CN109252107B - 一种高平直度超高强钢的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种高平直度超高强钢的生产方法，钢的生产工艺路线为铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸→加热→轧制→矫直→淬火→回火→精整→性能检验→探伤，其牲在于：钢的化学组成百分含量为C=0.15~0.20，Si=0.15～0.35，Mn=1.0～1.50，P≤0.012，S≤0.003，Nb=0.010~0.030，V=0.015~0.040，Ti=0.010~0.025，Als=0.020～0.045，Cr=0.40～0.60，Mo=0.10～0.30，Ni=0.20~0.50，B=0.0008~0.0025，CEV≤0.60，余量为Fe和不可避免的杂质。生产厚度6‑25mm，宽度1500‑3800mm超高强钢，钢板屈服强度≥1100MPa，抗拉强度≥1200MPa，延伸率≥11%，‑40℃冲击功≥50J，钢板任意方向平直度≤3mm/m。

Description

一种高平直度超高强钢的生产方法

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，特别涉及一种高平直度屈服强度1100MPa级超高强钢的生产方法。

背景技术

为了满足构件大型化、大跨度化的制造需求，节约资源和符合环保的要求，工程机械装备向着轻量化发展，屈服强度大于1100MPa超高强钢在工程机械关键部件（如起重机吊臂等）上得到广泛应用。目前应用厚度规格主要为4-25mm，生产工艺大多为TMCP+淬火+低温，回火材料组织以回火马氏体为主，残余应力大。因钢板强度高，板形控制难度大，性能不均匀，在使用过程中会产生一系列问题，如切割变形，折弯变形不一致，导致加工精度差等，需增加额外校平工序，对企业的生产效率产生较大影响并增加生产成本。

中国专利201110096170.0公开了一种“屈服强度1100MPa-1200MPa级超高强钢及其生产方法”，该方法为卷板生产工艺，生产钢板宽度较窄。中国专利201210491489.8公开了一种“屈服强度1100MPa级工程机械用非调质态热轧带钢及制备方法”，生产厚度规格为2-6mm，采取两阶段轧制，轧制后冷却至200-400℃再进行卷曲，轧后不热处理，材料组织位错密度高，残余应力大。中国专利201610587785.6公布了“一种冷弯性能优良屈服强度大于1100MPa的钢板及其制备方法”，其轧制分两阶段，粗轧温度1050-1100℃，在850℃-950℃精轧，轧后ACC冷却至630-750℃，钢板淬火后进行强力矫直，不进行回火处理，钢板仍存在较大内应力，在客户使用时易出现切割变形和折弯精度差等问题。中国专利201210223610.9公布了“一种屈服强度1100MPa级高强度钢板及其制造方法”，合金元素Ni添加0.60%-2.00%，合金含量较高使得产品成本较高。

发明内容

本专利旨在提供一种高平直度屈服强度1100MPa级超高强钢的生产方法，所生产钢板厚度规格6-25mm，宽度1500-3800mm，通过合理的化学成分、轧制工艺设计和矫直处理，保证钢板在热处理前平直度达到任意方向≤5mm/m，热处理后不平度≤3mm/m。

本发明的技术方案：

一种高平直度超高强钢的生产方法，钢的生产工艺路线为铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸→加热→轧制→矫直→淬火→回火→精整→性能检验→探伤，钢的化学组成百分含量为：C=0.15~0.20，Si=0.15～0.35，Mn=1.0～1.50，P≤0.012，S≤0.003，Nb=0.010~0.030，V=0.015~0.040，Ti=0.010~0.025，Als=0.020～0.045，Cr=0.40～0.60，Mo=0.10～0.30，Ni=0.20~0.50，B=0.0008~0.0025，CEV≤0.60，余量为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：

(1) 轧制工艺：板坯加热出炉温度1200-1250℃，均热时间30-50分钟；粗轧三道次压下率≥18%，至少一道次压下率≥22%，粗轧后不待温，在精轧机将板坯轧至目标厚度；轧制结束后，在轧机出口将钢板快速冷却至Ar₃﹢（0~40）℃，利用预矫直机对钢板进行矫直；随后快速通过Mulpic，不开水，钢板在Mulpic出口进行热矫，再运送至冷床空冷，入垛前进行冷矫，再入垛缓冷。

(2) 调质工艺：淬火温度890-930℃，加热时间为板厚mm×3min/mm；回火温度250-450℃，回火时间为板厚mm×6min/mm；出炉后空冷至室温。

最终获得组织以回火马氏体为主的钢板，其屈服强度大于1100MPa ，抗拉强度1200~1500MPa，延伸率大于11%，纵向、横向夏比冲击功（-40℃）达到30J以上，钢板任意方向不平度小于3mm/m。

发明原理：

化学成分设计：C含量增加，利于提高钢的淬透性和强度，在碳含量≥0.30时，可焊性大幅下降，而在碳含量≤0.20的情况下，其对焊接性不利影响可通过控制碳当量来消除。碳含量低，影响钢的淬透性，在冷却过程中易产生软相组织，影响钢板的强度，本发明在考虑获得所需要的强度性能的同时，兼顾材料的可焊接性，控制C元素的含量为0.15~0.20。Mn元素可提高钢的强度、硬度和淬透性，但钢中Mn含量过高，偏析区域在冷却时易产生脆性组织和微裂纹；锰和硫的浓度积高，硫化锰析出会恶化钢材的横向及厚度方向性能；为避免高锰所带来的危害，本发明设计Mn含量为1.0～1.50。为满足钢材性能指标对淬透性的要求，设计添加Cr、Mo、Ni来提高淬透性和强度，但加入量过高会导致碳当量高，影响可焊性，为避免这一不利影响，需要添加微量的B来提高淬透性。钢中的氮与硼反应生成的BN会偏聚在晶界，促进铁素体生成，对淬透性造成不利的影响，根据目前钢中氮含量控制水平，计算出相应的Ti和Al的加入量，避免了多余的N造成有效硼减少的情况，同时利用细小TiN和AlN粒子细化晶粒。由于本发明主要通过热处理工艺控制组织和性能，轧制不需采用控制轧制，不需要加入太多的Nb和V。

轧制工艺：坯料加热温度低，合金成分不能完全固溶，加热温度过高，会导致晶粒异常长大，根据NbCN₂和NbC固溶公式计算出板坯加热温度上下限为1250℃和1200℃。坯料的温度均匀性影响轧制过程中变形的均匀性，导致厚度不均，引起各种板形问题，加热时间过长会导致过烧，因此需确定合理的加热时间；轧制温度高，变形抗力小，有利于控制板形，但在再结晶区轧制，奥氏体晶粒发生回复和再结晶，轧后快冷至相变点以上，将轧制后奥氏体硬化状态保留，为随后相变提供更多形核位置和驱动力，细化晶粒。

热处理工艺：奥氏体化温度和保温时间影响材料中的合金元素固溶，影响淬透性及晶粒大小，同时会影响钢板温度的均匀性，温度的均匀性影响钢板冷却后的相变和应力分布，从而影响到淬火后的板形。钢板淬火后存在较大内应力，需进行足够时间的回火去除应力，保证最终应力小且分布均匀。

本发明通过合理的化学成分、轧制工艺和热处理工艺设计，获得6~25mm厚，1500~3800mm宽超高强度钢板，性能指标符合标准要求，钢板平直度满足下游企业高标准要求。本发明优点：（1）成分设计采用低碳当量设计，通过Cr、B提高淬透性，减少贵重合金Ni、Nb、V的加入，合金成本低。（2）轧制采用高温热轧，轧制变形抗力小，利于板形控制，轧后快速冷却至相变点附近，保留轧制硬化，细化晶粒。（3）高温预矫+热矫+常温冷矫多次矫直，确保钢板淬火前板形平直，为淬火均匀冷却提供保障，利于性能均匀和应力均匀控制，钢板平直度高，最终产品不平度小于3mm/m。（4）低温长时间回火，在保证钢板性能的同时，最大程度去除内应力，钢材下料加工回弹变形小，折弯精度高。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的内容。

实施例一：8mmQ1100E钢板的生产

钢的化学组成质量百分比为C=0.17，Si=0.28，Mn=1.25，P=0.011，S=0.0021，Nb=0.015，V=0.022，Ti=0.018，Als=0.030， Cr=0.53，Mo=0.20，Ni=0.21，B=0.0018，CEV=0.55，余量为Fe和其它微量元素。生产工艺步骤包括：

轧制工艺：板坯经加热炉加热后，出钢温度为1230℃，均热时间33分钟，粗轧7道次后中间坯厚度为55mm，其中粗轧机轧制最后三道次压下率均在22%以上，，精轧终轧温度为841~863℃，轧制成厚度为8mm的钢板，随后快速冷却至732~755℃，经预矫机和热矫机矫直后在冷床空冷，钢板下线堆垛前再次进行冷矫。

调质工艺：经三次矫直后的钢板进行调质处理，淬火加热温度为920℃，淬火时间为24min，回火温度为300℃，回火时间为48min，回火后钢板空冷至室温。

经调质处理后钢板的屈服强度为1261MPa，抗拉强度为1374MPa，延伸率14%，-40℃1/2尺寸V型缺口夏比冲击功值51J、51J、54J，强韧性匹配良好，钢板不平度小于3mm/m。

实施例二：11mmQ1100E钢板的生产

钢的化学组成质量百分比为：C=0.18，Si=0.28，Mn=1.24，P=0.010，S=0.0018，Nb=0.016，V=0.021%，Ti=0.017，Als=0.030，Cr=0.55，Mo=0.21，Ni=0.20，B=0.0018，CEV=0.56，余量为Fe和其它微量元素。生产工艺步骤包括：

轧制工艺：板坯经加热炉加热后，出钢温度为1225℃，均热时间36分钟，粗轧7道次后中间坯厚度为60mm，其中粗轧机轧制最后三道次压下率均在22%以上，精轧终轧温度为845~870℃，轧制成厚度为11mm的钢板，随后快速冷却至738~762℃，经预矫机和热矫机矫直后在冷床空冷，钢板下线堆垛前再次进行冷矫。

调质工艺：经三次矫直后的钢板进行调质处理，淬火加热温度为920℃，淬火时间为33min，回火温度为300℃，回火时间为66min，回火后钢板空冷至室温。

经调质处理后钢板的屈服强度为1174MPa，抗拉强度为1367MPa，延伸率16.5%，-40℃ 3/4尺寸V型缺口夏比冲击功值75J、58J、70J，强韧性匹配良好，钢板不平度小于2.5mm/m。

Claims (1)

1.一种高平直度超高强钢的生产方法，工艺路线为铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸→加热→轧制→矫直→淬火→回火→精整→性能检验→探伤，其特征在于：钢的化学组成百分含量为C=0.15~0.20，Si=0.15～0.35，Mn=1.0～1.50，P≤0.012，S≤0.003，Nb=0.010~0.030，V=0.015~0.040，Ti=0.010~0.025，Als=0.020～0.045， Cr=0.40～0.60，Mo=0.10～0.30，Ni=0.20~0.50，B=0.0008~0.0025，CEV≤0.60，余量为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：

(1) 轧制工艺：板坯加热出炉温度1200-1250℃，均热时间30-50分钟；粗轧三道次压下率≥18%，至少一道次压下率≥22%，粗轧后不待温，在精轧机将板坯轧至目标厚度；轧制结束后，在轧机出口将钢板快速冷却至Ar₃﹢（0~40）℃，利用预矫直机对钢板进行矫直；随后快速通过Mulpic，不开水，钢板在Mulpic出口进行热矫，再运送至冷床空冷，入垛前进行冷矫，再入垛缓冷；

(2) 调质工艺：淬火温度890-930℃，加热时间为板厚mm×3min/mm；回火温度250-450℃，回火时间为板厚mm×6min/mm；出炉后空冷至室温。