CN115896621A - 一种采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形nm400钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形NM400钢板，该钢板以Fe为基础元素，且包含如下质量百分比的化学成分：C：0.14～0.18％，Si：0.40～0.80％，Mn：1.20～1.50％，Alt：0.055～0.085％，Nb：0.010～0.020％，Cr：0.65～0.85％，Ti：≤0.005％，V：≤0.010％，Ni：≤0.10％，Cu：≤0.10％，Mo：≤0.10％，P：≤0.012％，S：≤0.001％，N：≤40ppm，以及不可避免的杂质元素，碳当量CEV(＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15)：0.50～0.54％。本发明通过在线淬火替代离线淬火，在降低淬火成本的同时，减少了行车吊运钢板频次，减少了框架车转运钢板频次，可以进一步降低电耗、油耗，为环保节能做出来贡献；缩短了工序，加快了钢板入库进度，提升了客户满意度。
Description
技术领域
本发明属于特种钢冶炼技术领域，具体涉及一种采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形NM400钢板及其制造方法。
背景技术
NM400是高强度耐磨钢板，具有相当高的机械强度，其机械性能是普通低合金钢板的3倍到5倍，可显著提高机械相关部件的磨损耐性，因此提高机械的使用寿命，降低生产成本。该产品表面硬度通常达到360-450HB，用于矿山及各种工程机械用耐磨易损件加工和制造等适用的结构钢板。目前国内各大钢厂在生产此类NM400钢板时基本都是走成本昂贵且工序时间长的离线淬火路线，而我们采用在线淬火代替离线淬火，能够很大程度降低制造成本。采用在线淬火替代离线淬火，可以利用钢板轧后余热，省去钢板转运、重新加热等工序，大幅度降低成本，缩短交货周期。在线淬火设备的常态化稳定使用一直是国内各大钢板生产厂的难题，因为在线淬火工艺的稳定开展需要配合加热工艺的优化，需要匹配特殊的轧制工艺，需要考虑冷却温度、冷却速率等对钢板性能的影响；同时在线淬火钢板板形极易瓢曲，这也是困扰各大钢厂的主要原因。我们通过一系列创新性的设备改造和参数优化设置，解决了钢板板形瓢曲问题；同时全面开展工艺技术调试，试验了大量工艺方案，最终优化固化了在线淬火工艺。通过在线淬火替代离线淬火，在降低淬火成本的同时，减少了行车吊运钢板频次，减少了框架车转运钢板频次，可以进一步降低电耗、油耗，为环保节能做出来贡献；缩短了工序，加快了钢板入库进度，提升了客户满意度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形NM400钢板及其制造方法，提升钢板性能，改善钢板平直度，缩短生产工序，降低制造成本。
本申请薄规格优质板形NM400钢板涉及钢板厚度为10～30mm，布氏硬度要求380～430HB，在室温下横向矩形拉伸试验所得屈服强度在1000～1300MPa，抗拉强度在1200～1400MPa的范围，延伸率≥16％，-20℃下钢板横向夏比冲击功平均值≥30J，板形方面横向平直度≤12mm/2m、纵向平直度≤12mm/2m。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形NM400钢板，该钢板以Fe为基础元素，且包含如下质量百分比的化学成分：C：0.14～0.18％，Si：0.40～0.80％，Mn：1.20～1.50％，Alt：0.055～0.085％，Nb：0.010～0.020％，Cr：0.65～0.85％，Ti：≤0.005％，V：≤0.010％，Ni：≤0.10％，Cu：≤0.10％，Mo：≤0.10％，P：≤0.012％，S：≤0.001％，N：≤40ppm，以及不可避免的杂质元素，碳当量CEV(＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15)：0.50～0.54％。
以下对本发明中所含组分的作用及用量选择作具体说明：
C：是确保钢板强度所必须的元素，提高钢中的碳含量将会增加它的马氏体转变能力，从而提高它的强度。但过高的C含量对钢的延性、韧性、焊接性能不利。另外，过高的C含量也会导致更严重的中心C偏析从而影响钢板的心部性能。本发明控制其含量为0.14～0.18％。
Si：是钢中的脱氧元素，并以固溶强化形式提高钢的强度。Si含量低于0.10％时，脱氧效果较差，Si含量较高时降低韧性。本发明Si含量控制为0.40～0.80％。
Mn：是提高钢淬透性的元素，并起固溶强化作用以弥补钢中因C含量降低而引起的强度损失。当钢中Mn含量过低时，无法充分发挥强度确保的作用，但当Mn含量过高时则会增加其碳当量从而损坏焊接性能。另外，Mn易在钢板中心产生偏析，降低钢板中心部位的冲击韧性。因此，本发明Mn含量控制为1.20～1.50％。
Al：主要是起固氮和脱氧作用。Al与N接合形成的AlN可以有效地细化晶粒，但含量过高会损害钢的韧性。因此，本发明控制其含量(Alt)在0.055～0.085％。
Nb：是一种在轧制过程中对晶粒细化起显著作用的元素。在再结晶轧制阶段，Nb通过应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶从而细化晶粒，这就为大厚度的钢板在调质处理后仍然具有细小的组织提供了基础，有利于提高其韧性。但受C含量的限制及加热温度的影响，过高的Nb无法固溶，同样发挥不了作用而且增加成本，此外，过高的Nb对焊接性能有不利的影响。因此，本发明控制其含量Nb：0.01～0.02％。
Cr：是提高钢的淬透性而有助于强度提高的元素。在C含量较低的情况下，添加适量的Cr，可以保证钢板达到所需的强度，但是若添加过量，则将降低材料的韧性，同时也降低材料的焊接性能，因此，本发明将其含量控制在0.65～0.85％。
V：是使C，N析出的元素，能以弥散析出的形式显著提高钢的强度。但若添加量过高，则将降低钢板的韧性和焊接性能。因此，本发明控制其含量≤0.01％。
Ni：是提高钢板的淬透性并可以显著改善其低温韧性的元素，对冲击韧性和韧脆转变温度具有良好的影响。但Ni含量太高时，板坯表面易生成黏性较高的氧化铁皮，难以去除，影响钢板的表面质量。另外，Ni也是贵重金属，含量过高会增加成本。因此，本发明将其含量控制在≤0.10％。
Cu：可提高钢板的淬透性和耐大气腐蚀和耐海水腐蚀性能，降低钢的氢致裂纹敏感性。但过高的Cu含量不利于钢板的焊接性能，而且也易产生铜脆现象，恶化钢板的表面性能。因此本发明控制Cu含量为≤0.10％。
Mo：可以显著提高钢的淬透性和强度。在低合金钢中添加少量的Mo还能起到克服热处理过程中的回火脆性以改善热处理性能，但Mo也是贵重金属，含量过高会增加成本同时也降低材料的焊接性能。本发明中Mo的含量控制在≤0.10％。
P、S：为钢中的有害杂质元素，易形成偏析、夹杂等缺陷。作为杂质元素会给钢板的韧性和焊接热影响区的韧性带来不利的影响，应尽量地减少其含量。本发明控制P≤0.012％、S≤0.001％。
本发明还提供一种制造薄规格优质板形NM400钢板的方法，主要工艺流程：
1)冶炼原料依次经KR、BOF冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸机生产出连铸坯，坯料厚度150mm，对连铸坯进行缓冷、表面清理、将较长的连铸坯火焰切割成预设尺寸；
2)将切割好的坯料在步进炉中加热，加热速率9～12cm/min；预热段最高温度≤900℃，预热段时间1h；加热一段温度1000～1180℃，加热一段时间1h；加热二段温度1210～1250℃，均热段温度1190～1250℃，加热二段和均热段总时间1～2h；出钢温度1180～1200℃；
3)坯料出炉后经高压水除鳞，除鳞系统压力不小于21Mpa，然后进行两阶段轧制。
第一阶段采用粗轧机轧制，保证2道次压下量≥30mm，开轧温度在1050～1150℃的范围，轧制3～5道次，轧制目标厚度为钢板最终成品厚度的3倍；
第二阶段轧制为精轧机轧制，开轧温度在980～1030℃的范围，轧制5～7道次，保证3道次压下率≥25％，轧制到目标厚度，轧制完成之后进预矫直机进行矫直；
4)预矫直后的钢板立即进入在线淬火系统进行在线淬火，入水温度820℃-860℃，终冷温度50-150℃，冷却速度≥60℃/S；
5)在线淬火系统使用时，要确保集管总流量≥5000m3/h，从而提高冷速；在线淬火系统的夹送辊辊面离钢板表面距离≤3mm，从而确保夹送辊夹紧钢板的效果；钢板进入在线淬火系统的距离达≤200mm后，夹送辊开始下降，从而保证钢板整板板形平直。
6)在线淬火后的钢板无需进行热矫，直接进行切割分段，即获得成品薄规格优质板形NM400钢板。
本发明针对目前高强耐磨钢板行业对薄规格优质板形NM400钢板的需求，使用优化的成分设计、经LF精炼和RH精炼的高纯净度钢水制成坯料，通过后续的加热、粗轧、精轧、在线淬火制造出具有较高的硬度和强度、良好的延伸率以及较好的冲击韧性的薄规格优质板形NM400钢板。本发明制造的NM400钢板的厚度为10-30mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)为了保证钢板的焊接性能，整体化学成分设计采用低碳当量，采用低碳设计原理，控制微合金元素的总添加总量。
(2)加热采用分段加热工艺，充分元素化，均化体系，成分弥散，有助于现场不同坯料，时间精准控制。
(3)轧制过程采用两阶段轧制，分别为粗轧、精轧，粗轧为成型轧制，确保钢板轧制宽度精准；精轧可以进一步强化轧制效果，确保钢板最终尺寸及性能合格。
(4)通过在线淬火替代离线淬火，在降低淬火成本的同时，减少了行车吊运钢板频次，减少了框架车转运钢板频次，可以进一步降低电耗、油耗，为环保节能做出来贡献；缩短了工序，加快了钢板入库进度，提升了客户满意度。
(5)在线淬火设备的常态化稳定使用一直是国内各大钢板生产厂的难题，因为在线淬火工艺的稳定开展需要配合加热工艺的优化，需要匹配特殊的轧制工艺，需要考虑冷却温度、冷却速率等对钢板性能的影响；同时在线淬火钢板板形极易瓢曲，这也是困扰各大钢厂的主要原因。我们通过一系列创新性的设备改造及参数设置，解决了钢板板形瓢曲问题。具体办法如下：对在线淬火设备的夹送辊比例控制阀进行改造，一般情况下在线淬火设备由5组夹送辊组成，每组夹送辊只有1组比例控制阀控制升降，经常会导致夹送辊两侧辊缝不对称，偏差较大。现在改造为每组夹送辊均有2组比例控制阀控制升降，可单独控制；夹送辊两侧辊缝均可异步调整，两侧辊缝基本保持一致。将夹送辊辊缝设定在1mm左右，具体根据厚度情况微调，过大或者过小都会导致板形瓢曲。
(6)可以制造厚度10～30mm的薄规格NM400钢板，且钢板整体平直度较好，有利于后续加工。按照本发明生产的钢板不仅硬度性能较好(布氏硬度380～430HB)，拉伸性能优良(屈服强度1000～1300MPa，抗拉强度在1200～1400MPa的范围，延伸率≥16％)，而且-20℃下钢板横向夏比冲击功平均值可达到≥30J，同时钢板板形优良，横、纵向平直度可达≤12mm/2m。
具体实施方式
下面结合实例对本发明内容作进一步说明。
实施例1
本实施例涉及的薄规格优质板形NM400钢板厚度为12mm，所包含的成分及其质量百分数为：C：0.14％，Si：0.48％，Mn：1.31％，Alt：0.062％，Nb：0.012％，Cr：0.81％，Ti：0.002％，V：0.006％，Ni：0.07％，Cu：0.04％，Mo：0.06％，P：0.009％，S：0.0008％，N：34ppm，以及不可避免的杂质元素，碳当量CEV(＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15)＝0.52。
该NM400钢板的生产工艺如下：
按上述薄规格优质板形NM400钢板的化学组成配置冶炼原料依次进行KR-BOF冶炼-LF精炼-RH精炼-板坯连铸-缓冷坑缓冷-板坯加热-高压水除鳞-粗轧-精轧-矫直-在线淬火-切割分段-成品。
选用优质生铁和钢板边角料按所述化学组成配制冶炼原料，依次经KR、BOF冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸机生产出连铸坯，坯料厚度150mm，对连铸坯进行缓冷、表面清理，将较长的连铸坯火焰切割成预设尺寸；
将切割好的坯料在步进炉中加热，加热速率10.5cm/min；预热段最高温度826℃，预热段时间1h；加热一段温度1090℃，加热一段时间1h；加热二段温度1243℃，均热段温度1236℃，加热二段和均热段总时间1.6h；出钢温度1194℃；
坯料出炉后经高压水除鳞，除鳞系统压力不小于21Mpa，然后进行两阶段轧制。
第一阶段采用粗轧机轧制，2道次最大压下量分别为33mm、36mm，开轧温度1143℃，轧制5道次，轧制目标厚度为36mm；
第二阶段轧制为精轧机轧制，开轧温度991℃，轧制7道次，3道次最大压下率分别为27％、28％、28％，轧制到目标厚度12mm，轧制完成之后进预矫直机进行矫直；
预矫直后的钢板立即进入在线淬火系统进行在线淬火，入水温度835℃，终冷温度74℃，冷却速度76℃/S；
在线淬火系统使用时，集管总流量达5200m3/h，从而提高冷速；在线淬火系统的夹送辊辊面离钢板表面距离为1mm，从而确保夹送辊夹紧钢板的效果；钢板进入在线淬火系统的距离达150mm后，夹送辊开始下降，从而保证钢板整板板形平直。
在线淬火后的钢板无需进行热矫，直接进行切割分段，即获得成品薄规格优质板形NM400钢板。
经由上述工艺制造的成品钢板具有较高的硬度和强度、良好的延伸率以及较好的冲击韧性，同时钢板平直度优良，具体情况见表1所示。
表1:实施例1制造的NM400钢板的力学性能
实施例2
本实施例涉及的薄规格优质板形NM400钢板厚度为25mm，所包含的成分及其质量百分数为：C：0.15％，Si：0.53％，Mn：1.26％，Alt：0.069％，Nb：0.014％，Cr：0.83％，Ti：0.002％，V：0.004％，Ni：0.05％，Cu：0.07％，Mo：0.06％，P：0.008％，S：0.0006％，N：36ppm，以及不可避免的杂质元素，碳当量CEV(＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15)＝0.53。
该NM400钢板的生产工艺如下：
按上述薄规格优质板形NM400钢板的化学组成配置冶炼原料依次进行KR-BOF冶炼-LF精炼-RH精炼-板坯连铸-缓冷坑缓冷-板坯加热-高压水除鳞-粗轧-精轧-矫直-在线淬火-切割分段-成品。
选用优质生铁和钢板边角料按所述化学组成配制冶炼原料，依次经KR、BOF冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸机生产出连铸坯，坯料厚度150mm，对连铸坯进行缓冷、表面清理，将较长的连铸坯火焰切割成预设尺寸；
将切割好的坯料在步进炉中加热，加热速率11cm/min；预热段最高温度851℃，预热段时间1h；加热一段温度1074℃，加热一段时间1h；加热二段温度1240℃，均热段温度1238℃，加热二段和均热段总时间1.8h；出钢温度1190℃；
坯料出炉后经高压水除鳞，除鳞系统压力不小于21Mpa，然后进行两阶段轧制。
第一阶段采用粗轧机轧制，2道次最大压下量分别为32mm、34mm，开轧温度1128℃，轧制4道次，轧制目标厚度为75mm；
第二阶段轧制为精轧机轧制，开轧温度1012℃，轧制5道次，3道次最大压下率分别为26％、28％、27％，轧制到目标厚度25mm，轧制完成之后进预矫直机进行矫直；
预矫直后的钢板立即进入在线淬火系统进行在线淬火，入水温度841℃，终冷温度95℃，冷却速度72℃/S；
在线淬火系统使用时，集管总流量达5300m3/h，从而提高冷速；在线淬火系统的夹送辊辊面离钢板表面距离为1.5mm，从而确保夹送辊夹紧钢板的效果；钢板进入在线淬火系统的距离达120mm后，夹送辊开始下降，从而保证钢板整板板形平直。
在线淬火后的钢板无需进行热矫，直接进行切割分段，即获得成品薄规格优质板形NM400钢板。
经由上述工艺制造的成品钢板具有较高的硬度和强度、良好的延伸率以及较好的冲击韧性，同时钢板平直度优良，具体情况见表2所示。
表2:实施例2制造的NM400钢板的力学性能
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)
1.一种采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形NM400钢板，其特征在于：该钢板以Fe为基础元素，且包含如下质量百分比的化学成分：C：0.14～0.18％，Si：0.40～0.80％，Mn：1.20～1.50％，Alt：0.055～0.085％，Nb：0.010～0.020％，Cr：0.65～0.85％，Ti：≤0.005％，V：≤0.010％，Ni：≤0.10％，Cu：≤0.10％，Mo：≤0.10％，P：≤0.012％，S：≤0.001％，N：≤40ppm，以及不可避免的杂质元素，碳当量CEV(＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15)：0.50～0.54％。
2.根据权利要求1所述的一种采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形NM400钢板，其特征在于所述NM400钢板的厚度为10～30mm。
3.根据权利要求1所述的一种采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形NM400钢板，其特征在于所述NM400钢板的布氏硬度要求380～430HB，在室温下横向矩形拉伸试验所得屈服强度在1000～1300MPa，抗拉强度在1200～1400MPa的范围，延伸率≥16％，-20℃下钢板横向夏比冲击功平均值≥30J，板形方面横向平直度≤12mm/2m、纵向平直度≤12mm/2m。
4.一种如权利要求1所述的采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形NM400钢板的制造方法，其特征在于所述方法主要包括以下步骤：
1)冶炼原料依次经KR、BOF冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸机生产出连铸坯，坯料厚度150mm，对连铸坯进行缓冷、表面清理、将较长的连铸坯火焰切割成预设尺寸；
2)将切割好的坯料在步进炉中加热，加热速率9～12cm/min，出钢温度1180～1200℃；
3)坯料出炉后经高压水除鳞，除鳞系统压力不小于21Mpa，然后进行两阶段轧制；
4)预矫直后的钢板立即进入在线淬火系统进行在线淬火，入水温度820℃-860℃，终冷温度50-150℃，冷却速度≥60℃/S；
5)在线淬火后的钢板无需进行热矫，直接进行切割分段，即获得成品薄规格优质板形NM400钢板。
5.根据权利要求4所述的一种采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形NM400钢板的制造方法，其特征在于所述步骤2)中的加热采用分段式加热，预热段最高温度≤900℃，预热段时间1h；加热一段温度1000～1180℃，加热一段时间1h；加热二段温度1210～1250℃，均热段温度1190～1250℃，加热二段和均热段总时间1～2h。
6.根据权利要求4所述的一种采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形NM400钢板的制造方法，其特征在于所述步骤3)中第一阶段采用粗轧机轧制，保证2道次压下量≥30mm，开轧温度在1050～1150℃的范围，轧制3～5道次，轧制目标厚度为钢板最终成品厚度的3倍；第二阶段轧制为精轧机轧制，开轧温度在980～1030℃的范围，轧制5～7道次，保证3道次压下率≥25％，轧制到目标厚度，轧制完成之后进预矫直机进行矫直。
7.根据权利要求4所述一种采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形NM400钢板的制造方法，其特征在于所述步骤4)在线淬火系统使用时，要确保集管总流量≥5000m3/h，从而提高冷速；在线淬火系统的夹送辊辊面离钢板表面距离≤3mm，从而确保夹送辊夹紧钢板的效果；钢板进入在线淬火系统的距离达≤200mm后，夹送辊开始下降，从而保证钢板整板板形平直。
8.根据权利要求7所述一种采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形NM400钢板的制造方法，其特征在于每组夹送辊均有2组比例控制阀控制升降，可单独控制；夹送辊两侧辊缝均可异步调整，两侧辊缝基本保持一致。
9.根据权利要求8所述一种采用在线淬火工艺生产的薄规格优质板形NM400钢板的制造方法，其特征在于将夹送辊辊缝设定在1mm左右，具体根据厚度情况微调，过大或者过小都会导致板形瓢曲。
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