專利名稱：冷成型高強度焊接結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種冷成型高強度焊接結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)方法，具體地說是生產(chǎn)一種抗拉強度為590MPa級，具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕性、抗疲勞性及易成型特點的高強度焊接結(jié)構(gòu)鋼的方法，屬微合金化鋼制造領域。
背景技術：
高速化是當今鐵路技術發(fā)展的重要標志，鐵路貨車速度之所以難以提高，重要的因素之一是受轉(zhuǎn)向架制約，而優(yōu)良的轉(zhuǎn)向架必須用優(yōu)良的材質(zhì)來制造。近幾年來，鐵路部門一直對貨車的轉(zhuǎn)向架進行不斷的研制，以提高轉(zhuǎn)向架綜合性能，滿足貨運列車提速要求。時速140公里以上的鐵路貨車的轉(zhuǎn)向架，其材質(zhì)要求具有較高的強度和優(yōu)良的綜合機械性能，特別是橫向韌性和冷成型要求較高。在本發(fā)明之前，獲得高強度、高韌性和性能均勻的鋼板生產(chǎn)方法，有如日本的特許公開平10-53812提出的《高強度高靱性槽造用鋼板の製造法》和特許公開平11-279636號公報所提出的《板厚方向材質(zhì)差の小さい高張力鋼板の製造方法》。兩生產(chǎn)方法主要是在軋制過程中實行兩階段控制軋制，一是在未再結(jié)晶溫度區(qū)域控軋，二是在再結(jié)晶溫度區(qū)控軋，并同時控制軋制過程冷卻速度。另外終軋后要進行控冷和對鋼板進行正火+回火或調(diào)質(zhì)處理。上述方法不足之處一是工業(yè)生產(chǎn)實際執(zhí)行難度較大，會導致性能波動較大；二是要進行正火+回火或調(diào)質(zhì)處理，生產(chǎn)成本較高；三是橫向韌性不足，不具備耐大氣腐蝕性。故上述方法生產(chǎn)的鋼板，不能同時具有高強度、高韌性、較強的耐大氣腐蝕性、抗疲勞性及優(yōu)良的冷成型性能，滿足不了鐵路提速后對轉(zhuǎn)向架材質(zhì)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種微合金元素少、生產(chǎn)成本低，大生產(chǎn)操作方便，不要進行正火+回火或調(diào)質(zhì)處理的冷成型高強度焊接結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)方法，使生產(chǎn)的鋼抗拉強度達590MPa級，同時具有高韌性、較強的耐大氣腐蝕性、抗疲勞性及優(yōu)良的冷成型性能，能用于制造鐵路提速后的轉(zhuǎn)向架。
本發(fā)明為了達到上述目的，提供一種冷成型高強度焊接結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)方法，按超純凈鋼工藝進行冶煉，采用鐵水脫硫技術、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑?、真空處理，其特征在于鋼的生產(chǎn)步驟為①冶煉并經(jīng)成分微調(diào)后鋼的化學成分按重量百分數(shù)計含有C0.01～0.12、Si0.05～0.40、Mn0.70～1.80、P≤0.025、S≤0.010、Nb0.005～0.080、V0.005～0.080、Mo0.10～0.50、Ni0.05～0.80、Ti0.005～0.040、Cu0.10～0.50，余量為Fe及不可避免的夾雜；②將上述鋼水進行稀土處理，在結(jié)晶器中喂入混合稀土絲，喂絲速度≥0.6m/min，喂入量每噸鋼120～180克，控制RE/S為2～3；或?qū)⑸鲜鲣撍M行鈣處理，在鋼包爐工位進行，首先吹氬氣使鋼水循環(huán)流動后喂硅鈣包芯線，喂入位置在鋼包爐半徑的1/2處，喂入深度為0.8×鋼包爐高度處，最淺深度0.8m；喂線量為噸鋼500～800克，控制Ca/S為1.5～5.0；喂線速度按Vca＝0.58h/[δ(1-δ/Dca)]×10-3，Vca單位為m/s；式中h為吹氬深度，m；δ為包芯線鐵皮厚度，m；Dca為硅鈣線直徑，m；喂線時在鋼包底吹氬氣攪拌，喂線完成后再吹氬3～5分鐘；③將稀土處理或鈣處理后的鋼水澆注成板坯；④將上述板坯采用a.控制軋制的中厚板生產(chǎn)工藝軋制成中厚板或采用b.控軋控冷的熱連軋生產(chǎn)工藝軋制成熱軋板a.控制軋制中厚板生產(chǎn)工藝是將板坯加熱，加熱速度8～12min/cm，均熱溫度1210～1260℃；先粗軋，開軋溫度≥1050℃，在1000～1100℃進行5～9道次軋制，每道次壓下率不少于10％，累計壓下率不小于70％，粗軋結(jié)束后沖高壓水急冷到960～940℃，然后空冷15～30秒；再在780～950℃進行6～10道次精軋，每道次壓下率≥12％，終軋溫度≤830℃，軋制成中厚板；b.熱連軋生產(chǎn)工藝為將板坯加熱至1210～1260℃；粗軋時每道次壓下率≥20％，累計壓下率≥80％，粗軋結(jié)束溫度≤1000℃，精軋開軋溫度≤950℃，中間道次壓下率≥20％，最后2道次壓下率≥10％，終軋溫度≤800℃，軋后采用層流冷卻，冷卻速度≥18℃/s，卷取溫度500～600℃，制得熱軋板。
本發(fā)明的生產(chǎn)方法工藝流程為按超純凈鋼工藝進行冶煉--鐵水脫硫--轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑?-真空處理-- --澆注成板坯— 本發(fā)明的生產(chǎn)方法，按超純凈鋼工藝進行冶煉，利用鐵水脫硫技術，采用轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑?，進行真空處理，對鋼的主要化學成分的含量作了限定本發(fā)明的C為0.01％～0.12％，C是鋼中不可缺少的提高鋼材強度的元素之一，為了保高韌性和優(yōu)良的冷成型性、焊接性能，將C限定在0.12％以下，既提高鋼的強度又適合生產(chǎn)操作。Si為0.05％～0.40％，Si是常用脫氧的主要元素，它在鋼中起固溶強化的作用，若將鋼中Si含量控制在0.25％以內(nèi)，還可滿足激光切割需求。Mn含量是根據(jù)產(chǎn)品軋制時的冷卻速度、規(guī)格和性能而確定的，添加0.70％～1.80％的Mn，以提高Mn/C比值，降低奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體的相變溫度，擴大熱加工溫度區(qū)域，有利于細化鐵素體晶粒尺寸，高Mn低C，可提高Nb(C、N)在奧氏體中的溶度積，抑制其在奧氏體中過早析出傾向，促進沉淀強化效應。
本發(fā)明選擇Ti 0.005％～0.040％，Ti是一種強烈的碳化物和氮化物形成元素，在鋼重新加熱中阻止奧氏體晶粒長大，及在高溫奧氏體區(qū)粗軋時Ti(C、N)析出，抑制奧氏體晶粒長大，另鋼板在焊接過程中，鋼中TiN和TiC粒子能顯著阻止熱影響區(qū)晶粒長大，改善焊接性能。本發(fā)明Ni是0.05％～0.80％，Ni為確保鋼的韌性和耐蝕性及改善因鋼含Cu帶來熱加工敏感性而添加的。本發(fā)明Nb 0.005％～0.080％，極微量的Nb能顯著細化晶粒并提高鋼的常溫抗拉強度，Nb在控軋過程中，通過抑制再結(jié)晶和阻止晶粒長大，細化奧氏體晶粒尺寸。在軋后冷卻過程中，Nb(C、N)微小質(zhì)點析出，起沉淀強化作用。
本發(fā)明選擇V 0.005％～0.080％，V是一種相當強烈的碳化物元素，主要調(diào)整沉淀強化，但過高的V對鋼的塑、韌性及裂紋敏感性都有害。選擇Cu0.10％～0.50％，主要起提高鋼的耐大氣腐蝕性和提高強度的作用。選擇Mo 0.10％～0.50％，為降低鋼在軋制過程中的奧氏體→鐵素體轉(zhuǎn)變溫度，并提高Nb(C、N)在奧氏體中的溶度積，使大量Nb保持在固溶體中，以便在低溫轉(zhuǎn)變的鐵素體中彌散析出，以達到較好的沉淀強化效果。本發(fā)明屬微合金化鋼制造領域，除含有上述化學成分外，余量為Fe及不可避免的夾雜。
同時鋼化學成分還需滿足焊接冷裂紋敏感系數(shù)Pcm(％)≤0.20，公式為Pcm(％)＝C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B，其碳當量Ceq(％)≤0.50，公式為Ceq(％)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
本發(fā)明冶煉的鋼水采用稀土處理或鈣處理工藝后，將其澆注為200～300mm厚的板坯，再采用控制軋制的中厚板生產(chǎn)工藝軋制成中厚板或控軋控冷的熱連軋生產(chǎn)工藝軋制成熱軋板。
本發(fā)明冶煉的鋼水采用稀土處理工藝時在結(jié)晶器中喂入混合稀土絲，喂絲速度V≥0.6m/min，喂入量為噸鋼120～180克，控制RE/S為2～3，可使鋼中的硫化物和氧化物夾雜物球化，鋼的縱、橫向性能差異縮小，并大大改善耐蝕性；本發(fā)明冶煉的鋼水采用鈣處理是在鋼包爐工位進行，在盛鋼桶半徑的1/2處喂入硅鈣包芯線，喂線速度的計算是從硅鈣線熔化角度考慮；喂線量為噸鋼500～800克，控制Ca/S在1.5～5.0，同樣可使鋼中的硫化物和氧化物夾雜物球化，鋼的縱、橫向性能差異縮小，改善耐蝕性。喂線時在鋼包底吹氬氣攪拌，喂線完成后再吹氬3～5分鐘；本發(fā)明的生產(chǎn)方法中采用控制軋制中厚板生產(chǎn)工藝時，粗軋在再結(jié)晶區(qū)進行多道次軋制時，每道次壓下率不少于10％，累計壓下率不小于70％，可使奧氏體晶粒細化到20μm，粗軋結(jié)束后采用沖1～2道次高壓水急冷到960～940℃，然后空冷15～30秒，使板坯內(nèi)外溫度均勻化，接著進入精軋階段，軋制成板厚為10～50mm中厚板。
本發(fā)明的生產(chǎn)方法中采用熱連軋生產(chǎn)時為充分發(fā)揮微合金元素在鋼中的作用，若采用大功率軋機的設備能力，可減少軋制道次，提高道次壓下率，粗軋每道次壓下率≥20％，累計壓下率≥80％，使之奧氏體晶粒細化到15μm以下，粗軋結(jié)束溫度≤1000℃；粗軋后進行精軋、冷卻、卷取，制得板厚為3～25mm的熱軋板。
本發(fā)明的生產(chǎn)方法具有如下優(yōu)點1.本發(fā)明提供的生產(chǎn)方法，采用的微合金元素少、大生產(chǎn)操作方便，能適應大生產(chǎn)要求。
2.本發(fā)明的生產(chǎn)方法，因在生產(chǎn)過程中進行了稀土處理或鈣處理，使鋼中的硫化物和氧化物夾雜物球化，鋼的縱、橫向性能差異縮小，特別是改善了鋼的橫向韌性，使橫向韌性優(yōu)良，并大大改善鋼的耐蝕性和抗疲勞性能，從而使鋼具有優(yōu)良的綜合機械性能。其抗拉強度可達590MPa以上，橫向-40℃沖擊達47J以上，適合于用于制造鐵路提速后的貨車轉(zhuǎn)向架，能滿足時速在140公里以上鐵路貨車轉(zhuǎn)向架材質(zhì)性能的要求。
3.本發(fā)明的生產(chǎn)方法是通過控制軋制或控軋控冷的軋鋼工藝生產(chǎn)方法進行生產(chǎn)的，不需要對鋼板進行調(diào)質(zhì)處理，故其生產(chǎn)成本較低。
具體實施例方式
實施例1采用本發(fā)明方法生產(chǎn)冷成型高強度焊接結(jié)構(gòu)鋼中厚板，在煉鋼廠80噸轉(zhuǎn)爐上進行頂?shù)讖秃洗禑?，采用鐵水脫硫技術，使鐵水中S含量≤0.005％，鋼水經(jīng)吹氬氣后，再經(jīng)真空處理，使鋼的化學成分按重量百分數(shù)計含有C0.09、Si0.24、Mn1.22、P0.012、S0.007、Nb0.055、V0.039、Mo0.15、Ni0.15、Ti0.007、Cu0.10，余量為Fe及不可避免的夾雜；鋼水在結(jié)晶器內(nèi)每噸鋼喂入稀土絲160克，并澆注為210×1050mm斷面的板坯；然后將板坯送至中板廠進行軋制，板坯加熱速度11min/cm，均熱溫度1240℃；在2800mm軋機上進行軋制，開軋溫度1080℃，采用兩階段控制軋制粗軋是在1000℃～1100℃高溫奧氏體再結(jié)晶區(qū)進行6道次軋制的，每道次壓下率均在13％以上，累計壓下率80％；粗軋結(jié)束后采用高壓水急冷到950℃，然后空冷20秒，使板坯內(nèi)外溫度均勻化；精軋階段是在780～950℃高溫奧氏體未再結(jié)晶區(qū)內(nèi)進行8道次軋制的，每道次壓下率均勻在12％，終軋溫度800℃，軋制成8mm厚度的中厚板。其軋態(tài)橫向力學性能屈服強度ReL為520MPa，抗拉強度Rm為650MPa，延伸率A5為28％，-40℃橫向沖擊功Akv為120J。
實施例2采用本發(fā)明的方法生產(chǎn)冷成型高強度焊接結(jié)構(gòu)鋼熱連軋板，在煉鋼廠250噸轉(zhuǎn)爐上進行頂?shù)讖秃洗禑?，采用鐵水脫硫技術，使鐵水中S含量≤0.005％，鋼水經(jīng)吹Ar后，再經(jīng)RH真空處理，使鋼的化學成分按重量百分數(shù)計含有C0.04、Si0.10、Mn1.60、P0.014、S0.001、Nb0.025、V0.008、Mo0.25、Ni0.50、Ti0.015、Cu0.40，余量為Fe及不可避免的夾雜。然后在鋼包爐中進行硅鈣處理工藝，開始前先吹氬氣2分鐘以使鋼液循環(huán)流動起來，后喂硅鈣包芯線，喂入位置在盛鋼桶的半徑1/2處，喂入深度為1.2m處，喂線量是每噸鋼喂線700克，喂線速度是250m/min；喂線時在鋼包底吹氬氣攪拌，喂線完成后再吹氬5分鐘，使夾雜物上??；然后將其澆注成斷面為230×1550mm的板坯；進入熱軋廠的2250mm熱連軋機上進行的軋制，板坯經(jīng)加熱達1220℃，粗軋每道次壓下率22％，累計壓下率86％，粗軋結(jié)束溫度980℃；精軋是在七機架連軋機上，開軋溫度930℃，中間道次壓下率25％，最后2道次壓下率12％，終軋溫度790℃，經(jīng)7道次軋制成14mm厚的鋼板，軋后采用層流冷卻，冷卻速度20℃/s，卷取溫度550℃。其橫向力學性能屈服強度ReL為510MPa，抗拉強度Rm為630MPa，延伸率A5為25％，-40℃橫向沖擊功Akv為250J。
表1是本發(fā)明鋼生產(chǎn)方法與傳統(tǒng)高強度鋼生產(chǎn)方法對比表，表2是本發(fā)明鋼生產(chǎn)方法與傳統(tǒng)高強度鋼生產(chǎn)方法生產(chǎn)的鋼板性能對比表，表中A1和A2分別為實施例1和實施例2。從中可看出，用本發(fā)明生產(chǎn)方法生產(chǎn)出的鋼板，成本低，其性能水平遠遠高出對比鋼性能。
表1本發(fā)明鋼生產(chǎn)方法與傳統(tǒng)高強度鋼生產(chǎn)方法對比表

表2本發(fā)明鋼生產(chǎn)方法與傳統(tǒng)高強度鋼生產(chǎn)方法生產(chǎn)鋼板性能對比表

本發(fā)明的方法可廣泛應用于生產(chǎn)各類工程機械所需的高強度焊接結(jié)構(gòu)鋼，生產(chǎn)的鋼抗拉強度為590MPa級，同時具有高韌性、較強的耐大氣腐蝕性、抗疲勞性及優(yōu)良的冷成型性能，特別適合于用于制造鐵路提速后的貨車轉(zhuǎn)向架。
權利要求
1.一種冷成型高強度焊接結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)方法，按超純凈鋼工藝進行冶煉，采用鐵水脫硫技術、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑挕⒄婵仗幚?，其特征在于鋼的生產(chǎn)步驟為①冶煉并經(jīng)成分微調(diào)后鋼的化學成分按重量百分數(shù)計含有C0.01～0.12、Si0.05～0.40、Mn0.70～1.80、P≤0.025、S≤0.010、Nb0.005～0.080、V0.005～0.080、Mo0.10～0.50、Ni0.05～0.80、Ti0.005～0.040、Cu0.10～0.50，余量為Fe及不可避免的夾雜；②將上述鋼水進行稀土處理，在結(jié)晶器中喂入混合稀土絲，喂絲速度≥0.6m/min，喂入量每噸鋼120～180克，控制RE/S為2～3；或?qū)⑸鲜鲣撍M行鈣處理，在鋼包爐工位進行，首先吹氬氣使鋼水循環(huán)流動后喂硅鈣包芯線，喂入位置在鋼包爐半徑的1/2處，喂入深度為0.8×鋼包爐高度處，最淺深度0.8m；喂線量為噸鋼500～800克，控制Ca/S為1.5～5.0；喂線速度按Vca＝0.58h/[δ(1-δ/Dca)]×10-3，Vca單位為m/s；式中h為吹氬深度，m；δ為包芯線鐵皮厚度，m；Dca為硅鈣線直徑，m；喂線時在鋼包底吹氬氣攪拌，喂線完成后再吹氬3～5分鐘；③將稀土處理或鈣處理后的鋼水澆注成板坯；④將上述板坯采用a.控制軋制的中厚板生產(chǎn)工藝軋制成中厚板或采用b.控軋控冷的熱連軋生產(chǎn)工藝軋制成熱軋板a.控制軋制中厚板生產(chǎn)工藝是將板坯加熱，加熱速度8～12min/cm，均熱溫度1210～1260℃；先粗軋，開軋溫度≥1050℃，在1000～1100℃進行5～9道次軋制，每道次壓下率不少于10％，累計壓下率不小于70％，粗軋結(jié)束后沖高壓水急冷到960～940℃，然后空冷15～30秒；再在780～950℃進行6～10道次精軋，每道次壓下率≥12％，終軋溫度≤830℃，軋制成中厚板；b.熱連軋生產(chǎn)工藝為將板坯加熱至1210～1260℃；粗軋時每道次壓下率≥20％，累計壓下率≥80％，粗軋結(jié)束溫度≤1000℃，精軋開軋溫度≤950℃，中間道次壓下率≥20％，最后2道次壓下率≥10％，終軋溫度≤800℃，軋后采用層流冷卻，冷卻速度≥18℃/s，卷取溫度500～600℃，制得熱軋板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冷成型高強度焊接結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)方法，屬低合金鋼制造領域。本發(fā)明采用低碳－錳為基，添加鈮、鈦微合金化元素為主要成分，采用鐵水脫硫技術、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑?、真空處理，冶煉的鋼水采用稀土處理或鈣處理工藝后，將其澆注成板坯，再采用中厚板生產(chǎn)工藝或熱連軋生產(chǎn)工藝，軋制成中厚板或熱軋板。本發(fā)明可廣泛應用于生產(chǎn)各類工程機械所需的高強度焊接結(jié)構(gòu)鋼。生產(chǎn)的鋼抗拉強度為590MPa級以上，具有極優(yōu)綜合機械性能、冷熱加工性、耐蝕性和抗疲勞性，可進行手工和氣保焊，能有效降低焊接施工強度，可廣泛用于鐵路車輛、載重汽車、工程機械等行業(yè)，特別適合于制造時速140公里以上的鐵路車輛上用的轉(zhuǎn)向架。
文檔編號C21C7/00GK1563468SQ20041001303
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月14日 優(yōu)先權日2004年4月14日
發(fā)明者鄭琳, 陸在學, 張云燕, 郭斌 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司