CN114480962B - 一种620MPa级煤矿液压支架用钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种620MPa级煤矿液压支架用钢，该钢按以下重量百分比配比：C：0.05~0.09%，Si：0.12~0.60%，Mn：1.50~1.85%，P≤0.020%，S≤0.010%，Cr：0.25~0.50%，Nb：0.015%~0.060%，Alt：0.010%~0.060%，Ti：0.008%~0.035%，B≤0.005%，N≤0.0070%，O≤0.0030%，H≤0.0002%，Mo≤0.08%，Ni≤0.15%，Cu≤0.15%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明钢的组成成分中不添加贵重金属Mo、Ni、Cu，充分发挥C、Mn、Cr、B元素的作用。本发明同时提供了该钢的制造方法，采用控制轧制和三阶段控制冷却工艺，获得屈服强度≥620MPa，抗拉强度700‑890MPa，伸长率A≥15%，‑20℃纵向冲击功≥100J煤矿液压支架用钢，制造工艺简单，成本低。

Description

一种620MPa级煤矿液压支架用钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体是一种620MPa级煤矿液压支架用钢及其制造方法。
背景技术
液压支架是煤矿综采中的关键设备之一，屈服强度620MPa级的高强度钢在煤矿液压支架行业得到大力应用。
中国发明专利申请号201210559344.7公开了一种620MPa级核一级设备用钢及其制造方法，该发明不足之处在于钢中含有较高的Mo、Cr、Ni等贵重合金元素，其制备工艺需要调质处理：淬火温度890℃±10℃，保温2-3min/mm；回火温度640℃±10℃，保温2-4min/mm，生产成本高，生产周期长。
中国发明专利申请号201510188306.9公开了一种屈服620MPa级水电工程用热轧钢板及其生产方法，该发明不足之处在于钢中含有较高的Ni、Cr、V、Nb等贵重合金元素，生产成本高。
中国发明专利申请号200810038047.1公开了屈服强度620MPa级低裂纹敏感性钢板及其制造方法，该钢种包含的成分及其基本成分重量百分比为：C：0.01％～0.05％，Si：0.10％～0.45％，Mn：0.60％～1.20％，Cr：0.30％～0.50％，Mo：0.10％～0.30％，Nb：0.01％～0.04％，Al：0.02％～0.04％，Cu：0.60％～1.20％，Ni：0.60％～1.20％，B：0.0005％～0.0010％，Ti：0.005％～0.015％；以及余量的Fe和杂质，Pcm≤0.20％，采用控制热机械轧制和冷却技术，获得了以细化的贝氏体为主的基体组织，从而有利于钢板强度、塑性和韧性的提高，钢板屈服强度大于620MPa、抗拉强度＞700MPa、-20℃冲击功AKv≥180J，焊接性能良好。该发明钢种虽然制备工艺简单，无需热处理，生产周期短，但其含有较多的Mo、Ni、Cu贵重元素。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种620MPa级煤矿液压支架用钢及其制备方法，目的是采用简化的成分设计和工艺。本发明提供的620MPa级煤矿液压支架用钢成分设计中不添加贵重金属Mo、Ni、Cu，充分发挥C、Mn、Cr、B元素的作用，采用控制轧制和三阶段控制冷却工艺，获得620MPa级煤矿液压支架用钢。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种620MPa级煤矿液压支架用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.05～0.09％，Si：0.12～0.60％，Mn：1.50～1.85％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr：0.25～0.50％，Nb：0.015％～0.060％，Alt：0.010％～0.060％，Ti：0.008％～0.035％，B≤0.005％，N≤0.0070％，O≤0.0030％，H≤0.0002％，Mo≤0.08％，Ni≤0.15％，Cu≤0.15％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种620MPa级煤矿液压支架用钢的制造方法，包括铁水预处理、顶底复吹转炉、LF精炼、VD真空精炼、板坯连铸、炉卷轧机轧制和三阶段控制冷却；其中，
所述铁水预处理：铁水含S≥0.040％，采用铁水预处理工序进行脱硫，控制S含量≤0.010％；
所述顶底复吹转炉吹氧吹炼14～16min，出钢保证钢水P≤0.015％，S≤0.020％，O≤0.06％；
LF精炼的过程中全过程控铝，同时在LF炉后期配合氩气弱搅拌5min，保证钢水上VD炉温度均匀，消除钢水内部的温度梯度；VD脱气的工序中真空度≤0.67mbar，最高真空度冶炼保持时间不少于10min。
所述LF精炼和VD真空精炼处理，钢水温度和成分满足连铸和目标成分要求，其中气体：N≤0.0060％，O≤0.0030％，H≤0.0002％。
所述板坯连铸采取全程保护浇注、拉速波动在±0.05m/min，洁净器钢液面波动在±3mm，钢水过热度控制在10～25℃。
进一步，所述炉卷轧机轧制包括以下步骤：
①板坯再加热温度：1200～1250℃，并控制加热速率在6～8℃/s，并在1150～1250℃温度下保温不低于30min；
②再结晶区轧制温度区间：980～1150℃，再结晶区轧制道次压下率≥15％，再结晶区轧制总压下率≥35％；
③未再结晶区轧制温度区间：精轧开轧温度为800～960℃，未再结晶区轧制总压下率≥60％，终轧温度区间：740～850℃；
④轧制后采用三阶段控制冷却，第一阶段采用空冷，空冷开始温度740～850℃，空冷结束温度700～780℃；第二阶段开始冷却开始温度为700～780℃，返红温度为350～430℃，上下水比1:1.25～1.30，冷却速率15～30℃/s；第三阶段空冷至室温。
进一步，该制造方法生产的钢板的屈服强度≥620MPa，抗拉强度700-890MPa，伸长率A≥15％，-20℃纵向冲击功≥100J，金相组织为低碳贝氏体型。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明钢的组成成分中不添加贵重金属Mo、Ni、Cu，充分发挥C、Mn、Cr、B元素的作用，采用控制轧制和三阶段控制冷却工艺，获得620MPa级煤矿液压支架用钢，制造工艺简单，成本低。
2、本发明制造方法生产的钢板的屈服强度≥620MPa，抗拉强度700-890MPa，伸长率A≥15％，-20℃纵向冲击功≥100J。
附图说明
图1为本发明实施例1制造的钢板金相组织图；
图2为本发明实施例2制造的钢板金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案及效果做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
以下用本公司炉卷轧机生产线通过成分中不添加贵重金属Mo、Ni、Cu，充分发挥C、Mn、Cr、B元素的作用，采用控制轧制和三阶段控制冷却工艺，获得20mm厚度的620MPa级煤矿液压支架用钢为例，对本发明作进一步的说明。
本实施例中非调质钢成分按重量百分比配比，包括以下组成成分：C：0.07％，Si：0.20％，Mn：1.68％，P：0.008％，S：0.002％，Nb：0.035％，Cr：0.29％，Alt：0.034％，B：0.0016％，Ti：0.015％，N：0.0048％，余量为Fe和不可避免杂质。
本实施例的生产工艺路线包括铁水预处理、顶底复吹转炉、LF精炼、VD脱气精炼、宽板坯连铸、炉卷轧机控制轧制、三阶段控制冷却。其中，铁水预处理：铁水含S≥0.040％，采用铁水预处理工序进行脱硫，控制S含量≤0.010％；顶底复吹转炉吹氧吹炼14～16min，出钢保证钢水P≤0.015％，S≤0.020％，O≤0.06％；LF精炼的过程中全过程控铝，同时在LF炉后期配合氩气弱搅拌5min，保证钢水上VD炉温度均匀，消除钢水内部的温度梯度。VD脱气的工序中真空度≤0.67mbar，最高真空度冶炼保持时间不少于10min。LF精炼和VD真空精炼处理，钢水温度和成分满足连铸和目标成分要求，其中气体：N≤0.0060％，O≤0.0030％，H≤0.0002％；连铸采取全程保护浇注、拉速波动在±0.05m/min，洁净器钢液面波动在±3mm，钢水过热度控制在10～25℃。
炉卷轧机轧制工艺制度参见表1。具体为：板坯再加热温度为1240℃，在炉时间145min，均热时间30min，再结晶区与未再结晶区轧制道次与累计压下率见表2，再结晶区开轧温度为1090℃，再结晶区终轧温度为1034℃，再结晶区轧制道次压下率≥15％，再结晶区轧制总压下率为50％；未再结晶区开轧温度为916℃，未再结晶区终轧温度为796℃，未再结晶区轧制总压下率为74％；轧制后采用三阶段控制冷却，第一阶段采用空冷，空冷开始温度796～765℃，空冷结束温度766～735℃；第二阶段开始冷却开始温度为766～735℃，返红温度为350～430℃，上下水比1:1.25～1.30，冷却速率25℃/s；终冷温度范围380-450℃。
表1实施例1的炉卷轧机轧制工艺制度
Figure BDA0003430658360000041
表2实施例1的炉卷轧机轧制道次表
Figure BDA0003430658360000042
按照本实施例的步骤生产的钢板，其性能指标见表3。
表3实施例1制造的钢板的性能指标
Figure BDA0003430658360000043
由表3可以看出，本实施例通过调控淬透性元素C、Mn、Cr、B配比，用控制轧制和三阶段控制冷却工艺，生产出来的20mm不含Mo、Ni、Cu重金属元素的低成本620MPa煤矿液压支架用钢能满足产品强度、韧性、塑性等要求，且有一定的富余量。
其中Mn：1.68％，B：0.0016％，Cr：0.029％，Ti：0.015％，Alt：0.028％，N：0.0045％，这样的调控淬透性元素C、Mn、Cr、B配比，钢的淬透性能很强，用控制轧制和三阶段控制冷却工艺，全程细晶化控制，获得低碳贝氏体，如图1所示，实现了从而得到了良好的冲击韧性，低温-20℃冲击功可达到100J以上，这就是本发明的核心技术之一。
实施例2
以下用本公司炉卷轧机生产线通过成分中不添加贵重金属Mo、Ni、Cu，充分发挥C、Mn、Cr、B元素的作用，采用控制轧制和三阶段控制冷却工艺，获得30mm厚度的620MPa级煤矿液压支架用钢为例，对本发明作进一步的说明。
本实施例中非调质钢成分按重量百分比配比，包括以下组成成分：C：0.06％，Si：0.20％，Mn：1.66％，P：0.010％，S：0.001％，Nb：0.037％，Cr：0.29％，Alt：0.035％，B：0.0017％，Ti：0.017％，N：0.0042％，余量为Fe和不可避免杂质。
本实施例的生产工艺路线包括铁水预处理、顶底复吹转炉、LF精炼、VD脱气精炼、宽板坯连铸、炉卷轧机控制轧制、三阶段控制冷却。其中，铁水预处理：铁水含S≥0.040％，采用铁水预处理工序进行脱硫，控制S含量≤0.010％；顶底复吹转炉吹氧吹炼14～16min，出钢保证钢水P≤0.015％，S≤0.020％，O≤0.06％；LF精炼的过程中全过程控铝，同时在LF炉后期配合氩气弱搅拌5min，保证钢水上VD炉温度均匀，消除钢水内部的温度梯度。VD脱气的工序中真空度≤0.67mbar，最高真空度冶炼保持时间不少于10min。LF精炼和VD真空精炼处理，钢水温度和成分满足连铸和目标成分要求，其中气体：N≤0.0060％，O≤0.0030％，H≤0.0002％；连铸采取全程保护浇注、拉速波动在±0.05m/min，洁净器钢液面波动在±3mm，钢水过热度控制在10～25℃；
其中，炉卷轧机轧制工艺制度见表4。具体为：板坯再加热温度为1240℃，在炉时间145min，均热时间30min，再结晶区与未再结晶区轧制道次与累计压下率见表5，再结晶区开轧温度为1100℃，再结晶区终轧温度为1046℃，再结晶区轧制道次压下率≥15％(至少有一道次达到)，再结晶区轧制总压下率为37％；未再结晶区开轧温度为878℃，未再结晶区终轧温度为795℃，未再结晶区轧制总压下率为66.8％；轧制后采用三阶段控制冷却，第一阶段采用空冷，空冷开始温度795～765℃，空冷结束温度765～730℃；第二阶段开始冷却开始温度为765～730℃，返红温度为370～430℃，上下水比1:1.25～1.30，冷却速率28℃/s；终冷温度范围380-450℃。
表4实施例2的炉卷轧机轧制工艺制度
Figure BDA0003430658360000051
表5实施例2的炉卷轧机轧制道次表
Figure BDA0003430658360000052
Figure BDA0003430658360000061
按照本实施例的步骤生产的钢板，其性能指标见表6。
表6实施例2制造的钢板的性能指标
Figure BDA0003430658360000062
由表6可以看出，本实施例通过调控淬透性元素C、Mn、Cr、B配比，用控制轧制和三阶段控制冷却工艺，生产出来的30mm不含Mo、Ni、Cu重金属元素的低成本620MPa煤矿液压支架用钢能满足产品强度、韧性、塑性等要求，且有一定的富余量。
其中Mn：1.66％，B：0.0017％，Cr：0.029％，Ti：0.017％，Alt：0.035％，N：0.0042％，这样的调控淬透性元素C、Mn、Cr、B配比，钢的淬透性能很强，用控制轧制和三阶段控制冷却工艺，全程细晶化控制，获得低碳贝氏体，如图2所示，实现了从而得到了良好的冲击韧性，低温-20℃冲击功可达到100J以上，这就是本发明的核心技术之一。
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 (1)

1.一种620MPa级煤矿液压支架用钢，其特征在于，所述煤矿液压支架用钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.06%，Si：0.20%，Mn：1.66%，P：0.010%，S：0.001%，Nb：0.037%，Cr：0.29%，Alt：0.035%，B：0.0017%，Ti：0.017%，N：0.0042%，余量为Fe和不可避免杂质；
所述620MPa级煤矿液压支架用钢的制造方法，包括铁水预处理、顶底复吹转炉、LF精炼、VD真空精炼、板坯连铸、炉卷轧机轧制和三阶段控制冷却；其中，
所述铁水预处理：铁水含S≥0.040%，采用铁水预处理工序进行脱硫，控制S含量≤0.010%；
所述顶底复吹转炉吹氧吹炼14~16min，出钢保证钢水P≤0.015%，S≤0.020%，O≤0.06%；
LF精炼的过程中全过程控铝，同时在LF炉后期配合氩气弱搅拌5min，保证钢水上VD炉温度均匀，消除钢水内部的温度梯度；VD脱气的工序中真空度≤0.67mbar，最高真空度冶炼保持时间不少于10min；
所述LF精炼和VD真空精炼处理，钢水温度和成分满足连铸和目标成分要求，其中气体：N≤0.0060%，O≤0.0030%，H≤0.0002%；
所述板坯连铸采取全程保护浇注、拉速波动在±0.05m/min，洁净器钢液面波动在±3mm，钢水过热度控制在10~25℃；
所述炉卷轧机轧制包括以下步骤：
①板坯再加热温度：1240℃，并控制加热速率在6~8℃/s，并在1150~1250℃温度下保温不低于30min；
②再结晶区开轧温度为1100℃，再结晶区终轧温度为1046℃，再结晶区轧制道次压下率≥15%，再结晶区轧制总压下率为37%；
③未再结晶区开轧温度为878℃，未再结晶区终轧温度为795℃，未再结晶区轧制总压下率为66.8%；
④轧制后采用三阶段控制冷却，第一阶段采用空冷，空冷开始温度795~765℃，空冷结束温度765~730℃；第二阶段开始冷却开始温度为765~730℃，返红温度为370~430℃，上下水比1:1.25~1.30，冷却速率28℃/s；终冷温度为390℃；
该制造方法生产的钢板的屈服强度654MPa，抗拉强度758MPa，延伸率A为19%，-20℃纵向冲击功267J，金相组织为低碳贝氏体型。
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