CN114672743B - 一种低合金结构钢q355的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种低合金结构钢Q355的制备方法。本发明提供的低合金结构钢Q355的制备方法，包括如下步骤：按配方比例称取各组分原料，然后进行冶炼，获得钢水；将钢水连铸成铸坯，然后将铸坯在1040‑1080℃下进行加热保温，然后再进行粗轧、精轧，空冷至室温；将铸坯置于加热装置中，进行三次保温处理，空冷至室温，得到低合金结构钢Q355。本发明提供的低合金结构钢Q355的制备方法，采用低C低Cr低Mn的设计思想，并通过三次保温处理制备得到的结构钢屈服强度高达360MPa以上，可适用于对冲击大，对耐高温磨损要求较高的工况。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种低合金结构钢Q355的制备方法。
背景技术
低合金结构钢Q355钢板加工性及焊接性能良好，由于硬度高、耐磨性好等特点，使得其在加工领域具有非常重要的意义，主要应用在工程机械、造船和钢结构等领域。然而该种结构钢制作成本较高，市场竞争不占优势，导致该产品亏损越来越严重，为了降低成本，人们往往对其进行合金减量，开始研制一种低合金结构钢。
然而现有低合金结构钢Q355钢板虽具有较高的硬度，但冲击性能较低，高温耐磨性能不佳，不适合冲击大、对耐高温磨损要求较高的工况，因此，研制一种兼具较优冲击性能和高温耐磨性能的低合金结构钢具有一定的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有低合金结构钢Q355钢板冲击性能较低，高温耐磨性能不佳，不适合冲击大，对耐高温磨损要求较高的工况，进而提供一种低合金结构钢Q355的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低合金结构钢Q355的制备方法，包括如下步骤：
1)按配方比例称取各组分原料，然后进行冶炼，获得的钢水化学成分以质量百分比计为：C：0.1-0.16％、Si：0.48-0.53％、Mn：0.78-0.83％、Cr：0.17-0.21％、Nb：0.04-0.06％、Re：0.008-0.011％、P：≤0.02％、S：≤0.02％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；
2)将钢水连铸成铸坯，然后将铸坯在1040-1080℃下进行加热保温，然后再进行粗轧、精轧，空冷至室温；
3)将经步骤2)处理后得到的铸坯置于加热装置中，向加热装置中加入改性竹炭，然后再向加热装置中通入甲烷和空气的混合气体，控制混合气体中甲烷和空气的体积比为(1-1.3):30，在780-810℃下进行第一次保温18-22h，保温结束后将向加热装置中通入的混合气体中甲烷和空气的体积比调整为(0.8-1):100，然后在780-810℃下进行第二次保温18-22h，第二次保温结束后停止向加热装置中通入上述混合气体，将铸坯冷却至480-520℃，然后向加热装置中通入氧气和空气的混合气体，并控制混合气体中氧气和空气的体积比为(1.8-2.0):5，在480-510℃下进行第三次保温0.5-1.5h，第三次保温结束后，空冷至室温，得到所述低合金结构钢Q355。
优选的，步骤1)中Nb和Re的质量比为6：(0.9-1.1)。
优选的，步骤2)中，所述改性竹炭的制备方法包括如下步骤：将竹炭置于硫酸锌溶液中进行浸泡，浸泡结束后过滤，滤饼干燥，得到所述改性竹炭。
优选的，所述竹炭和硫酸锌溶液的质量比为(0.8-1.5):10。
优选的，所述硫酸锌溶液的浓度为2-5wt％。
优选的，所述浸泡时间为1-3h；滤饼干燥温度为85-95℃，干燥时间为3-6h。
优选的，所述粗轧开轧温度1020-1040℃，粗轧最后一道次压下量24-26％，粗轧总压下量68-74％。
优选的，所述精轧开轧目标温度820-850℃，终轧目标温度820-840℃。
优选的，所述改性竹炭的加入量占铸坯质量的0.008-0.02％。
优选的，步骤2)中将铸坯在1040-1080℃下保温1-4h。
步骤1)中按配方比例称取各组分原料，所述原料为本领域常规原料，在此不做赘述，例如，石墨、铬铁、硅铁、锰铁、金属Nb和Re，所述冶炼步骤为本领域常规冶炼步骤，在此不再赘述。本发明所述加热装置可为本领域常规加热装置，例如加热炉。
本发明的有益效果：
本发明提供的低合金结构钢Q355的制备方法，采用低C低Cr低Mn的设计思想，C参与固溶强化，主要形成碳化物，是形成稳定奥氏体的元素，有利于提升结构钢的综合性能，Cr对钢的耐磨损性、高温强度、韧度都有有利的影响，同时Cr渗入基体中会改善钢的耐蚀性能，Mn是一种奥氏体形成元素，具有很强的稳定奥氏体，提高钢强度，改善钢热加工性能，通过加入Nb和Re，并控制Nb和Re的加入比例(6：0.9-1.1)，可显著改善结构钢的耐冲击性能和高温耐磨性能。同时本发明对铸坯进行后处理，以改性竹炭作为催化剂，改性竹炭表面负载有硫酸锌，在硫酸锌的催化作用下，首先利用甲烷作为碳源，通过控制第一次保温处理和第二次保温处理中甲烷和空气的体积比，对铸坯基体进行渗碳，加速碳元素的固溶，防止炭化物析出，然后再在氧气和空气的氛围下进行第三次保温处理可减弱碳元素聚集，通过上述三次保温处理有利于提升结构钢的缓冲性能和高温耐磨性能。同时制备得到的结构钢屈服强度高达360MPa以上，可适用于对冲击大，对耐高温磨损要求较高的工况。
本发明提供的低合金结构钢Q355的制备方法，进一步的，通过将竹炭置于硫酸锌溶液中进行浸泡，使硫酸锌充分负载于竹炭上，将改性的竹炭作为催化剂相对于单独使用硫化锌，获得的结构钢的冲击性能和高温耐磨性能更优。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供一种低合金结构钢Q355的制备方法，包括如下步骤：
1)按配方比例称取各组分原料，然后进行冶炼，获得的钢水化学成分以质量百分比计为：C：0.14％、Si：0.52％、Mn：0.81％、Cr：0.2％、Nb：0.06％、Re：0.01％、P：0.01％、S：0.02％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；
2)将钢水连铸成100mm厚的铸坯，然后将铸坯在1060℃下保温2h，然后再进行粗轧、精轧，粗轧开轧温度1040℃，粗轧最后一道次压下量25％，粗轧总压下量70％；精轧开轧目标温度840℃，终轧目标温度830℃；最后将铸坯空冷至室温；
3)将经步骤2)处理后得到的铸坯置于加热炉中，向加热炉中加入改性竹炭(改性竹炭的加入量占铸坯质量的0.01％)，然后再向加热炉中通入甲烷和空气的混合气体(甲烷和空气的体积比为1:30)，在800℃下进行第一次保温20h，保温结束后向加热炉中通入的混合气体中甲烷和空气的体积比变为1:100，然后在800℃下进行第二次保温20h，第二次保温结束后停止向加热炉中通入混合气体，将铸坯冷却至500℃，然后向加热炉中通入氧气和空气的混合气体(氧气和空气的体积比为2:5)，在500℃下进行第三次保温1h，第三次保温结束后，空冷至室温即得。
所述改性竹炭的制备方法包括如下步骤：将竹炭置于硫酸锌溶液中进行浸泡2h，硫酸锌溶液的浓度为3wt％，竹炭和硫酸锌溶液的质量比为1:10，浸泡结束后过滤，滤饼在90℃下真空干燥5h，得到所述改性竹炭。
实施例2
本实施例提供一种低合金结构钢Q355的制备方法，包括如下步骤：
1)按配方比例称取各组分原料，然后进行冶炼，获得的钢水化学成分以质量百分比计为：C：0.14％、Si：0.52％、Mn：0.81％、Cr：0.2％、Nb：0.06％、Re：0.01％、P：0.01％、S：0.02％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；
2)将钢水连铸成100mm厚的铸坯，然后将铸坯在1060℃下保温2h，然后再进行粗轧、精轧，粗轧开轧温度1040℃，粗轧最后一道次压下量25％，粗轧总压下量70％；精轧开轧目标温度840℃，终轧目标温度830℃；最后将铸坯空冷至室温；
3)将经步骤2)处理后得到的铸坯置于加热炉中，向加热炉中加入改性竹炭(改性竹炭的加入量占铸坯质量的0.03％)，然后再向加热炉中通入甲烷和空气的混合气体(甲烷和空气的体积比为1:30)，在800℃下进行第一次保温20h，保温结束后向加热炉中通入的混合气体中甲烷和空气的体积比变为1:100，然后在800℃下进行第二次保温20h，第二次保温结束后停止向加热炉中通入混合气体，将铸坯冷却至500℃，然后向加热炉中通入氧气和空气的混合气体(氧气和空气的体积比为2:5)，在500℃下进行第三次保温1h，第三次保温结束后，空冷至室温即得。
所述改性竹炭的制备方法包括如下步骤：将竹炭置于硫酸锌溶液中进行浸泡2h，硫酸锌溶液的浓度为3wt％，竹炭和硫酸锌溶液的质量比为1:10，浸泡结束后过滤，滤饼在90℃下真空干燥5h，得到所述改性竹炭。
实施例3
本实施例提供一种低合金结构钢Q355的制备方法，包括如下步骤：
1)按配方比例称取各组分原料，然后进行冶炼，获得的钢水化学成分以质量百分比计为：C：0.14％、Si：0.52％、Mn：0.81％、Cr：0.2％、Nb：0.06％、Re：0.01％、P：0.01％、S：0.02％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；
2)将钢水连铸成100mm厚的铸坯，然后将铸坯在1060℃下保温2h，然后再进行粗轧、精轧，粗轧开轧温度1040℃，粗轧最后一道次压下量25％，粗轧总压下量70％；精轧开轧目标温度840℃，终轧目标温度830℃；最后将铸坯空冷至室温；
3)将经步骤2)处理后得到的铸坯置于加热炉中，向加热炉中加入改性竹炭(改性竹炭的加入量占铸坯质量的0.05％)，然后再向加热炉中通入甲烷和空气的混合气体(甲烷和空气的体积比为1:30)，在800℃下进行第一次保温20h，保温结束后向加热炉中通入的混合气体中甲烷和空气的体积比变为1:100，然后在800℃下进行第二次保温20h，第二次保温结束后停止向加热炉中通入混合气体，将铸坯冷却至500℃，然后向加热炉中通入氧气和空气的混合气体(氧气和空气的体积比为2:5)，在500℃下进行第三次保温1h，第三次保温结束后，空冷至室温即得。
所述改性竹炭的制备方法包括如下步骤：将竹炭置于硫酸锌溶液中进行浸泡2h，硫酸锌溶液的浓度为3wt％，竹炭和硫酸锌溶液的质量比为1:10，浸泡结束后过滤，滤饼在90℃下真空干燥5h，得到所述改性竹炭。
对比例1
本对比例提供一种低合金结构钢Q355的制备方法，其与实施例1的区别在于，步骤1)中钢水化学成分以质量百分比计为：C：0.14％、Si：0.52％、Mn：0.81％、Cr：0.2％、Nb：0.06％、P：0.01％、S：0.02％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。
对比例2
本对比例提供一种低合金结构钢Q355的制备方法，其与实施例1的区别在于，步骤1)中钢水化学成分以质量百分比计为：C：0.14％、Si：0.52％、Mn：0.81％、Cr：0.2％、Nb：0.06％、Re：0.06％、P：0.01％、S：0.02％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。
对比例3
本对比例提供一种低合金结构钢Q355的制备方法，其与实施例1的区别在于，步骤3)中将改性竹炭替换为硫酸锌粉末。
对比例4
本对比例提供一种低合金结构钢Q355的制备方法，其与实施例1的区别在于，步骤3)中将经步骤2)处理后得到的铸坯置于加热炉中，向加热炉中加入改性竹炭(改性竹炭的加入量占铸坯质量的0.01％)，然后再向加热炉中通入甲烷和空气的混合气体(甲烷和空气的体积比为1:30)，在800℃下进行第一次保温20h，保温结束后向加热炉中通入的混合气体中甲烷和空气的体积比变为1:100，然后在800℃下进行第二次保温20h，第二次保温结束后停止向加热炉中通入混合气体，空冷至室温即得。
对比例5
本对比例提供一种低合金结构钢Q355的制备方法，其与实施例1的区别在于不对步骤2)获得的铸坯进行步骤3)的处理。
测试例1
对上述实施例和对比例制备得到的低合金结构钢板的冲击韧性进行测试，测试结果如表1所示。
表1
| 冲击韧性(/J/cm<sup>2</sup>) | |
| 实施例1 | 35 |
| 实施例2 | 36 |
| 实施例3 | 36 |
| 对比例1 | 30 |
| 对比例2 | 33 |
| 对比例3 | 31 |
| 对比例4 | 32 |
| 对比例5 | 27 |
测试例2
对上述实施例1和对比例制备得到的低合金结构钢板的高温耐磨性能进行测试，测试实验在900℃、氮气气体的氛围下，以滚-滑形式进行，以本发明实施例1和对比例制备得到的钢板作为试验件，试验件的规格尺寸一致，磨损载荷为80N，磨损周期为30min，计算磨损量，磨损量＝试验前试验件质量-试验后试验件质量，测试结果如表2所示。
表2
| 磨损量/g | |
| 实施例1 | 0.088 |
| 对比例1 | 0.167 |
| 对比例2 | 0.110 |
| 对比例3 | 0.256 |
| 对比例4 | 0.211 |
| 对比例5 | 0.428 |
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种低合金结构钢Q355的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）按配方比例称取各组分原料，然后进行冶炼，获得的钢水化学成分以质量百分比计为：C：0.1-0.16％、Si：0.48-0.53％、Mn：0.78-0.83％、Cr：0.17-0.21％、Nb：0.04-0.06％、Re：0.008-0.011％、P：≤0.02％、S：≤0.02％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；
2）将钢水连铸成铸坯，然后将铸坯在1040-1080℃下进行加热保温，然后再进行粗轧、精轧，空冷至室温；
3）将经步骤2）处理后得到的铸坯置于加热装置中，向加热装置中加入改性竹炭，然后再向加热装置中通入甲烷和空气的混合气体，控制混合气体中甲烷和空气的体积比为（1-1.3）:30，在780-810℃下进行第一次保温18-22h，保温结束后将向加热装置中通入的混合气体中甲烷和空气的体积比调整为（0.8-1）:100，然后在780-810℃下进行第二次保温18-22h，第二次保温结束后停止向加热装置中通入上述混合气体，将铸坯冷却至480-520℃，然后向加热装置中通入氧气和空气的混合气体，并控制混合气体中氧气和空气的体积比为（1.8-2.0）:5，在480-510℃下进行第三次保温0.5-1.5h，第三次保温结束后，空冷至室温，得到所述低合金结构钢Q355；
步骤1）中Nb和Re的质量比为6：（0.9-1.1）；
步骤2）中，所述改性竹炭的制备方法包括如下步骤：将竹炭置于硫酸锌溶液中进行浸泡，浸泡结束后过滤，滤饼干燥，得到所述改性竹炭。
2.根据权利要求1所述的低合金结构钢Q355的制备方法，其特征在于，所述竹炭和硫酸锌溶液的质量比为（0.8-1.5）:10。
3.根据权利要求2所述的低合金结构钢Q355的制备方法，其特征在于，所述硫酸锌溶液的浓度为2-5wt%。
4.根据权利要求2所述的低合金结构钢Q355的制备方法，其特征在于，所述浸泡时间为1-3h；滤饼干燥温度为85-95℃，干燥时间为3-6h。
5.根据权利要求1所述的低合金结构钢Q355的制备方法，其特征在于，所述粗轧开轧温度1020-1040℃，粗轧最后一道次压下量24-26%，粗轧总压下量68-74%。
6.根据权利要求1所述的低合金结构钢Q355的制备方法，其特征在于，所述精轧开轧目标温度820-850℃，终轧目标温度820-840℃。
7.根据权利要求1所述的低合金结构钢Q355的制备方法，其特征在于，所述改性竹炭的加入量占铸坯质量的0.008-0.02%。
8.根据权利要求1所述的低合金结构钢Q355的制备方法，其特征在于，步骤2）中将铸坯在1040-1080℃下保温1-4h。
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Denomination of invention: Preparation method of low alloy structural steel Q355 Effective date of registration: 20231212 Granted publication date: 20220916 Pledgee: Bank of Xiamen Limited by Share Ltd. Zhangzhou branch Pledgor: FUJIAN SANBAO STEEL Co.,Ltd. Registration number: Y2023980071032 |