，Ti+V+Nb≤0.0030％,Cu+Cr+Ni≤0.020％，O≤0.0020％，余量为铁和不可避免杂质。本发明钢质基板的屈服强度为220‑260MPa,硬度为80‑85HRB。

Description

一种轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板及制造方法
技术领域
本发明涉及一种热轧钢板，特别涉及一种轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板及制造方法，属于铁基合金、钢背铝基复合材料技术领域。
背景技术
钢背铝基轴瓦铝钢复合材料利用钢的强度和铝的耐磨性特点，达到轴瓦支撑和耐磨的使用要求。它涉及一种轴瓦用覆铝钢带及所用钢板带及制备方法。
目前已有的覆铝钢带其制造工艺是：采用钢带和铝带经轧制覆合和退火而得到的铝钢复合板带。
目前，轴瓦铝钢复合材料常采用低碳铝镇静钢或无间隙原子钢作为铝钢复合的钢质基板，在应用过程存在问题钢铝复合层分层和性能波动较大的问题，对钢质基板成分要求Alt≤ 0.005％，屈服强度性能波动小于±30MPa。
申请公布号为CN101525720A的技术方案是采用一种非合金超深冲钢作为钢基板，可以解决钢和铝的界面不会生成铁铝金属间化合物的问题。但不足之处是钢基板屈服强度不满足大于220MPa，屈服强度波动不满足小于±30MPa的要求。
申请公布号为CN102019727A的技术方案是控制各元素线含量：C≤0.01％、Si≤0.01％、 Mn0.20％～0.30％且Alt的≤0.005％；其不足之处是炼钢板坯易产生皮下气泡，造成钢铝复合材料的表面针孔、夹杂、微裂纹等缺陷，严重影响钢铝复合材料的成材率和轴瓦使用。
申请公布号为CN102586674A的技术方案是采用非合金超深冲钢，其元素成分的重量百分比为：C≤0.05％、Si≤0.03％、Mn：0.1％～0.4％、P≤0.03％、S≤0.03％、Al≤0.02％、N≤0.01％，其余为Fe及不可避免的夹杂。其不足之处是钢板的不满足屈服强度大于220MPa，屈服强度波动小于±30MPa的要求。已有的专利技术方案中，存在铝钢复合层夹杂，铝钢复合界面的脆性钢铝金属化合物，铝合金复合层的针孔等缺陷，严重影响铝钢复合材料制造成材率和轴瓦的应用推广等问题。
为此，需改进钢板的基材设计，解决轴瓦用铝钢复合材料的铝合金复合层的针孔缺陷，解决铝钢复合材料冷轧覆合退火过程中在铝钢复合界面产生脆性铝铁金属化合物缺陷，屈服强度波动大于±30MPa的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板及制造方法，解决现有轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板屈服强度波动大于±30MPa、屈服强度低的技术问题。
本发明的技术思路是通过钢种成分设计，在保证轴瓦需要的钢基板的硬度和性能强度要求，可以解决铝复合层的针孔、钢基的微裂纹等缺陷，同时最关键是解决铝钢冷轧覆合退火时在铝钢界面生产脆性铝钢金属化合物造成轴瓦在服役时出铝钢分层问题。
本发明采用的技术方案是，一种轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板，其化学成分重量百分比为：C：0.020～0.060％，Si≤0.01％，Mn：0.2～0.4％，P≤0.015％，S≤0.010％，Alt ≤0.005％，N：0.002～0.007％，Ti+V+Nb≤0.0030％,Cu+Cr+Ni≤0.020％，O≤0.0020％，余量为铁和不可避免杂质。
本发明钢质基板的金相组织为等轴铁素体晶粒；3.0～7.0mm厚钢质基板的屈服强度Rp0.2为220-260MPa,抗拉强度Rm为300-350MPa，断后伸长率A>35％,硬度为80-85HRB。
本发明所述的轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
[碳]：C含量太低，会引起轴瓦钢背强度不足和硬度不足的问题。C是钢的强化效果最显著的元素，也是确保轴瓦钢背硬度参数的关键元素。本发明技术方案选择C含量为0.020～ 0.060％。
[硅]：Si是钢冶炼过程中必须去除的元素。Si含量增加会影响后序铝钢覆合质量，还会造成钢板表面氧化铁皮难去除的问题。本发明技术方案选择Si≤0.01％。
[锰]：Mn是钢种常用强化元素之一，Mn含量太低，易造成连铸漏钢的风险增加，不利于炼钢工序的连铸生产；增加Mn含量必然造成炼钢工序的成本增加。因此，根据用户对钢板强度性能要求，选择Mn含量为0.20～0.40％的最经济范围。
[磷]：P是钢冶炼过程中必然存在的元素，但对钢板的深冲成型性能有一定的影响，而且P元素是一种易于偏析的元素，是越低越好，但随着脱P程度的提高，工艺处理也会增加难度，而且成本会显著提高。因此，本发明技术方案选择P≤0.015％。
[硫]：S是钢冶炼过程中必然存在的元素，本发明技术方案充分利用利炼钢工序可以有效脱S的条件，而又不增加冶炼工艺成本的情况下，尽可能降低S元素含量。本发明技术方案选择S≤0.010％。
[铝]：Al主要用作转炉炼钢脱氧合金化，Al是钢水深脱氧最经济的最常用的脱氧原料。其脱氧产物为Al2O3可与钢渣结合后被去除，而钢中Als含量增加会造成铝钢覆合退火时，不利于Al向钢基体渗透，影响铝钢界面的结合强度。但是，脱氧不完全的钢水会发生C+O＝CO 的化学反应，造成钢水凝固过程中产生铸坯皮下气孔，在后续的轧制变形过程中造成钢基体中残存裂纹，影响轴瓦的钢背强度和使用寿命。因此，控制钢中的Al含量设计是本发明专利的关键点。本发明技术方案选择Alt≤0.005％。既可确钢水脱氧完全，又可保证钢中Als不影响铝钢复合。
[氮]：N是转炉炼钢生产附带产物，钢中含有一定量的N元素，与Al起反应生成[AlN],Al+N＝[AlN]，消耗钢水中脱氧用的Al元素，降低了钢中残存的Als含量,对减少钢铝界面形成脆性金属化合物，有利于提高铝钢退火时的界面结合强度。本发明技术方案选择N含量为0.002～0.007％。
[氧]:O就转炉冶炼的主要原料，在高温状态是强氧化性，可以去除钢水中的P，Si,C等夹杂物，但是在钢水凝固过程中易形成氧化物残留在钢的基体中，对钢的纯净度造成影响，从而影响钢材的使用。因此，必须进行脱氧合金化，控制钢中的[O]元素含量。本发明技术方案O的质量百分比含量[O]≤0.002％。
铌、钒、钛：Nb、Vi、Ti属微合金强化元素，有细化晶粒的作用含量少但对钢种强化效果明显。为了能得到等轴晶粒，控制钢中的微合金化元素非常的重要。本发明技术方案选择Ti+V+Nb≤0.0030％，也是生产中最容易实现的控制范围。
铬、铜、镍：钢中残留Cu、Cr、Ni等元素，不利于铝钢覆合，希望越低越好，本发明技术方案选择Cu+Cr+Ni≤0.020％。
一种轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板的制造方法，该方法包括：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.020～0.060 ％，Si≤0.01％，Mn：0.2～0.4％，P≤0.015％，S≤0.010％，Alt≤0.005％，N：0.002～ 0.007％，Ti+V+Nb≤0.0030％,Cu+Cr+Ni≤0.020％，O≤0.0020％，余量为铁和不可避免杂质。
连铸板坯于1180～1210℃，加热180min～240min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1010～1050℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为850～890℃；精轧后，控制钢板厚度为3.0～7.0mm，层流冷却采用前段冷却，层流冷却速度≥40℃/s，卷取温度为 580～620℃时卷取得热轧钢卷。
本发明采取的热轧工艺制度的理由如下：
1、连铸板坯加热温度和加热时间的设定
连铸板坯出炉温度和时间的设定在于保证连铸坯中粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物颗粒的溶解，本发明技术方案Nb、Ti含量，在连铸板坯冷却过程中会析出Nb、Ti微合金碳、氮化物颗粒，此时析出的Nb、Ti微合金碳、氮化物粒子粗大，没有强化作用；需要在热轧前的板坯加热时，将粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物充分溶解，这样才能将化合态的Nb、Ti元素固溶入奥氏体中去，在随后的热轧和冷却过程的相变时形成相间析出，强化铁素体，这对于本发明技术方案非常重要；温度过低和加热时间过短，连铸板坯中原始粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物粒子不能充分溶解，温度过高，加热时间过长，板坯表面氧化脱碳严重，不利于钢板最终性能和表面质量，同时也消耗能源。本发明以Ti强化为主，Ti的合金碳氮化物溶解温度相对Nb的碳氮化物高，因此本发明设定连铸板坯加热温度为1180～1210℃，加热时间为180～240min。
2、粗轧结束温度设定
粗轧轧制过程控制在奥氏体再结晶温度以上轧制，确保奥氏体经过反复变形和再结晶，得到均匀细小的奥氏体晶粒。通过理论计算，本发明成分设计下再结晶温度为1000℃附近，故本发明设定粗轧结束温度为1010～1050℃。
3、精轧结束温度设定
本发明的精轧温度设定有两方面的作用，一方面通过奥氏体未再结晶区轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒，发挥细晶强化的作用。细晶强化可以保证钢种性能强度，而且有利于钢铝覆合的结合强度。另一方面精轧温度也不能过低，过低的精轧温度带钢边部温度过低风险增加，造成边部在两相区轧制形成纤维状组织。故精轧结束温度设定为850～890℃。
4、精轧后层流冷却方式和冷却速度的设定
本发明的热轧钢板，在精轧后的冷却目的是采用快的层流冷却速度来抑制晶粒的长大和碳氮化物在高温段的析出，因此冷却方式为前段冷却。冷却速度≥40℃/S。
5、热轧卷取温度的设定
热轧卷取温度主要影响材料的组织、性能。冷却后卷取温度控制范围是580～620℃。若是卷取温度低于580℃，将会导致碳氮化物析出受到抑制而强度不足；若是卷取温度高于620 ℃，将会导致碳氮化物析出物粗化而导致钢铝结合强度不足或分层问题。
本发明方法生产的热轧钢板，其金相组织为等轴铁素体晶粒；热轧钢板的屈服强度Rp0.2为220-260MPa,抗拉强度Rm为300-350MPa，断后伸长率A>35％,硬度为80-85HRB。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、通过成分元素的作用匹配性设计，确保铝钢复合轴瓦钢背的硬度与强度要求，而且解决钢铝复合界面形成脆性金属化合物造成轴瓦铝钢覆合分层的问题。2、充分利用了钢中残存的N元素的作用，Al+N＝[AlN]，消耗钢水中脱氧用的Al元素，降低了钢中残存的Als含量,对减少铝钢界面形成脆性金属化合物，提高铝钢退火时的界面结合强度有利。3、采用分步控铝冶炼工艺，解决了制造过程中铸坯皮下气孔缺陷问题。而且本发明具有炼钢合金元素加入量少、成本经济合理、生产制造容易实现。4、所述热轧钢板热轧时连铸板坯加热温度控制范围是1180～1210℃，精轧入口温度控制范围是 1010～1050℃，精轧结束温度控制范围是850～890℃，冷却后卷取温度控制范围是580～620 ℃。容易得到大小均匀的等轴铁素体晶粒显微组织。5、所述热轧钢板的强度性能波动范围小， 3.0～7.0mm厚热轧钢板的屈服强度Rp0.2为220-260MPa,抗拉强度Rm为300-350MPa，断后伸长率A>35％,硬度为80-85HRB。显微组织为大小均匀的等轴铁素体晶粒。有利于铝钢覆合轧制后铝与钢的结合，同时保证钢基板的硬度波动在轴瓦要求的范围以内。
附图说明
图1为本发明实施例1热轧钢板的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例1～3对本发明做进一步说明，如表1～表3所示。
表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。
Figure BDA0002281899420000051
通过转炉熔炼得到符合化学成分要求的钢水，钢水经LF钢包精炼炉精炼工序吹Ar处理， RH炉进行真空循环脱气处理和成分微调，后进行板坯连铸得到连铸板坯；连铸板坯厚度为 210～230mm，宽度为900～1600mm，长度为8500～11000mm。
炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除鳞后送至热连轧机组轧制。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采取前段冷却，产出合格热轧钢卷；热轧钢板的厚度为3.0～7.0mm。热轧工艺控制参数见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
Figure BDA0002281899420000052
利用上述方法得到的热轧钢板，参见图1，热轧钢板的金相组织为等轴铁素体晶粒，3.0～ 7.0mm厚热轧钢板的屈服强度Rp0.2为220-260MPa,抗拉强度Rm为300-350MPa，断后伸长率 A>35％,硬度为80-85HRB。
将本发明得到的热轧钢板按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，其力学性能见表3。
表3本发明实施例热轧钢板的力学性能
Figure BDA0002281899420000061
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板，其化学成分重量百分比为：C：0.020～0.060％，Si≤0.01％，Mn：0.2～0.4％，P≤0.015％，S≤0.010％，Alt≤0.005％，N：0.002～0.007％，Ti+V+Nb≤0.0030％,Cu+Cr+Ni≤0.020％，O≤0.0020％，余量为铁和不可避免杂质；钢质基板的金相组织为等轴铁素体晶粒；3.0～7.0mm厚钢质基板的屈服强度Rp0.2为220-260MPa,抗拉强度Rm为300-350MPa，断后伸长率A>35％,硬度为80-85HRB。
2.一种轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板的制造方法，该方法包括：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.020～0.060％，Si≤0.01％，Mn：0.2～0.4％，P≤0.015％，S≤0.010％，Alt≤0.005％，N：0.002～0.007％，Ti+V+Nb≤0.0030％,Cu+Cr+Ni≤0.020％，O≤0.0020％，余量为铁和不可避免杂质；
连铸板坯于1180～1210℃，加热180min～240min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1010～1050℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为850～890℃；精轧后，层流冷却采用前段冷却，层流冷却速度≥40℃/s，卷取温度为580～620℃时卷取得热轧钢卷。
3.如权利要求2所述的轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板的制造方法，其特征是，精轧后，控制钢板厚度为3.0～7.0mm。
4.如权利要求2所述的轴瓦用钢背铝基复合板的钢质基板的制造方法，其特征是，钢质基板的金相组织为等轴铁素体晶粒；3.0～7.0mm厚钢质基板的屈服强度Rp0.2为220-260MPa,抗拉强度Rm为300-350MPa，断后伸长率A>35％,硬度为80-85HRB。
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