CN115232940A - 一种控制特殊用途超高强钢板材脱碳层的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种控制特殊用途超高强钢板材脱碳层的生产方法，在带温装炉、加热、轧制、控冷、淬火方面进行改进，使得钢板脱碳层厚度大大的降低，钢板的性能稳定性得到了提升。统计数据表明，现有生产工艺下，该特殊用超高强钢板的单面平均脱碳层厚度达0.8mm，检测到的单面最大脱碳层厚度达1.5mm，采用本发明方法进行生产，该特殊用超高强钢板的单面平均脱碳层厚度0.22mm，单面脱碳层厚度不超过0.5mm。

Description

一种控制特殊用途超高强钢板材脱碳层的生产方法
技术领域
本发明属于超高强钢板材生产技术领域，尤其是涉及控制超高强钢板材脱碳层厚度的生产方法。
背景技术
特殊用途超高强钢板材作为制造特殊车辆和特殊设施的重要材料被广泛应用，用户在采购该超高强钢时，既要求足够的强度和刚度同时又要求轻量化，即尽可能使用薄的钢板。在多年的生产研究过程中发现，超高强钢在加热、轧制、热处理等环节均有不同程度的脱碳，严重时单面脱碳层厚度达到1.5mm左右，这对钢板的机械性能，抗破坏性能等有着严重的影响，尤其是薄规格钢板，使得钢板的使用时的实际有效厚度大大降低。用户在钢板使用过程中也反馈有性能波动的问题。为此，降低并稳定超高强钢脱碳层厚度，有着极为现实的意义。
发明内容
为解决超高强钢脱碳层偏厚的问题，本发明对超高强钢的生产工艺进行研究，对坯料预热工艺、加热炉加热工艺、轧制工艺以及控冷工艺进行优化，从而控制钢板表面脱碳层厚度，减少产品性能波动，提高产品质量。
为实现上述发明目的，本发明提供一种控制特殊用途超高强钢板材脱碳层的生产方法，包括：
（一）带温装炉：
坯料入炉前，对坯料进行预热，预热温度420-650℃；
（二）加热炉加热制度：
控制预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段的温度、时间及空气过剩系数，包括：
预热段：温度维持在600-950℃，其加热时间控制在50-80min，空气过剩系数1.0-1.2；
加热一段：温度控制在950-1050℃，其加热时间控制在25-40min，空气过剩系数0.8-1.0；
加热二段：温度控制在1050-1120℃，其加热时间控制在25-40min，空气过剩系数0.8-1.0；
加热三段：温度控制在1120-1200℃，其加热时间控制在25-40min，空气过剩系数0.8-1.0；
均热段：温度控制在1120-1180℃，其加热时间控制在20-35min，空气过剩系数1.0-1.2；
（三）轧制制度：
轧制道次：粗轧采用5~9道次轧制，精轧采用6~10道次轧制；
中间坯穿水：控制轧制时采用中间坯穿水工艺，缩短中间坯待温时间；
二阶段开轧温度：≤880℃
终轧温度：≤860℃；
（四）控冷制度：
控制冷速在30℃/s以上，返红温度控制在650℃以下。
优选地，还包括采用淬火+低温回火热处理，淬火炉采用连续式辐射管炉，淬火温度控制在880-910℃，到温后保持10-20min，控制热处理炉含氧量在10%以内，低温回火温度在200±20℃。
优选地，还包括连铸坯厚度为260mm，利用加热缓冷坑或台车炉对坯料进行预热。
优选地，还包括优化超高强钢成分，在保证不同钢级需要的性能前提下尽量降低碳含量，按重量百分比设计钢的化学成分为：0.20-0.35%C，0.50-1.30%Mn，0.30-0.70%Si，Ni+Cr+Mo≤1.50%，Nb +V+Ti≤0.10%， S≤0.005%，P≤0.010%，余量为Fe和杂质。
有益效果：
本发明公开 一种控制特殊用途超高强钢板材脱碳层的生产方法，经铁水脱硫、转炉、LF+RH、连铸、带温装炉、加热炉加热、轧制、控冷、淬火、低温回火制备。本发明的技术要点在于，连铸坯料采用带温装炉，让坯料有一定的起始温度同时确保坯料温度的均一性，最重要的是可以缩短坯料在炉时间，尤其是在预热段和加一段的时间，减少脱碳层的生产，此外带温装炉对坯料的热裂纹的控制也有一定的好处；加热制度上，细化控制坯料在加热炉中的各区温度、时间和空气过剩系数，采用较短的总在炉时间和低温出钢，可以进一步提高坯料加热过程的均一性和控制脱碳层的加厚；轧制过程中，通过控制轧制道次数量以及中间坯穿水缩短中间坯待温时间等措施控制轧件的整体轧制时间，减少轧制过程中脱碳层的生成；控冷方面为防止冷速慢，轧件碳原子的扩散，采用快冷的方式，并控制返红温度在650℃以下，使得轧件快速穿过高温段即脱碳层易增长的温度区间；淬火方面，控制淬火温度不宜过高（在完全奥氏体化温度以上30℃）及保温时间不宜过长（确保均匀性即可），并控制热处理炉中氧气氛围，减轻热处理环节脱碳层的生成。综上，本方法在带温装炉、加热、轧制、控冷、淬火方面进行改进，使得钢板脱碳层厚度大大的降低，钢板的性能稳定性得到了提升。统计数据表明，现有生产工艺下，该特殊用超高强钢板的单面平均脱碳层厚度达0.8mm，检测到的单面最大脱碳层厚度达1.5mm，而采用本发明方法生产，该特殊用超高强钢板的单面平均脱碳层厚度0.22mm，检测到的单面最大脱碳层厚度为0.5mm。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明实施例1抽检样本脱碳层厚度分布直方图。
图2为本发明实施例2抽检样本脱碳层厚度分布直方图。
图3为现有技术生产的典型钢板脱碳层微观组织图。
图4为现有技术生产的典型钢板，通过显微硬度确定脱碳层厚度的显微硬度折线图。
图5为本发明方法生产的典型钢板脱碳层微观组织图。
图6为本发明方法生产的典型钢板，通过显微硬度确定脱碳层厚度的显微硬度折线图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做近一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释和说明本发明，但本发明不局限于以下实施例。
实施例1
一种控制用于制造特殊防护设施的超高强钢板材脱碳层的生产方法，优化超高强钢成分，在保证不同钢级需要的性能前提下尽量降低碳含量，按重量百分比设计钢的化学成分为：0.32%C，0.8%Mn，0.65%Si，Ni+Cr+Mo=1.2%，Nb+V+Ti=0.05%， S≤0.005%，P≤0.010%，余量为Fe和杂质。
生产工艺规程：经铁水脱硫、转炉、LF+RH、连铸、带温装炉、加热炉加热、轧制、热处理。
带温装炉：缓冷坑预热（适合大批量生产），预热温度630~640℃；
预热段：温度维持在700-900℃，其加热时间控制在50-70min，空气过剩系数1.1；
加热一段：温度控制在950-1020℃，其加热时间控制在25-35min，空气过剩系数0.9；
加热二段：温度控制在1050-1100℃，其加热时间控制在25-35min，空气过剩系数0.9；
加热三段：温度控制在1120-1150℃，其加热时间控制在25-35min，空气过剩系数0.95；
均热段：温度控制在1120-1140℃，其加热时间控制在20-30min，空气过剩系数1.1；
轧制道次：粗轧采用7道次轧制，精轧采用8道次轧制；
控制轧制：中间坯穿水1次；二阶段开轧温度860~880℃，终轧温度840℃
超快冷控制冷速在30~40℃/s，返红温度控制在600~640℃；
钢板采用淬火温度890±7℃，到温后保持10-15min，控制热处理炉含氧量在7-8%，低温回火温度200±5℃。
如图1，本实施例生产的钢板该批次超高强钢板材抽检30个样本，最大单面脱碳层厚度为0.50mm，平均脱碳层厚度为0.26mm。
实施例2
一种控制用于制造防护车辆的超高强钢板材脱碳层的生产方法，优化超高强钢成分，在保证不同钢级需要的性能前提下尽量降低碳含量，按重量百分比设计钢的化学成分为：0.25%C，0.7%Mn，0.45%Si，Ni+Cr+Mo=0.6%，Nb+V+Ti=0.015%， S≤0.005%，P≤0.010%，余量为Fe和杂质。
生产工艺规程：经铁水脱硫、转炉、LF+RH、连铸、带温装炉、加热炉加热、轧制、热处理。
带温装炉：台车炉预热（适合少量生产），预热温度450~480℃；
预热段：温度维持在750-950℃，其加热时间控制在60-80min，空气过剩系数1.15；
加热一段：温度控制在980-1050℃，其加热时间控制在30-40min，空气过剩系数0.95；
加热二段：温度控制在1080-1120℃，其加热时间控制在30-40min，空气过剩系数0.95；
加热三段：温度控制在1150-1190℃，其加热时间控制在30-40min，空气过剩系数0.95；
均热段：温度控制在1140-1170℃，其加热时间控制在25-35min，空气过剩系数1.15；
轧制道次：粗轧采用5道次轧制，精轧采用6道次轧制；
控制轧制：中间坯穿水1次，二阶段开轧温度840~860℃，终轧温度820℃；
超快冷控制冷速在35~45℃/s，返红温度控制在580~620℃；
钢板采用淬火温度900±7℃，到温后保持10-15min，控制热处理炉含氧量在7-8%，低温回火温度200±5℃。
如图2，本实施例生产的钢板批次抽检20个样本，最大单面脱碳层厚度为0.45mm，平均单面脱碳层厚度为0.17mm。
本发明的控制特殊用途超高强钢板材脱碳层的生产方法，对钢板生产过程中的带温装炉、坯料加热、轧制、水冷、淬火等流程进行工艺优化，对钢所含微合金化元素种类及含量进行优化调整，通过控制不同工序下坯料、轧件、钢板在脱碳层易生成段的时间来控制脱碳层厚度，有效降低了最终钢板的脱碳层厚度，稳定钢板的性能。在现有生产工艺下，该特殊用超高强钢板的单面平均脱碳层厚度达0.8mm，检测到的单面最大脱碳层厚度达1.5mm，如图3和图4所示，为现有生产工艺生产的典型的钢板组织以及脱碳层厚度测量情况，该试样单面脱碳层厚度达0.9mm。采用本发明方法进行生产实验，该特殊用超高强钢板的单面平均脱碳层厚度降低到0.22mm，检测到的单面最大脱碳层厚度为0.5mm。如图5和图6所示，为采用本发明生产方法生产的的典型的钢板组织以及脱碳层厚度情况，该试样单面脱碳层厚度为0.25mm。可见，采用本发明方法生产特殊用途超高强钢板材脱碳层厚度控制水平较现有技术有明显提升。

Claims (7)

1.一种控制特殊用途超高强钢板材脱碳层的生产方法，其特征在于包括：
（一）带温装炉：
坯料入炉前，对坯料进行预热，预热温度420-650℃；
（二）加热炉加热制度：
控制预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段的温度、时间及空气过剩系数，包括：
预热段：温度维持在600-950℃，其加热时间控制在50-80min，空气过剩系数1.0-1.2；
加热一段：温度控制在950-1050℃，其加热时间控制在25-40min，空气过剩系数0.8-1.0；
加热二段：温度控制在1050-1120℃，其加热时间控制在25-40min，空气过剩系数0.8-1.0；
加热三段：温度控制在1120-1200℃，其加热时间控制在25-40min，空气过剩系数0.8-1.0；
均热段：温度控制在1120-1180℃，其加热时间控制在20-35min，空气过剩系数1.0-1.2；
（三）轧制制度：
轧制道次：粗轧采用5~9道次轧制，精轧采用6~10道次轧制；
中间坯穿水：控制轧制时采用中间坯穿水工艺，缩短中间坯待温时间；
二阶段开轧温度：≤880℃；
终轧温度：≤860℃；
（四）控冷制度：
控制冷速在30℃/s以上，返红温度控制在650℃以下。
2.如权利要求1所述的控制特殊用途超高强钢板材脱碳层的生产方法，其特征在于还包括：
采用淬火+低温回火热处理，淬火炉采用连续式辐射管炉，淬火温度控制在880-910℃，到温后保持10-20min，控制热处理炉含氧量在10%以内，低温回火温度在200±20℃。
3.如权利要求1所述的控制特殊用途超高强钢板材脱碳层的生产方法，其特征在于连铸坯厚度为260mm，利用加热缓冷坑或台车炉对坯料进行预热。
4.如权利要求1所述的控制特殊用途超高强钢板材脱碳层的生产方法，其特征在于还包括：优化超高强钢成分，在保证不同钢级需要的性能前提下尽量降低碳含量，按重量百分比设计钢的化学成分为：0.20-0.35%C，0.50-1.30%Mn，0.30-0.70%Si，Ni+Cr+Mo≤1.50%，Nb+V+Ti≤0.10%， S≤0.005%，P≤0.010%，余量为Fe和杂质。
5.如权利要求1-4任一所述的控制特殊用途超高强钢板材脱碳层的生产方法，其特征在于：
按重量百分比设计钢的化学成分为：0.32%C，0.8%Mn，0.65%Si，Ni+Cr+Mo=1.2%，Nb+V+Ti=0.05%， S≤0.005%，P≤0.010%，余量为Fe和杂质；
带温装炉预热温度630~640℃；
加热炉预热段：温度维持在700-900℃，其加热时间控制在50-70min，空气过剩系数1.1；
加热一段：温度控制在950-1020℃，其加热时间控制在25-35min，空气过剩系数0.9；
加热二段：温度控制在1050-1100℃，其加热时间控制在25-35min，空气过剩系数0.9；
加热三段：温度控制在1120-1150℃，其加热时间控制在25-35min，空气过剩系数0.95；
均热段：温度控制在1120-1140℃，其加热时间控制在20-30min，空气过剩系数1.1；
轧制道次：粗轧采用7道次轧制，精轧采用8道次轧制；
控制轧制：中间坯穿水1次，二阶段开轧温度860~880℃，终轧温度840℃；
控制冷速在30～40℃/s，返红温度控制在600~640℃；
采用淬火温度890±7℃，到温后保持10-15min，控制热处理炉含氧量在7-8%，低温回火温度200±5℃。
6.如权利要求1-4任一所述的控制特殊用途超高强钢板材脱碳层的生产方法，其特征在于：
按重量百分比设计钢的化学成分为：0.25%C，0.7%Mn，0.45%Si，Ni+Cr+Mo=0.6%，Nb+V+Ti=0.015%， S≤0.005%，P≤0.010%，余量为Fe和杂质；
带温装炉预热温度450~480℃；
预热段：温度维持在750-950℃，其加热时间控制在60-80min，空气过剩系数1.15；
加热一段：温度控制在980-1050℃，其加热时间控制在30-40min，空气过剩系数0.95；
加热二段：温度控制在1080-1120℃，其加热时间控制在30-40min，空气过剩系数0.95；
加热三段：温度控制在1150-1190℃，其加热时间控制在30-40min，空气过剩系数0.95；
均热段：温度控制在1140-1170℃，其加热时间控制在25-35min，空气过剩系数1.15；
轧制道次：粗轧采用5道次轧制，精轧采用6道次轧制；
控制轧制：，中间坯穿水1次，,二阶段开轧温度840~860℃，终轧温度820℃；
控制冷速在35~45℃/s，返红温度控制在580~620℃；
采用淬火温度900±7℃，到温后保持10-15min，控制热处理炉含氧量在7-8%，低温回火温度200±5℃。
7.如权利要求1-4任一所述的控制特殊用途超高强钢板材脱碳层的生产方法，其特征在于超高强钢成品板材单面平均脱碳层厚度0.22mm，单面脱碳层厚度不超过0.5mm。
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