專利名稱：微合金化鋼及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新鋼鐵產(chǎn)品及其應(yīng)用，尤其是一種在鋼中加入鈮、釩元素制備出優(yōu)質(zhì)的用于制造液壓支架或汽車吊臂的鈮、釩微合金化焊接高強(qiáng)度中厚板。
背景技術(shù)：
工程機(jī)械是指礦山及各類工程施工用鉆機(jī)、電鏟、電動輪翻斗車、礦用汽車、挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、各類起重機(jī)和礦用液壓支架等機(jī)械設(shè)備。由于種類繁多，工作環(huán)境條件各異，因而對鋼板力學(xué)性能要求也不同，除強(qiáng)度、延伸、沖擊韌性、焊接性和冷熱加工性等方面要求以外，有的還要求耐磨性、耐鉵性和抗疲勞等性能。
自1916年美國生產(chǎn)出第一臺履帶式和硬橡膠實(shí)心輪胎式自行起重機(jī)以來，工程機(jī)械建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，所以各類工程機(jī)構(gòu)均向合金化、輕量化、大型化方向發(fā)展，促進(jìn)了工程機(jī)械用鋼向高強(qiáng)韌性焊接結(jié)構(gòu)鋼方向發(fā)展。
工程機(jī)械用鋼品種極其繁多，普通工程機(jī)械可采用一般結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼，但對于大型工程機(jī)械用鋼，世界上發(fā)達(dá)工業(yè)國家自50年代以來，已逐步采用抗拉強(qiáng)度為590～950MPa級各類高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼和Rm(σb)為1080MPa、1270Mpa級耐磨鋼，如美國的ASTM A514系列鋼，德國的DIN中的STE系列鋼，日本以新日鐵WEL-TEN系列為代表的HT60、HT70、HT80、HT100等級別的鋼種等，其中ASTM A514鋼便是美國于1952年首先研制成功的著名鋼種。T-1鋼，它包括適于不同用途的14個成分。
當(dāng)今，工業(yè)發(fā)達(dá)國家在這類鋼板的開發(fā)與生產(chǎn)上的總體趨勢是采用先進(jìn)的冶煉工藝，以保證鋼質(zhì)的純凈度，對強(qiáng)度相對較低和厚度較薄的鋼板采用控軋控冷工藝生產(chǎn)；對強(qiáng)度相對較高和厚度較厚的鋼板采用調(diào)質(zhì)處理或軋后直接淬火再回火方法生產(chǎn)，在許多高強(qiáng)度鋼的熱處理中采用中溫回火(尤其在高強(qiáng)度耐磨鋼板方面)。這些工藝的突出特點(diǎn)是在保證鋼板性能的同時，節(jié)約了能源，簡少了鋼中合金元素，同時提高了生產(chǎn)效率。例如，控軋控冷方法生產(chǎn)的低碳微合金高強(qiáng)度鋼板，由于合金元素加入量較少，在可焊性、成型性等方面具有一系列優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。再如軋后直接淬火，不僅大大節(jié)約了能源，而且可提高鋼板的臨界淬火厚度。
國內(nèi)在制造此類中厚板大多采用鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→鋼包爐精煉(LF或VD)→板坯連鑄→加熱爐→控制軋制→調(diào)質(zhì)處理的工藝流程，由于煉鋼采用了鋼包精煉爐精煉及軋后鋼板調(diào)質(zhì)處理，致使生產(chǎn)周期大大延長，生產(chǎn)成本也相應(yīng)提高。
據(jù)估算，煉鋼過程如增加LF或VD爐精煉，噸鋼生產(chǎn)成本約需增加100～150元；調(diào)質(zhì)處理噸鋼成本約需增加150元左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種微合金化鋼，該微合金化鋼是在鋼中加入鈮、釩元素從而得到無需調(diào)質(zhì)處理即能達(dá)到560MPa以上抗拉強(qiáng)度的鋼板，并具有良好的塑韌性。
本發(fā)明的另一目的是為了提供一種微合金化鋼的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的可通過如下措施來實(shí)現(xiàn)一種微合金化鋼是由具有下述重量百分含量的元素構(gòu)成C 0.10-0.15％ Si 0.25-0.55％Mn 1.30-1.60％Nb 0.03-0.06％V 0.06-0.09％ P 0-0.025％S 0-0.020％，其余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)。
上述微合金化鋼的制備過程是高爐鐵水(煉鐵廠提供)→鐵水預(yù)處理(脫硫)→轉(zhuǎn)爐冶煉(脫碳、升溫及鋼水脫氧、鈮、釩微合金化)→鋼包吹氬精煉(喂鋁絲)→板坯保護(hù)連鑄→加熱爐→控軋控冷→精整、檢驗、入庫。
本發(fā)明的另一目的可通過如下措施來實(shí)現(xiàn)一種微合金化鋼的應(yīng)用是將該合金化鋼制成用于制造液壓支架或汽車吊臂的中厚板。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)利用本發(fā)明生產(chǎn)此類中厚板的最大特點(diǎn)是軋后鋼板勿需調(diào)質(zhì)處理其強(qiáng)度即能達(dá)到了560MPa以上，并且具有良好的塑韌性。經(jīng)蘭州理工大學(xué)(原甘肅工業(yè)大學(xué))焊接試驗中心對鋼板的可焊性進(jìn)行檢驗評定表明，其焊接性能完全達(dá)到國標(biāo)要求。
本發(fā)明采用的完全是一種短流程、低成本、高效的生產(chǎn)工藝，技術(shù)上具有很強(qiáng)的生命力及競爭力。
一般鋼中碳、硅、錳元素的含量對鋼材最終的性能有極大的影響，設(shè)計出合理的碳、硅、錳元素的含量以及微合金元素鈮、釩的加入量及采用合適的控軋控冷工藝是本發(fā)明的關(guān)鍵。
本發(fā)明在鋼中加入鈮、釩，能夠起到細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化的作用；其中鈮能夠強(qiáng)烈抑制奧氏體再結(jié)晶，提高奧氏體再結(jié)晶溫度，擴(kuò)大奧氏體未再結(jié)晶區(qū)溫度范圍，從而實(shí)現(xiàn)較大范圍內(nèi)的未再結(jié)晶區(qū)控軋；加熱過程中未固溶的氮化鈮能夠提高奧氏體的粗化溫度，阻止晶粒長大；軋制過程中氮化鈮及氮化釩依靠形變誘導(dǎo)析出，也能夠阻止奧氏體晶粒長大，從而使奧氏體晶粒細(xì)化；已經(jīng)充分固溶的碳化鈮及碳化釩在冷卻過程彌散沉淀析出，阻止晶界和位錯遷移，從而顯著提高強(qiáng)度。晶粒細(xì)化及沉淀析出強(qiáng)化作用促使鋼材具有良好的強(qiáng)韌性。
具體的實(shí)施方式本發(fā)明還將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步詳述本發(fā)明的微合金化鋼是以脫氧合金的形式將鈮、釩微量元素添加進(jìn)鋼中的，具體實(shí)施過程為經(jīng)預(yù)處理后的鐵水經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉其成分(碳、硫、磷)及溫度達(dá)到要求時倒?fàn)t出鋼。出鋼前將不易氧化的鈮鐵連同其它脫氧合金(如硅錳鐵、硅鐵)直接加入到鋼包底部；出鋼過程中隨鋼流依次將鋁錳鐵、硅鈣鐵及釩鐵等脫氧合金以一定數(shù)量加入到鋼水中，對鋼水進(jìn)行配錳、配硅、配鈮、配釩等脫氧及微合金化處理，使鋼水成分達(dá)到微合金化鋼成分控制范圍，即該鋼中含有C 0.10-0.15％、Si 0.25-0.55％、Mn 1.30-1.60％、Nb 0.03-0.06％、V 0.06-0.09％、P 0-0.025％、S 0-0.020％，其余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)；進(jìn)而經(jīng)連鑄澆成一定規(guī)格的板坯，后經(jīng)軋制成材。
其制備工藝如下高爐鐵水(煉鐵廠提供)→鐵水預(yù)處理(脫硫)→轉(zhuǎn)爐冶煉(脫碳、升溫及鋼水脫氧、Nb、V微合金化)→鋼包吹氬精煉(喂Al絲)→板坯保護(hù)連鑄→加熱爐→控軋控冷→精整、檢驗、入庫。
本發(fā)明實(shí)施了上述的工藝，通過冶煉控制好鋼中成分，通過吹氬精煉提高鋼水的潔凈度。在鈮、釩含量的控制方面，主要以鈮、釩在鋼水中的實(shí)際收得率(鈮為90％、釩為80％)為依據(jù)，準(zhǔn)確計算其噸鋼配加量，規(guī)范加入制度，使鋼中鈮、釩含量得到有效控制。通過嚴(yán)格的控軋控冷工藝，實(shí)現(xiàn)了制備出優(yōu)質(zhì)的用于制造液壓支架或汽車吊臂的鈮、釩微合金化焊接高強(qiáng)度中厚板。
控軋控冷主要包含以下幾方面內(nèi)容1、控制軋制粗軋段(高溫再結(jié)晶區(qū))軋制道次壓下率不低于15％，精軋段(未再結(jié)晶區(qū))開軋溫度低于950℃，軋制總壓下率不低于50％，終軋溫度嚴(yán)格控制在830±20℃。
2、控制冷卻冷卻速度控制在5～15℃/s(按規(guī)格)，終冷溫度控制在630～680℃。
通過控軋控冷，一則使鋼的組織細(xì)化，二則還可以控制鈮、釩的碳氮化物在冷卻過程中的析出，從而達(dá)到提高鋼材強(qiáng)韌性的目的。
權(quán)利要求
1.一種微合金化鋼，由具有下述重量百分含量的元素構(gòu)成C 0.10-0.15％ Si 0.25-0.55％Mn 1.30-1.60％Nb 0.03-0.06％V 0.06-0.09％ P 0-0.025％S 0-0.020％，其余量為Fe。
2.一種權(quán)利要求1所述的微合金化鋼的應(yīng)用，其特征在于將該微合金化鋼制成用于制造液壓支架或汽車吊臂的中厚板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新鋼鐵產(chǎn)品；該鋼產(chǎn)品是通過在鋼中加入鈮、釩元素制備出微合金化鋼，將其用于制造液壓支架或汽車吊臂的鈮、釩微合金化焊接高強(qiáng)度中厚板；本發(fā)明的鋼產(chǎn)品隸屬于高強(qiáng)度工程機(jī)械類用鋼。
文檔編號C22C38/12GK1609254SQ20031010591
公開日2005年4月27日 申請日期2003年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月21日
發(fā)明者臧秋華, 張震, 任培東, 王酒生 申請人:酒泉鋼鐵(集團(tuán))有限責(zé)任公司