CN114645190A - 一种astm4130钢及其生产方法 - Google Patents

一种astm4130钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种ASTM4130钢及其生产方法，其中公开的ASTM4130钢的化学成分按质量百分比包括：C：0.28‑0.33％，Si：0.17‑0.30％，Mn：0.45‑0.60％，Cr：0.85‑1.05％，Al：<0.01％，O≤0.0015％，P≤0.020％，S≤0.012％，其余为Fe和不可避免的杂质。公开的生产方法中在LF炉外精炼过程中采用低碱度精炼渣系及无铝脱氧工艺，精炼渣的碱度不超过3.0，最终生产获得一种抗拉强度≥760MPa，延伸率A≥17.5％的ASTM4130钢，可用于后续作为冷拔材使用。

Description

一种ASTM4130钢及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金工业生产的金属材料及炼钢技术领域，具体涉及一种ASTM4130钢及其生产方法，尤其涉及一种采用无铝脱氧技术及低碱度精炼渣系生产ASTM4130钢的方法及生产获得的无铝(基本上不含铝，Al<0.01％)ASTM4130钢。
背景技术
ASTM4130钢是一种良好的冷拔材原料，以其优良的机械性能而被广泛应用。例如专利文献CN107419192A公开一种30CrMo钢带及其生产方法，其钢材设计中钢板化学组分及质量百分比为：所述钢带化学成分及质量百分含量为:C:0.26-0.34％，Si:0.17-0.30％，Mn:0.45-0.70％，P≤0.025％，S≤0.025％，Als≥0.010％，Cr:0.80-1.10％，Mo:0.15-0.25％，Ni≤0.30％，Cu≤0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质。该专利文献获得一种具有良好板型的钢带，但是由于该钢带中含有Al元素(Als≥0.010％)，不利于后续作为冷拔材使用。专利文献CN102345071A公开一种合金用结构钢30CrMo加B钢板及其生产方法，其成分设计中采用C:0.28-0.33％，Si:0.20-0.35％，Mn:0.60-0.80％，P≤0.018％，S≤0.005％，Cr:0.90-1.10％，Mo：0.15-0.25％，Als:0.20-0.40％，B:0.0008-0.0015％，其它为Fe和残留元素。该专利文献在热处理后可以获得一种高强度30CrMo加B钢，该专利钢板的伸长率控制在14％-17％，伸长率尚可，但该专利中硅含量偏高，不利于后续的冷加工及其安全性；且该专利文献的成分设计中Al元素含量较高，不利于后续作为冷拔材使用，且热处理后钢板的强度偏高，也不利于后续作为冷拔材使用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明提供一种ASTM4130钢，其化学成分按质量百分比包括：C：0.28-0.33％，Si：0.17-0.30％，Mn：0.45-0.60％，Cr：0.85-1.05％，Al：<0.01％，O≤0.0015％，P≤0.020％，S≤0.012％，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述ASTM4130钢的生产方法包括以下工艺流程：铁水预处理—转炉顶底复吹冶炼—LF炉外精炼—RH真空处理—板坯连铸—铸坯加热—轧制—层流冷却—卷取—保温罩缓冷，其中，所述LF炉外精炼过程中采用低碱度精炼渣系及无铝脱氧工艺，钢中[O]≤0.0030％；
所述精炼渣的碱度不超过3.0。
上述精炼渣的碱度为1.3-2.6。
上述精炼渣的碱度为1.3-2.4。
上述ASTM4130钢的热轧态钢的抗拉强度≥760MPa，延伸率A≥17.5％。
上述ASTM4130钢的热轧态钢的抗拉强度≥800MPa，延伸率A≥20.0％。
上述的ASTM4130钢的生产方法中，所述铁水预处理后铁水中S≤0.07％，铁水温度>1322℃；转炉出钢温度≥1640℃；所述LF炉外精炼成分控制为：C：0.20-0.28％，Si：0.10-0.20％，Mn：0.30-0.40％，Cr：0.75-0.85％，Al：<0.01％，O≤0.0025％，P≤0.020％，S≤0.012％；所述RH真空处理结束后，调整氩气流量使钢水处于软吹状态，保证软吹时间大于9min，真空度要求≤3.2mbar，持续真空时间≥12min；所述板坯连铸过程中，铸机断面为1250×230mm，采用恒拉速控制，拉速范围1.0～1.4m/min；所述铸坯加热过程中，铸坯在加热炉内的均热时间为20-70min，出炉温度为：1210-1300℃；所述轧制过程中，带钢终轧温度为850-920℃；所述层流冷却过程中，带钢冷却速度为5-9℃/S；所述卷取的温度为600-720℃；所述保温罩缓冷过程中，保温罩保温时间为：1-6天。
本发明基于以上技术方案提供的ASTM4130钢的生产方法(尤其是在炼钢工艺采无铝脱氧技术及低碱度精炼渣系)以及合理的成分设计，获得一种热轧态钢的抗拉强度≥760MPa，延伸率A≥17.5％的ASTM4130钢，该钢硅含量较低且延伸率较高同时降低了脱氧成本，此外，无铝脱氧工艺限制了钢中不可变形Al2O3夹杂物的含量，使夹杂物在拉拔过程中易于变形。因此具有良好的冷拔性能且提高了产品的安全性，非常有利于后续作为冷拔材使用。
具体实施方式
本发明旨在提供一种具有良好冷拔性能和机械性能的ASTM4130钢，可以作为优良的冷拔材后续使用，并提供了该ASTM4130钢的生产方法。
具体地，本发明提供的ASTM4130钢的化学按质量百分比计为：C：0.28-0.33％，Si：0.17-0.30％，Mn：0.45-0.60％，Cr：0.85-1.05％，Al<0.01％，O≤0.0015％，P≤0.020％，S≤0.012％，其余为Fe和不可避免的杂质。其中各成分含量的设计要求如下：
C：碳是钢中的基本元素之一。碳含量较低，有利于提高产品的塑性。但碳含量过低，不利于强度的提高及后期的热处理。因此，选择碳含量为0.28-0.33％。
Si：硅是钢的主要元素，硅含量必须达到一定程度才能保证钢的屈服强度，因此将钢中的硅含量控制在：0.17-0.30％。
Mn：锰是固溶强化元素，锰可以提高奥氏体的稳定性，且能提高钢的强度及塑性。锰硫比低，给钢的连铸生产带来质量隐患。因此，锰含量可控制在0.45％-0.60％。
Al：铝虽然对钢有一定益处，但为了使生产的钢材利于后续作为冷拔材使用，在发明提供的ASTM4130钢中使铝元素控制在<0.01％，优选不含有铝元素。
P：钢中磷为有害元素，越低越好，但考虑到钢中磷含量过低，制造成本增加，因此要求P≤0.020％。
S：钢中硫为有害元素，越低越好，但考虑到钢中硫含量过低，制造成本增加，因此要求S≤0.012％。
O：钢中氧为有害元素，增加夹杂物数量，因此越低越好，但考虑到钢中氧含量过低，制造成本增加，因此要求O≤0.0025％。
本发明还提供了上述ASTM4130钢的生产方法，其包括以下工艺流程：铁水预处理—转炉顶底复吹冶炼—LF炉外精炼—RH真空处理—板坯连铸—铸坯加热—轧制—层流冷却—卷取—保温罩缓冷，其中所述LF炉炉外精炼过程中采用低碱度精炼渣系及无铝脱氧工艺，钢中[O]≤0.0030％。这样抑制了钢中Al2O3夹杂物的生成且使夹杂物的总量降低同时降低了生产成本。
上述方法中，所述铁水预处理后铁水中S≤0.07％，铁水温度>1322℃；转炉出钢温度≥1640℃；所述LF炉外精炼成分控制为：C：0.20-0.28％，Si：0.10-0.20％，Mn：0.30-0.40％，Cr：0.75-0.85％，Al<0.01％，O≤0.0025％，P≤0.020％，S≤0.012％，精炼渣的碱度不超过3.0，可选为1.3-2.6，进一步可选为1.3-2.4；所述RH真空处理结束后，调整氩气流量使钢水处于软吹状态，保证软吹时间大于9min，真空度要求≤3.2mbar，持续真空时间≥12min；所述板坯连铸过程中，铸机断面为1250×230mm，采用恒拉速控制，拉速范围1.0～1.4m/min；所述铸坯加热过程中，铸坯在加热炉内的均热时间为20-70min，出炉温度为：1210-1300℃；所述轧制过程中，带钢终轧温度为850-920℃；所述层流冷却过程中，带钢冷却速度为5-9℃/S；所述卷取的温度为600-720℃；所述保温罩缓冷过程中，保温罩保温时间为：1-6天。
以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的内容有任何限制。
实施例1
钢板的化学成分重量百分比见下表1，轧制厚度为3mm的成品。
其生产工艺流程为：铁水预处理—转炉顶底复吹冶炼—LF炉外精炼—RH真空处理—板坯连铸—板坯直装加热(铸坯加热)—轧制—层流冷却—卷取—保温罩缓冷；
每个工序的具体工艺参数控制如下：
铁水预处理后S为0.06％，铁水温度1338℃；转炉出钢温度1665℃；
LF炉外精炼成分控制为：C：0.26％，Si：0.16％，Mn：0.36％，Cr：0.79％，Al<0.005％，O：0.0015％，P：0.013％，S：0.008％，精炼渣的碱度为2.4，采用无铝脱氧工艺；
RH真空处理结束后，调整氩气流量使钢水处于软吹状态，保证软吹时间10min，真空度2.9mbar，持续真空时间15min；
铸机断面为1250×230mm，采用恒拉速控制，拉速范围1.3m/min；
铸坯在加热炉内的均热时间为41min，出炉温度为：1258℃；
带钢终轧温度为876℃；
带钢冷却速度为4℃/S；
带钢卷取温度为680℃；
保温罩保温时间为：4天。
该实施例1获得的钢板的力学性能和拉拔性能(主要是伸长率)如下表2所示。
实施例2
钢板的化学成分重量百分比见下表1，轧制厚度为3.5mm的成品。
生产工艺流程为：铁水预处理—转炉顶底复吹冶炼—LF炉外精炼—RH真空处理—板坯连铸—板坯直装加热—轧制—层流冷却—卷取—保温罩缓冷。
每个工序的具体工艺参数控制如下：
铁水预处理后S：0.04％，铁水温度1343℃；转炉出钢温度1667℃；
LF炉外精炼成分控制为：C：0.27％，Si：0.14％，Mn：0.37％，Cr：0.79％，Al<0.005％，O：0.0019％，P：0.011％，S:0.005％，精炼渣的碱度为2.6，采用无铝脱氧工艺；
RH真空处理结束后，调整氩气流量使钢水处于软吹状态，保证软吹时间13min，真空度为2.8mbar，持续真空时间14min；
铸机断面为1250×230mm，采用恒拉速控制，拉速范围1.3m/min；
铸坯在加热炉内的均热时间为52min，出炉温度为：1272℃；
带钢终轧温度为881℃；
带钢冷却速度为7℃/S；
带钢卷取温度为660℃；
保温罩保温时间为：3天。
该实施例2获得的钢板的力学性能和拉拔性能(主要是延伸率)如下表2所示。
实施例3
钢板的化学成分重量百分比见下表1，轧制厚度为3.5mm的成品。
生产工艺流程为：铁水预处理—转炉顶底复吹冶炼—LF炉外精炼—RH真空处理—板坯连铸—板坯直装加热—轧制—层流冷却—卷取—保温罩缓冷。
每个工序的具体工艺参数控制如下：
铁水预处理后S：0.05％，铁水温度1340℃；转炉出钢温度1660℃；
LF炉外精炼成分控制为：C：0.26％，Si：0.15％，Mn：0.38％，Cr：0.75％，Al<0.005％，O：0.0019％，P：0.014％，S:0.005％，精炼渣的碱度为1.7，采用无铝脱氧工艺；
RH真空处理结束后，调整氩气流量使钢水处于软吹状态，保证软吹时间13min，真空度为2.8mbar，持续真空时间14min；
铸机断面为1250×230mm，采用恒拉速控制，拉速范围1.2m/min；
铸坯在加热炉内的均热时间为50min，出炉温度为：1280℃；
带钢终轧温度为890℃；
带钢冷却速度为9℃/S；
带钢卷取温度为660℃；
保温罩保温时间为：2天。
该实施例3获得的钢板的力学性能和拉拔性能(主要是伸长率)如下表2所示。
实施例4
钢板的化学成分重量百分比见下表1，轧制厚度为3.0mm的成品。
生产工艺流程为：铁水预处理—转炉顶底复吹冶炼—LF炉外精炼—RH真空处理—板坯连铸—板坯直装加热—轧制—层流冷却—卷取—保温罩缓冷。
每个工序的具体工艺参数控制如下：
铁水预处理后S：0.05％，铁水温度1340℃；转炉出钢温度1660℃；
LF炉外精炼成分控制为：C：0.27％，Si：0.16％，Mn：0.37％，Cr：0.77％，Al<0.005％，O：0.0019％，P：0.014％，S:0.005％，精炼渣的碱度为1.3，采用无铝脱氧工艺；
RH真空处理结束后，调整氩气流量使钢水处于软吹状态，保证软吹时间13min，真空度为2.8mbar，持续真空时间14min；
铸机断面为1250×230mm，采用恒拉速控制，拉速范围1.2m/min；
铸坯在加热炉内的均热时间为50min，出炉温度为：1280℃；
带钢终轧温度为900℃；
带钢冷却速度为9℃/S；
带钢卷取温度为630℃；
保温罩保温时间为：2天。
该实施例4获得的钢板的力学性能和拉拔性能(主要是伸长率)如下表2所示。
对比例1
钢板的化学成分重量百分比见下表1，轧制厚度为3mm的成品。
其生产工艺流程为：铁水预处理—转炉顶底复吹冶炼—LF炉外精炼—RH真空处理—板坯连铸—板坯直装加热(铸坯加热)—轧制—层流冷却—卷取—保温罩缓冷；
每个工序的具体工艺参数控制如下：
铁水预处理后S为0.05％，铁水温度1340℃；转炉出钢温度1670℃；
LF炉外精炼成分控制为：C：0.27％，Si：0.17％，Mn：0.38％，Cr：0.79％，Al<0.005％，O：0.0018％，P：0.014％，S：0.008％，精炼渣的碱度为2.3，该工艺为铝脱氧工艺；
RH真空处理结束后，调整氩气流量使钢水处于软吹状态，保证软吹时间10min，真空度2.9mbar，持续真空时间15min；
铸机断面为1250×230mm，采用恒拉速控制，拉速范围1.3m/min；
铸坯在加热炉内的均热时间为41min，出炉温度为：1260℃；
带钢终轧温度为875℃；
带钢冷却速度为4℃/S；
带钢卷取温度为680℃；
保温罩保温时间为：4天。
该对比例1获得的钢板的力学性能和拉拔性能(主要是延伸率)如下表2所示。
对比例2
钢板的化学成分重量百分比见下表1，轧制厚度为3.5mm的成品。
生产工艺流程为：铁水预处理—转炉顶底复吹冶炼—LF炉外精炼—RH真空处理—板坯连铸—板坯直装加热—轧制—层流冷却—卷取—保温罩缓冷。
每个工序的具体工艺参数控制如下：
铁水预处理后S：0.06％，铁水温度1345℃；转炉出钢温度1665℃；
LF炉外精炼成分控制为：C：0.27％，Si：0.17％，Mn：0.39％，Cr：0.78％，Al<0.005％，O：0.0018％，P：0.014％，S:0.005％，精炼渣的碱度为3.9，采用铝脱氧工艺；
RH真空处理结束后，调整氩气流量使钢水处于软吹状态，保证软吹时间13min，真空度为2.8mbar，持续真空时间14min；
铸机断面为1250×230mm，采用恒拉速控制，拉速范围1.2m/min；
铸坯在加热炉内的均热时间为50min，出炉温度为：1285℃；
带钢终轧温度为890℃；
带钢冷却速度为9℃/S；
带钢卷取温度为660℃；
保温罩保温时间为：2天。
该对比例2获得的钢板的力学性能和拉拔性能(主要是延伸率)如下表2所示。
对比例3
钢板的化学成分重量百分比见下表1，轧制厚度为3.0mm的成品。
生产工艺流程为：铁水预处理—转炉顶底复吹冶炼—LF炉外精炼—RH真空处理—板坯连铸—板坯直装加热—轧制—层流冷却—卷取—保温罩缓冷。
每个工序的具体工艺参数控制如下：
铁水预处理后S：0.05％，铁水温度1340℃；转炉出钢温度1660℃；
LF炉外精炼成分控制为：C：0.26％，Si：0.16％，Mn：0.38％，Cr：0.75％，Al<0.005％，O：0.0018％，P：0.015％，S:0.005％，精炼渣的碱度为3.5，采用无铝脱氧工艺；
RH真空处理结束后，调整氩气流量使钢水处于软吹状态，保证软吹时间13min，真空度为2.8mbar，持续真空时间14min；
铸机断面为1250×230mm，采用恒拉速控制，拉速范围1.2m/min；
铸坯在加热炉内的均热时间为50min，出炉温度为：1280℃；
带钢终轧温度为890℃；
带钢冷却速度为9℃/S；
带钢卷取温度为650℃；
保温罩保温时间为：2天。
该对比例3获得的钢板的力学性能和拉拔性能(主要是伸长率)如下表2所示。
表1：实施例1-4和对比例1-3的钢板的化学成分及含量(质量百分比％)
C Si Mn Cr Al O P S
实施例1 0.28 0.25 0.45 1.05 0.006 0.0011 0.015 0.012
实施例2 0.33 0.17 0.55 0.91 0.007 0.0012 0.016 0.012
实施例3 0.30 0.30 0.60 0.85 0.009 0.0012 0.017 0.012
实施例4 0.29 0.21 0.56 0.95 0.006 0.0010 0.015 0.010
对比例1 0.31 0.27 0.50 0.95 0.022 0.0014 0.020 0.011
对比例2 0.28 0.26 0.50 1.02 0.019 0.0012 0.020 0.012
对比例3 0.29 0.25 0.46 1.01 0.008 0.0012 0.015 0.012
表2：实施例1-4和对比例1-3生产的钢板的力学性能和拉拔性能(主要是延伸率)
实施例 屈服强度，MPa 抗拉强度，MPa 伸长率A，％
实施例1 695 805 17.5
实施例2 685 770 18.5
实施例3 725 835 20.0
实施例4 750 865 22.5
对比例1 760 860 16.5
对比例2 745 850 15.5
对比例3 656 755 16.5
由以上表1和表2记载的结果可知，在本发明提供的ASTM4130钢的生产方法中采用无铝脱氧技术及低碱度精炼渣系(不超过3.0，尤其是不超过2.6，可选为1.3-2.6，进一步可选为1.3-2.4)控制，可以获得一种抗拉强度≥760MPa，尤其是抗拉强度≥800MPa，延伸率A≥17.5％，尤其是A≥20.0％的ASTM4130钢，该钢硅含量较低且延伸率较高同时降低了脱氧成本，此外，无铝脱氧工艺限制了钢中不可变形Al2O3夹杂物的含量，使夹杂物在拉拔过程中易于变形。因此具有良好的冷拔性能且提高了产品的安全性，非常有利于后续作为冷拔材使用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种ASTM4130钢，其特征在于，所述ASTM4130钢的化学成分按质量百分比包括：C：0.28-0.33％，Si：0.17-0.30％，Mn：0.45-0.60％，Cr：0.85-1.05％，Al：<0.01％，O≤0.0015％，P≤0.020％，S≤0.012％，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述ASTM4130钢的生产方法包括以下工艺流程：铁水预处理—转炉顶底复吹冶炼—LF炉外精炼—RH真空处理—板坯连铸—铸坯加热—轧制—层流冷却—卷取—保温罩缓冷，其中，所述LF炉外精炼过程中采用低碱度精炼渣系及无铝脱氧工艺，钢中[O]≤0.0030％；
所述精炼渣的碱度不超过3.0。
2.根据权利要求1所述的ASTM4130钢，其特征在于，所述精炼渣的碱度为1.3-2.6。
3.根据权利要求1或2所述的ASTM4130钢，其特征在于，所述精炼渣的碱度为1.3-2.4。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的ASTM4130钢，其特征在于，所述ASTM4130钢的热轧态钢的抗拉强度≥760MPa，延伸率A≥17.5％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的ASTM4130钢，其特征在于，所述ASTM4130钢的热轧态钢的抗拉强度≥800MPa，延伸率A≥20.0％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的ASTM4130钢，其特征在于，所述铁水预处理后铁水中S≤0.07％，铁水温度>1322℃；转炉出钢温度≥1640℃；
所述LF炉外精炼成分控制为：C：0.20-0.28％，Si：0.10-0.20％，Mn：0.30-0.40％，Cr：0.75-0.85％，Al：<0.01％，O≤0.0025％，P≤0.020％，S≤0.012％；
所述RH真空处理结束后，调整氩气流量使钢水处于软吹状态，保证软吹时间大于9min，真空度要求≤3.2mbar，持续真空时间≥12min；
所述板坯连铸过程中，铸机断面为1250×230mm，采用恒拉速控制，拉速范围1.0～1.4m/min；
所述铸坯加热过程中，铸坯在加热炉内的均热时间为20-70min，出炉温度为：1210-1300℃；
所述轧制过程中，带钢终轧温度为850-920℃；
所述层流冷却过程中，带钢冷却速度为5-9℃/S；
所述卷取的温度为600-720℃；
所述保温罩缓冷过程中，保温罩保温时间为：1-6天。
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