CN114657346A - 一种vn微合金化煤矿液压支架用钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种VN微合金化煤矿液压支架用钢及其制备方法，按照质量百分数，由以下原料制备而成：C：0.15～0.18％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.3～1.5％，P≤0.020％，S≤0.010％，Al≤0.050％，N≤0.0120％，Nb：0.015～0.020％，V：0.040～0.060％，其余为Fe元素及不可避免元素，本发明适用于钢铁冶炼技术领域，本发明采用VN微合金化技术，通过控制轧制控制冷却，制造出一种550MPa级煤矿液压支架用钢的生产方法，与传统工艺相比，该工艺下特厚板在原奥氏体晶粒尺寸较大的情况下，通过控制轧制过程中形变诱导奥氏体中形成VN析出物，结合控制冷却工艺，获得良好强韧性的针状铁素体组织，大幅度促进了板材的组织性能均匀性，并且这种工艺路线具有极强的可行性。

Description

一种VN微合金化煤矿液压支架用钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种VN微合金化煤矿液压支架用钢及其制备方法。
背景技术
随着煤矿液压支架向大型化、高参数、高效率方面发展，需要越来越多的高强度结构钢，这极大地促进了煤矿液压支架用钢的发展。
CN201210119483.8公开了一种高韧性工程机械用钢采用TMCP生产的方法。其组分按重量百分比计：C：0.04～0.07％，Mn：1.60～1.90％，Si：0.25～0.45％，Al：0.015～0.050％，P≤0.015％，S≤0.008％，Nb+Ti：0.06～0.09％，Mo+Cr：0.20～0.40％。采用分段轧制及层流冷却获得屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥700MPa，冲击功≥200J的工程机械用钢。
CN201410593263.8公开了一种工程机械用钢板及其生产方法。其组分按重量百分比计：C：0.05～0.09％，Mn：1.5～2.0％，Si：0.05～0.30％，Al：0.015～0.060％，P≤0.025％，S≤0.005％，Nb：0～0.07％，Ti：0.08～0.15％，Mo：0.10～0.30％，N≤0.006％，Ca：0.0010～0.0030％，余量为Fe，钢板厚度为3.0～8.5mm。采用TMCP+热处理工艺，获得屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥850MPa，冲击功≥80J的工程机械用钢。
CN201710312160.3公开了屈服强度690MPa级宽薄工程机械用钢板及其生产方法，其成分重量百分比为：C：0.13～0.15％，Mn：1.65～1.75％，Si：0.35～0.45％，Al：0.017～0.032％，P≤0.015％，S≤0.007％，Nb：0.04～0.05％，Cr：0.35～0.45％，V：0.04～0.06％，B：0.0008～0.0020％，Ti：0.01～0.02％。采用控轧+热处理工艺相结合，获得屈服强度700MPa以上，-20℃冲击功150J以上，延伸率18％以上的成品钢。
上述专利合金加入高，成本高，现有专利基本采用TMCP工艺获得煤矿液压支架用钢，相比来说设备要求更高，且现有TMCP技术生产的煤矿液压支架用钢多采用Ti-Nb-Mo-Cr等微合金化路线，而采用VN微合金化路线生产的工程机械用钢很少。
通过V-N微合金化工艺生产的中厚板相对于传统工艺所生产的中厚板有更高的组织性能均匀性，纵向和厚度方向上都有显著提升。与传统工艺相比，该工艺下特厚板在原奥氏体晶粒尺寸较大的情况下，通过控制轧制过程中形变诱导奥氏体中形成VN析出物，结合控制冷却工艺，获得良好强韧性的针状铁素体组织，大幅度促进了板材的组织性能均匀性，并且这种工艺路线具有极强的可行性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种VN微合金化煤矿液压支架用钢及其制备方法，以解决上述背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种VN微合金化煤矿液压支架用钢及其制备方法，按照质量百分数，由以下原料制备而成：C：0.15～0.18％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.3～1.5％，P≤0.020％，S≤0.010％，Al≤0.050％，N≤0.0120％，Nb：0.015～0.020％，V：0.040～0.060％，其余为Fe元素及不可避免元素。
作为本发明的进一步方案，所述VN微合金化生产煤矿液压支架用钢的制备方法包括以下步骤：
步骤一、转炉冶炼
将原材料导入冶炼炉中冶炼，制得坯料一；
步骤二、LF精炼
将坯料一中的坯料进行白渣；
步骤三、板坯连铸
采用步骤二中得到的坯料一，铸造板坯，板坯厚度为150mm；
步骤四、板坯堆冷
将板坯进行堆冷；
步骤五、板坯加热
将堆冷之后的板坯进行加热；
步骤六、控制轧制
采用两阶段控制轧制，最终制得钢板成品。
作为本发明的进一步方案，所述步骤一中转炉冶炼控制出钢所含C≥0.06％，P≤0.015％。
作为本发明的进一步方案，所述步骤二中LF精炼采用全程保护浇铸，浇注温度按液相线温度10～25℃控制。
作为本发明的进一步方案，所述步骤二中LF精炼白渣保持时间≥15min，控制钢中所含S≤0.010％。
作为本发明的进一步方案，所述步骤四中板坯堆冷的堆冷时间≥48h。
作为本发明的进一步方案，所述步骤五中板坯加热的加热温度控制在1150～1280℃。
作为本发明的进一步方案，所述步骤五中板坯加热采用步进梁式加热炉进行加热。
作为本发明的进一步方案，所述步骤六控制轧制中两阶段控制轧制，分为第一阶段控制轧制和第二阶段控制轧制，其中：
第一阶段控制轧制为：在结晶区轧制，温度区间为980～1120℃；
第二阶段控制轧制为：未在结晶区轧制温度区间：开轧温度为850～920℃，终轧温度760～830℃；
第三阶段控制冷却为：开始冷却温度为740～800℃，终冷温度600～660℃。
作为本发明的进一步方案，所述VN微合金化生产煤矿液压支架用钢的压缩比≥5。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
本发明采用VN微合金化技术，通过控制轧制控制冷却，制造出一种550MPa级煤矿液压支架用钢的生产方法，屈服强度大于550MPa，抗拉强度大于670MPa，断后伸长率大于15％，-20℃冲击大于47J，与传统工艺相比，该工艺下特厚板在原奥氏体晶粒尺寸较大的情况下，通过控制轧制过程中形变诱导奥氏体中形成VN析出物，结合控制冷却工艺，获得良好强韧性的针状铁素体组织，大幅度促进了板材的组织性能均匀性，并且这种工艺路线具有极强的可行性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的VN微合金化生产煤矿液压支架用钢流程框架示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下文为了描述方便，所引用的“上”、“下”、“左”、“右”等于附图本身的上、下、左、右等方向一致，下文中的“第一”、“第二”等为描述上加以区分，并没有其他特殊含义。
【实施例1】
一种VN微合金化煤矿液压支架用钢及其制备方法，按照质量百分数，由以下原料制备而成：C：0.16％，Si：0.24％，Mn：1.45％，P：0.015％，S：0.004％，Al：0.05％，N：0.0079％，Nb：0.018％，V：0.042％，其余为Fe元素及不可避免元素。
一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法，钢板的化学成分及其质量百分比见表1，且煤矿液压支架用钢板生产方法的工艺步骤包括：
转炉冶炼：将原材料导入冶炼炉中冶炼，制得坯料一，并且控制出钢C≥0.06％，P≤0.015％，避免出钢过程下渣；
LF精炼：将坯料一中的坯料进行白渣，白渣保持时间15min以上，控制S≤0.010％；
板坯连铸：采用步骤二中得到的坯料一，铸造板坯，铸坯厚度为150mm，且全程保护浇铸，浇注温度按液相线温度10～25℃控制；
板坯堆冷：将板坯进行堆冷，板坯堆冷不小于48小时；
板坯加热：将堆冷之后的板坯进行加热，加热采用步进梁式加热炉，温度控制在1150～1280℃；
控制轧制：采用两阶段控制轧制，第一阶段：再结晶区轧制温度区间：980～1120℃，再结晶区轧制道次压下率≥15％；第二阶段：未再结晶区轧制温度区间：开轧温度为850～920℃，终轧温度760～880℃，开轧温度为850～920℃，终轧温度760～830℃。第三阶段控制冷却为：开始冷却温度为740～800℃，终冷温度600～660℃；
本实施例中，钢板的金相组织为贝氏体、铁素体和珠光体。
本实施例中，一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法，性能指标见表2。
表1实施例1钢板成分(wt％)
C Si Mn P S Al Nb V N
0.16 0.24 1.45 0.015 0.004 0.005 0.018 0.042 0.0079
表2实施例1性能指标
Figure BDA0003560435290000061
【实施例2】
一种VN微合金化煤矿液压支架用钢及其制备方法，按照质量百分数，由以下原料制备而成：C：0.15％，Si：0.24％，Mn：1.43％，P：0.017％，S：0.005％，Al：0.006％，N：0.0085％，Nb：0.019％，V：0.044％，其余为Fe元素及不可避免元素。
一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法，钢板的化学成分及其质量百分比见表3，且煤矿液压支架用钢板生产方法的工艺步骤包括：
转炉冶炼：将原材料导入冶炼炉中冶炼，制得坯料一，并且控制出钢C≥0.06％，P≤0.015％，避免出钢过程下渣；
LF精炼：将坯料一中的坯料进行白渣，白渣保持时间15min以上，控制S≤0.010％；
板坯连铸：采用步骤二中得到的坯料一，铸造板坯，铸坯厚度为150mm，且全程保护浇铸，浇注温度按液相线温度10～25℃控制；
板坯堆冷：将板坯进行堆冷，板坯堆冷不小于48小时；
板坯加热：将堆冷之后的板坯进行加热，加热采用步进梁式加热炉，温度控制在1150～1280℃；
控制轧制：采用两阶段控制轧制，第一阶段：再结晶区轧制温度区间：980～1120℃，再结晶区轧制道次压下率≥15％；第二阶段：未再结晶区轧制温度区间：开轧温度为850～920℃，终轧温度760～880℃，开轧温度为850～920℃，终轧温度760～830℃。第三阶段控制冷却为：开始冷却温度为740～800℃，终冷温度600～660℃；
本实施例中，钢板的金相组织为贝氏体、铁素体和珠光体。
本实施例中，一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法的性能指标见表4。
表3实施例2钢板成分(wt％)
C Si Mn P S Al Nb V N
0.15 0.24 1.43 0.017 0.005 0.006 0.019 0.044 0.0085
表4实施例2性能指标
Figure BDA0003560435290000071
【实施例3】
一种VN微合金化煤矿液压支架用钢及其制备方法，按照质量百分数，由以下原料制备而成：C：0.17％，Si：0.24％，Mn：1.44％，P：0.018％，S：0.006％，Al：0.006％，N：0.0090％，Nb：0.020％，V：0.044％，其余为Fe元素及不可避免元素、
一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法，钢板的化学成分及其质量百分比见表5，且煤矿液压支架用钢板生产方法的工艺步骤包括：
转炉冶炼：将原材料导入冶炼炉中冶炼，制得坯料一，并且控制出钢C≥0.06％，P≤0.015％，避免出钢过程下渣；
LF精炼：将坯料一中的坯料进行白渣，白渣保持时间15min以上，控制S≤0.010％；
板坯连铸：采用步骤二中得到的坯料一，铸造板坯，铸坯厚度为150mm，且全程保护浇铸，浇注温度按液相线温度10～25℃控制；
板坯堆冷：将板坯进行堆冷，板坯堆冷不小于48小时；
板坯加热：将堆冷之后的板坯进行加热，加热采用步进梁式加热炉，温度控制在1150～1280℃；
控制轧制：采用两阶段控制轧制，第一阶段：再结晶区轧制温度区间：980～1120℃，再结晶区轧制道次压下率≥15％；第二阶段：未再结晶区轧制温度区间：开轧温度为850～920℃，终轧温度760～880℃，开轧温度为850～920℃，终轧温度760～830℃。第三阶段控制冷却为：开始冷却温度为740～800℃，终冷温度600～660℃；
本实施例中，钢板的金相组织为贝氏体、铁素体和珠光体。
本实施例中，一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法的性能指标见表6。
表5实施例3钢板成分(wt％)
C Si Mn P S Al Nb V N
0.17 0.24 1.44 0.018 0.006 0.006 0.020 0.043 0.0090
表6实施例3性能指标
Figure BDA0003560435290000091
对比实施例1、实施例2和实施例3可知：采用VN微合金化技术，通过控制轧制控制冷却，制造出一种550MPa级煤矿液压支架用钢的生产方法，屈服强≥550MPa，抗拉强度≥670MPa，断后伸长率≥15％，-20℃冲击≥47J。
本发明中VN微合金化生产煤矿液压支架用钢板成分设计依据在于：
C：其是提高钢材强度的主要元素之一，随着碳含量的增加，钢的屈服强度和抗拉强度均会提高，但是，随着碳含量增加，钢材的延伸率和冲击韧性下降，而且，焊接C含量较高的钢材时，在焊接热影响区还会出现淬硬现象，这将加剧焊接时产生冷裂的倾向，因此采用0.15～0.18％的碳含量；
Si：其对提高钢的强度有帮助，主要作用是起镇静作用；
Mn：其是固溶强化元素，对提高钢板的强度有利；
P：其使钢具有冷脆倾向，含量应尽量低；
S：其使钢具有热裂倾向，含量应尽量低；
V：是本发明钢中的关键微合金化元素，V在奥氏体中析出，可以细化奥氏体晶粒；同时这些粒子与铁素体的界面能小，促进了铁素体的形核，能起到诱导晶内铁素体形核，细化铁素体晶粒的作用。另外，在铁素体中弥散析出，起到沉淀强化作用，进一步提高了钢的强度。当V含量低于0.04％时，无法满足本发明需要的最低强度要求。同时出于成本考虑，上限应控制在0.06％。：细化晶粒；
N：是本发明钢中的关键微合金化元素。钢中增氮能控制V在奥氏体中的析出，改变了起细晶强化作用和沉淀强化作用的V的分配，可以发挥V的细晶强化作用的工艺路线，用细晶强化取代部分沉淀强化作用，在强度不变的情况下改善基体的塑韧性，而且氮的增加促进了V的析出，从而降低了V的用量，起到降低成本的作用。但是N含量过高，会增加钢的时效脆性，降低钢的低温韧性。因此N含量应控制在0.070％～0.120％，以期达到最佳强韧性匹配。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种VN微合金化煤矿液压支架用钢及其制备方法，其特征在于：按照质量百分数，由以下原料制备而成：C：0.15～0.18％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.3～1.5％，P≤0.020％，S≤0.010％，Al≤0.050％，N≤0.0120％，Nb：0.015～0.020％，V：0.040～0.060％，其余为Fe元素及不可避免元素。
2.根据权利要求1所述的一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法，其特征在于：所述VN微合金化生产煤矿液压支架用钢的制备方法包括以下步骤：
步骤一、转炉冶炼
将原材料导入冶炼炉中冶炼，制得坯料一；
步骤二、LF精炼
将坯料一中的坯料进行白渣；
步骤三、板坯连铸
采用步骤二中得到的坯料一，铸造板坯，板坯厚度为150mm；
步骤四、板坯堆冷
将板坯进行堆冷；
步骤五、板坯加热
将堆冷之后的板坯进行加热；
步骤六、控制轧制
采用两阶段控制轧制，最终制得钢板成品。
3.根据权利要求2所述的一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法，其特征在于：所述步骤一中转炉冶炼控制出钢所含C≥0.06％，P≤0.015％。
4.根据权利要求2所述的一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法，其特征在于：所述步骤二中LF精炼采用全程保护浇铸，浇注温度按液相线温度10～25℃控制。
5.根据权利要求2所述的一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法，其特征在于：所述步骤二中LF精炼白渣保持时间≥15min，控制钢中所含S≤0.010％。
6.根据权利要求2所述的一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法，其特征在于：所述步骤四中板坯堆冷的堆冷时间≥48h。
7.根据权利要求2所述的一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法，其特征在于：所述步骤五中板坯加热的加热温度控制在1150～1280℃。
8.根据权利要求2所述的一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法，其特征在于：所述步骤五中板坯加热采用步进梁式加热炉进行加热。
9.根据权利要求2所述的一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法，其特征在于：所述步骤六控制轧制中两阶段控制轧制，分为第一阶段控制轧制和第二阶段控制轧制，其中：
第一阶段控制轧制为：在结晶区轧制，温度区间为980～1120℃；
第二阶段控制轧制为：未在结晶区轧制温度区间：开轧温度为850～920℃，终轧温度760～830℃；
第三阶段控制冷却为：开始冷却温度为740～800℃，终冷温度600～660℃。
10.根据权利要求1所述的一种VN微合金化生产煤矿液压支架用钢及其制备方法，其特征在于：所述VN微合金化生产煤矿液压支架用钢的压缩比≥5。
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