CN115572913A

CN115572913A - 一种耐火型高强钢及其生产方法

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Publication number: CN115572913A
Application number: CN202211094941.7A
Authority: CN
Inventors: 刘丹; 赵国昌; 龙杰; 庞辉勇; 刘生; 付冬阳; 师帅; 张晓华; 郭大山; 张西忠
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2022-09-08
Filing date: 2022-09-08
Publication date: 2023-01-06
Anticipated expiration: 2042-09-08
Also published as: CN115572913B

Abstract

本发明公开了一种耐火型高强钢及其生产方法，钢板化学成分组成及质量百分含量为C 0.3‑0.5%、Mn 0.3‑0.6%，V 0.07‑0.12%，Ni 5‑6%，Cr 19‑21.2%，Mo 10‑19%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；生产方法包括加热、轧制以及热处理工序，其中热处理工序采用调质方式。本发明通过合理成分设计和工艺改进，所得钢板强度、延伸率高，屈强比低，钢板抗拉强度Rm≥1000MPa，硬度为300‑350HB，延伸率≥14%、常温U型冲击功在80J以上，1000℃高温拉伸性能中，屈服强度≥600Mpa。

Description

一种耐火型高强钢及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁技术领域，具体涉及一种耐火型高强钢及其生产方法。

背景技术

GB/T 28415-2012规定，耐火钢600℃的高温屈服强度必须不低于室温标准屈服强度的2/3，以保证建筑物在高温下的安全性能。但是对于核电、军工等特殊领域，这个指标是远远不够的，它们的使用环境更加恶劣，因此要求更高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐火型高强钢及其生产方法，所提供的钢板抗拉强度Rm≥1000MPa，硬度在300-350HB，延伸率≥14%、常温U型冲击功在80J以上，1000℃高温拉伸性能中，屈服强度≥600Mpa。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种耐火型高强钢，其化学成分组成及质量百分含量为：C 0.3-0.5%，Mn 0.3-0.6%，V 0.07-0.12%，Ni 5-6%，Cr 19-21.2%，Mo 10-19%,，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明所述耐火型高强钢中各化学元素的作用如下：

C：可提高钢板的屈服点和抗拉强度，尤其是高温时的强度指标，但也会引起塑性和冲击性降低，因此需要配合其他元素形成固溶物，然后结合合理的热处理工艺，形成大角晶界的马氏体组织，减少对韧性的影响。为保证1000℃时的高温拉伸性能，C含量不能低于0.3%，但是也不能太高、会影响焊接性，因此设计数值在0.3-0.5%之间。

Mn：提高强度指标元素，使钢的调质组织均匀、细化，避免了渗碳层中碳化物的聚集成块，但增大了钢的过热敏感性和回火脆性倾向。同时锰强烈降低钢的Ar1和马氏体转变温度（其作用仅次于碳）和钢中相变的速度，提高钢的淬透性，增加残余奥氏体含量。为了减少残余奥氏体含量以及过热敏感性和回火脆性倾向，在设计成分时，有意减少Mn含量，设计数值在0.3-0.6%之间。

V：由于钒与碳能够形成稳定难熔的碳化物，强化基本，使钢在较高温度时仍保持细晶组织，调节钢的淬透性，大大降低钢的过热敏感性，使得高温强度性能得以提高；且钒的碳化物是金属碳化物中最硬和最耐磨的，弥散分布的碳化物可提高工具钢的硬度和耐磨性，因此设计数值在0.07-0.12%之间，过高时，组织会粗化。

Ni：镍是扩大γ相区，形成无限固溶体的元素，它是奥氏体不锈钢中的主要元素。由于镍可降低临界转变湿度和降低钢中各元素的扩散速度，因而它可以提高钢的淬透性。并且镍能细化铁素体晶粒，改善钢的低温性能。含镍量超过一定值的碳钢，其低温脆化转变温度显著降低，而低温冲击韧性显著提高，因此镍钢常用于低温材料。由于Ni属于贵金属，对于高碳型耐火钢一般设计在5-6%。

Mo：钼对铁素体有固溶强化作用．同时也提高碳化物的稳定性，从而提高钢的强度。与铬、锰等并存时，钼又降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性；可与铁、碳形成复合的渗碳体，提高强度，增加高温耐火性；同时钼对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用。对于高温耐火性，Mo可以设计范围广，在10-19%。

Cr：铬与碳形成多种碳化物，溶于铁素体中，缩小奥氏体相区域，减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性，即可以提高强度，且铬的碳化物熔点高，具有一定抗高温性能，对于高碳型耐火钢一般设计在19-21.2%。

本发明所述耐火性高强钢的生产方法包括冶炼、加热、轧制以及热处理工序。

本发明所述冶炼工序，电炉生产的大包样P：≤0.010%，出钢后加入Al线400m-650m，冶炼时，精炼的碱度控制在6-8之间，精炼后期的硫含量在0.002-0.005%之间；真空采用13+7模式，即真空吹氩13-15min后，破坏真空加微合金进行微调，破坏真空后软吹7-12min以上；VD吹氩气进行真空搅拌，真空总时间控制在30-35min。

本发明所述加热工序，钢板合金含量较高，导热性比较差，加热时间在90-100小时，残余氧含量≤0.5ppm；钢板轧制厚度在20-50mm；在加热段停留时间3-5小时，最高加热温度≤1180℃，同时应保证升温均匀平稳，钢坯在均热段停留时间10-15小时，均热温度1140-1160℃。

本发明所述轧制工序，钢板开轧温度≥1150℃，终轧温度≥980℃，多道次、小压下量快速轧制。

本发明所述热处理工序，钢板采用调质热处理，淬火温度：750-800℃，1.5-2.0min/mm，油冷；回火热处理：500-550℃，保温5-6小时，空冷。

本发明所述钢板厚度为20-50mm。

本发明的目的在于提供一种耐火型高强钢及其生产方法，以实现核电、军工等特殊领域耐火钢板生产，其中一项力学要求1000℃高温拉伸性能，非一般领域600℃普通耐火型实验，保证特殊领域的耐火性要求；同时要求屈强比要求，使得钢板具有一定的抗震能力。在成分设计上，通过降低Mn实现残余奥氏体降低和过热敏感性、回火脆性降低；弥散分布的钒的碳化物以及Mo的复合渗碳体析出提高强度、增加高温耐火性，以实现高强度耐火板生产。钢板采用亚温调质的方式进行热处理，所得钢板强度高、延伸率高，屈强比低，有利于生产核电、军工支撑架。钢板抗拉强度Rm≥1000MPa、屈强比≤0.92，硬度在300-350HB，延伸率≥14%、常温U型冲击功在80J以上，1000℃高温拉伸性能中，屈服强度≥600Mpa。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明技术方案进行进一步详细说明。

实施例1

本实施例钢板厚度为20mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C 0.3%、Mn 0.3%、V 0.070%，Ni 5.1%，Cr 19.0%，Mo 10%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

本实施例钢板的生产方法包括冶炼加热、轧制以及热处理工序，具体如下：

电炉生产的大包样P：0.010%，出钢后加入Al线400m，冶炼时，精炼的碱度控制在6，精炼后期的硫含量在0.005%。真空采用13+7模式，即真空吹氩13min后，破坏真空加微合金进行微调，破坏真空后软吹7min。VD吹氩气进行真空搅拌，真空总时间控制在30min。

钢板合金含量较高，导热性比较差，加热时间在90小时，残余氧含量0.4ppm。

坯料在加热段停留时间3小时，最高加热温度1170℃，同时应保证升温均匀平稳，钢坯在均热段停留时间107小时，均热温度1160℃。

钢板开轧温度1180℃，终轧温度1020℃，多道次、小压下量快速轧制。

钢板采用调质热处理，淬火温度：750℃，1.5min/mm，油冷。回火热处理：500℃，保温5小时，空冷。

钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。

本实施例钢板力学性能：屈服强度：950Mpa、抗拉强度1060MPa、屈强比0.896（屈服强度/抗拉强度），硬度在310HB，延伸率15%、常温冲击功在102J、110J、96J；1000℃高温拉伸性能中，屈服强度735Mpa。

实施例2

本实施例钢板厚度为26mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C 0.4%、Mn0.38%、 V 0.088%， Ni 5.2%，Cr 19.5%， Mo 10.9%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

本实施例钢板的生产方法包括冶炼、加热、轧制以及热处理工序，具体如下：

电炉生产的大包样P：0.009%，出钢后加入Al线450m，冶炼时，精炼的碱度控制在6.5，精炼后期的硫含量在0.0038%。真空采用13+7模式，即真空吹氩13.5min后，破坏真空加微合金进行微调，破坏真空后软吹8min。VD吹氩气进行真空搅拌，真空总时间控制在32min。

钢板合金含量较高，导热性比较差，加热时间在95小时，残余氧含量0.3ppm。

钢板在加热段停留时间3.5小时，最高加热温度1160℃，同时应保证升温均匀平稳，钢坯在均热段停留时间12小时，均热温度1146℃。

钢板开轧温度1180℃，终轧温度1010℃，多道次、小压下量快速轧制。

钢板采用调质热处理，淬火温度：790℃，1.8min/mm，油冷。回火热处理：530℃，保温5.7小时，空冷。

钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。

本实施例钢板力学性能：屈服强度：940Mpa、抗拉强度1030MPa、屈强比0.912（屈服强度/抗拉强度），硬度在340HB，延伸率14.5%、常温冲击功在122J、107J、106J；1000℃高温拉伸性能中，屈服强度750Mpa。

实施例3

本实施例钢板厚度为30mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C 0.45%、Mn0.42%、V 0.089%， Ni 5.7%，Cr 20.2%， Mo 15%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

电炉生产的大包样P：0.008%，出钢后加入Al线550m，冶炼时，精炼的碱度控制在7，精炼后期的硫含量在0.0028%之间。真空采用13+7模式，即真空吹氩14.5min后，破坏真空加微合金进行微调，破坏真空后软吹10min以上。VD吹氩气进行真空搅拌，真空总时间控制在33min。

钢板合金含量较高，导热性比较差，加热时间在97小时，残余氧含量0.2ppm。

钢板在加热段停留时间3.8小时，最高加热温度1170℃，同时应保证升温均匀平稳，钢坯在均热段停留时间13.5小时，均热温度1145℃。

钢板开轧温度1170℃，终轧温度1020℃，多道次、小压下量快速轧制。

钢板采用调质热处理，淬火温度：780℃，1.8min/mm，油冷。回火热处理：530℃，保温5小时，空冷。

钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。

本实施例钢板力学性能：屈服强度：960Mpa、抗拉强度1080MPa、屈强比0.912（屈服强度/抗拉强度），硬度在345HB，延伸率14%、常温冲击功在102J、97J、96J；1000℃高温拉伸性能中，屈服强度730Mpa。

实施例4

本实施例钢板厚度为37mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C 0.41%、Mn0.48%、V 0.093%， Ni 5.7%，Cr 20.5%， Mo 17.2%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

电炉生产的大包样P：0.007%，出钢后加入Al线550m，冶炼时，精炼的碱度控制在7，精炼后期的硫含量在0.0031%。真空采用13+7模式，即真空吹氩14min后，破坏真空加微合金进行微调，破坏真空后软吹10min以上。VD吹氩气进行真空搅拌，真空总时间控制在34min。

钢板合金含量较高，导热性比较差，加热时间在95小时，残余氧含量0.2ppm。

钢板在加热段停留时间3.5小时，最高加热温度1160℃，同时应保证升温均匀平稳，钢坯在均热段停留时间13.0小时，均热温度1140℃。

钢板开轧温度1170℃，终轧温度1010℃，多道次、小压下量快速轧制。

钢板采用调质热处理，淬火温度：785℃，1.7min/mm，油冷。回火热处理：535℃，保温5小时，空冷。

钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。

本实施例钢板力学性能：屈服强度：950Mpa、抗拉强度1075MPa、屈强比0.884（屈服强度/抗拉强度），硬度在342HB，延伸率14.5%、常温冲击功在92J、97J、112J；1000℃高温拉伸性能中，屈服强度735Mpa。

实施例5

本实施例钢板厚度为42mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C 0.39%、Mn0.50%、V 0.095%， Ni 5.5%，Cr 20.8%， Mo 16.9%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

电炉生产的大包样P：0.008%，出钢后加入Al线600m，冶炼时，精炼的碱度控制在7.2，精炼后期的硫含量在0.0029%。真空采用13+7模式，即真空吹氩15min后，破坏真空加微合金进行微调，破坏真空后软吹12min以上。VD吹氩气进行真空搅拌，真空总时间控制在34min。

钢板在加热段停留时间4小时，最高加热温度1180℃，同时应保证升温均匀平稳，钢坯在均热段停留时间14小时，均热温度1145℃。

钢板开轧温度1160℃，终轧温度1010℃，多道次、小压下量快速轧制。

钢板采用调质热处理，淬火温度：790℃，1.8min/mm，油冷。回火热处理：540℃，保温5.3小时，空冷。

钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。

本实施例钢板力学性能：屈服强度：920Mpa、抗拉强度1010MPa、屈强比0.911（屈服强度/抗拉强度），硬度在345HB，延伸率15.5%、常温冲击功在102J、117J、106J；1000℃高温拉伸性能中，屈服强度720Mpa。

实施例6

本实施例钢板厚度为46mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C 0.48%、Mn0.52%、V 0.114%， Ni 5.8%，Cr 20.2%， Mo 18.5%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

电炉生产的大包样P：0.007，出钢后加入Al线650m，冶炼时，精炼的碱度控制在8，精炼后期的硫含量在0.0022%。真空采用13+7模式，即真空吹氩15min后，破坏真空加微合金进行微调，破坏真空后软吹12min以上。VD吹氩气进行真空搅拌，真空总时间控制在35min。

钢板合金含量较高，导热性比较差，加热时间在92小时，残余氧含量0.3ppm。

钢板在加热段停留时间4.5小时，最高加热温度1170℃，同时应保证升温均匀平稳，钢坯在均热段停留时间14.5小时，均热温度1145℃。

钢板开轧温度1180℃，终轧温度980℃，多道次、小压下量快速轧制。

钢板采用调质热处理，淬火温度：790℃，1.9min/mm，油冷。回火热处理：545℃，保温5.7小时，空冷。

钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。

本实施例钢板力学性能：屈服强度：910Mpa、抗拉强度1095MPa、屈强比0.915（屈服强度/抗拉强度），硬度在340HB，延伸率16%、常温冲击功在82J、101J、96J；1000℃高温拉伸性能中，屈服强度710Mpa。

实施例7

本实施例钢板厚度为50mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C 0.5%、Mn 0.6%、V 0.12%， Ni 6%，Cr 21.2%， Mo 19%,，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

电炉生产的大包样P：0.010%，出钢后加入Al线6650m，冶炼时，精炼的碱度控制在6，精炼后期的硫含量在0.002%。真空采用13+7模式，即真空吹氩15min后，破坏真空加微合金进行微调，破坏真空后软吹12min。VD吹氩气进行真空搅拌，真空总时间控制在35min。

钢板合金含量较高，导热性比较差，加热时间在100小时，残余氧含量0.2ppm。

钢板在加热段停留时间5小时，最高加热温度1170℃，同时应保证升温均匀平稳，钢坯在均热段停留时间15小时，均热温度1145℃。

钢板采用调质热处理，淬火温度：800℃，2min/mm，油冷。回火热处理：550℃，保温5小时，空冷。

钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。

本实施例钢板力学性能：屈服强度：905Mpa、抗拉强度1090MPa、屈强比0.914（屈服强度/抗拉强度），硬度在310HB，延伸率17%、常温冲击功在92J、97J、95J；1000℃高温拉伸性能中，屈服强度705Mpa。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1. 一种耐火型高强钢，其特征在于：所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C0.3-0.5%、Mn 0.3-0.6%，V 0.07-0.12%，Ni 5-6%，Cr 19-21.2%，Mo 10-19%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

2.如权利要求1所述耐火性高强钢的生产方法，其特征在于，包括冶炼、加热、轧制以及热处理工序；其中所述热处理工序采用调质方式，淬火温度：750-800℃，1.5-2.0min/mm，油冷；回火温度：500-550℃，保温5-6小时，空冷。

3.根据权利要求2所述的耐火型高强钢的生产方法，其特征在于：所述冶炼工序，大包样P≤0.010%，出钢后加入Al线400m-650m；真空采用13+7模式，即真空吹氩13-15min，破坏真空加微合金进行微调，破坏真空后软吹7-12min。

4.根据权利2或3所述的耐火型高强钢的生产方法，其特征在于：所述冶炼工序，VD吹氩气进行真空搅拌，真空总时间控制在30-35min。

5.根据权利要求2所述的耐火型高强钢的生产方法，其特征在于：所述加热工序，加热时间为90-100小时，残余氧含量≤0.5ppm。

6.根据权利要求2所述的耐火型高强钢的生产方法，其特征在于：所述加热工序，钢坯在加热段停留时间3-5小时，最高加热温度≤1180℃，应保证升温均匀平稳；钢坯在均热段停留时间10-15小时，均热温度1140-1160℃。

7.根据权利要求2所述的耐火型高强钢的生产方法，其特征在于：所述轧制工序，开轧温度≥1150℃，终轧温度≥980℃。

8.根据权利要求2所述的耐火型高强钢的生产方法，其特征在于：冶炼时，精炼的碱度控制在6-8之间，精炼后期的硫含量在0.002-0.005%之间。

9.根据权利要求2所述的耐火型高强钢的生产方法，其特征在于，钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。