一種長度≥30m的高強工程用鋼板及生產方法
【專利摘要】一種長度≥30m的高強工程用鋼板，其組分及重量百分比含量為：C：0.07~0.11%、Si：0.25~0.50%、Mn：1.30~1.50%、P：≤0.020%、S：≤0.010%、Nb+Ti：0.05~0.08%、B：0.0007～0.0020%、Als：0.015~0.05%；生產步驟：冶煉并連鑄成坯；對鑄坯加熱；采用TMCP工藝軋制；分四段進行冷卻；進行矯直；空冷至室溫；進行回火處理。本發(fā)明由于采用TMCP+回火生產，從而解決厚度為10~20mm，成品長度≥30m，單張重量8～12噸的鋼板在生產過程中質量不穩(wěn)定的問題，與國內外同等屈服強度級別鋼種相比，-40℃沖擊功≥200J，適用于制造在極端寒冷環(huán)境中工作的大型鋼鐵機械設備，并由于大大減少貴重合金的加入，使生產成本降低。
【專利說明】—種長度& 30m的高強工程用鋼板及生產方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工程用鋼及其生產方法，具體地屬于一種長度> 30m的高強工程用鋼板及生產方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟的飛速發(fā)展，工程機械向大型化、輕型化發(fā)展，對工程機械鋼板的需求越來越大。由于工程機械使用條件復雜，結構受力復雜，要求采用的鋼板具有高強度，高韌性外，對于使用在極寒氣候下的工程機械，還要求具有低溫沖擊韌性高等特點。目前Q460~Q690高強度已廣泛使用于礦山機械、工程機械、港口機械等領域，在當前的高強度單張鋼板生產中，已經實現(xiàn)通過TMCP工藝實施，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的調質工藝，從而降低生產成本、減少能源消耗、提高生產效率，其不足在于為得到貝氏體組織，對生產過程中各工藝參數(shù)，如加熱溫度、各階段軋制溫度、壓下率及軋后冷卻參數(shù)等均有較嚴格的要求，工藝窗口較窄，尤其對于薄規(guī)格超長大單重鋼板，主要問題在于鋼板沿軋制方向溫度均勻性較差，造成了鋼板沿軋制方向性能差別很大，且單純采用TMCP工藝生產薄規(guī)格(10-20mm)超長鋼板板形合格率較低。
[0003]在本發(fā)明之前，國內有550_700MPa級高強度鋼板的報道較多。如中國專利申請?zhí)枮?201010237136.6的專利文獻，公開了 “一種600MPa級別高強度工程機械用鋼及其生產方法”，其化學成分按照重量百分比為:C:0.06-0.09%、Si:0.15-0.25%、Mn:1.4-1.6%、P:≤0.020%、S 0.010%、Alt:0.020-0.060%、Nb:0.040-0.060%、T1:0.09-0.12%,其余為Fe。其生產方法為兩階段控制軋制+層流水冷卻的熱軋卷生產方式。與本發(fā)明的不同之處在于:生產方法不同，且鋼中加入較多的Ti，含量達到0.09-0.12%，其成本較高，且對鋼的焊接性能不利。
[0004]中國專利申請?zhí)枮?200810010899.X的專利文獻，公開了 “一種600MPa級熱軋薄鋼板及其制造方法”，其化學成分按照重量百分比為:c:0.02-0.09%、S1:0.1-0.35%、Mn:0.20-0.90%、P:≤ 0.040%、S:≤ 0.005%、N1:≤ 0.20%、Cu:0.20-0.40%、Cr:0.30-0.45%、Als:0.005-0.050%、Ca:0.0005-0.005%、Ti:0.02-0.15%,且含有 Nb:0-0.070%、Bs:0-0.003%中的一種或一種以上，其余為Fe。其發(fā)明方法所述鋼連鑄成120-300mm板坯后，采用控軋控冷工藝生產。其不足之處在于:添加了貴重合金N1、Cu、Cr等，增加了生產成本，且生產的鋼板的長度不超過20m。
[0005]中國專利申請?zhí)枮?200710093978.7的專利文獻，公開了一種“屈服強度550MPa級低裂紋敏感性鋼板及其制造方法”，其化學成分按照重量百分比為:c:0.005-0.04%、Si:0.4-0.70%、Mn:1.40-1.85%、Cr S 0.20%、Mo:≤ 0.20%、Cu:≤ 0.30%、Nb:0.04-0.08%、Al:0.02-0.06%、T1:0.004-0.030%、Bs:0.0005-0.0020%，其余為 Fe。其采用控軋和冷卻技術，獲得了以細化的貝氏體為主的基體組織，屈服強度大于550MPa、抗拉強度大于670MPa、夏比沖擊功Akv (-200C )≤150J的鋼板。其不足在于:添加了貴重合金Mo、Cu、Cr等,增加了生產成本，且生產的鋼板的長度不超過20m。[0006]中國專利申請?zhí)枮?201110074144.8的專利文獻，公開了 “一種屈服強度550MPa低碳貝氏體工程機械用鋼及其制備方法”，其化學成分按照重量百分比為:c:0.05-0.10%、Si:0.2-0.50%,Mn:1.50-1.80%, S ≤0.010%, P ≤0.018%, Cr:0.20-0.50%,Mo S 0.10%、Nb 0.10%、A1:0.015-0.050%,T1:0.010-0.040%、Bs:0.0010-0.0020%，其余為 Fe。其制
造方法為經鐵水預處理、復吹轉爐冶煉、LF精煉、RH精煉、板坯連鑄，通過調整部分元素含量、微合金化處理、TMCP工藝生產、生產出具有高強度、低溫韌性良好的貝氏體工程機械用鋼。其不足在于:添加了貴重合金Mo、Cr等，增加了生產成本，且生產的鋼板的長度不超過20mo ο

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種鋼板厚度規(guī)格范圍為l(T20mm，成品長度≥ 30m, ReL ≥ 550~700 MPajRm ≥ 670~850 MPa，延伸率 A ≥ 18%,-40°C Akv ≥ 200J 的工程用鋼板及其生產方法。
[0008]實現(xiàn)上述目的的措施:
一種長度≥30m的高強工程用鋼板，其組分及重量百分比含量為:C:0.07、.11%、Si:0.25、.50%,Mn:1.30-?.50%,P..≤0.020%、S:≤ 0.010%、Nb+Ti:0.05^0.08%,B:0.0007 ~0.0020%、Als:0.015~0.05%，其余為 Fe 和微量雜質元素，并滿足 Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B ≤0.22% ;力學性能:屈服強度在 55(T700MPa，抗拉強度 670~850MPa，延伸率A≥18%，-400C Akv≥200J，成品長度≥30m，鋼板厚度在10~20mm。
[0009]生產一種長度≥30m的高強工程用鋼板的方法，其步驟:
1)冶煉并連鑄成還;
2)對鑄坯加熱，控制均熱溫度在1160~1250°C，均熱時間不低于45min;并采用高壓水除鱗；
3)采用TMCP工藝進行軋制:控制粗軋開軋溫度不低于1100°C，并采用先進行寬展，后縱軋至成品厚度的2~3倍的厚度中間板，控制每道次壓下率不低于10%，且道次壓下率為遞增方式；控制精軋開軋溫度不超過960°C，軋制道次為4飛道次，道次壓下率為遞減方式；軋制結束后的溫度在Α,3+10~60°C ；
4)分A、B、C、D四段進行冷卻，控制A段水流量為2(T30L/S，B~D三段的水流量為120~180L/S，鋼板上下水量之比在1.2~1.5，冷卻速度為2(T30°C / S，終冷溫度在80~400V ；
5)進行矯直；
6)空冷至室溫；
7)進行回火處理，控制回火溫度在400~600°C，保溫時間根據(jù)以下公式確定: t=hXK+10 ~20min
式中:t一表示保溫時間,單位為min h—表示鋼板的厚度，單位為mm K一表示保溫系數(shù)，取值為1.5~2.0。
[0010]本發(fā)明中各元素及主要工序的作用
C、Mn是最有效的固溶強化元素，增加鋼中Mn的含量將降低鋼的相變溫度，細化晶粒，當Mn的含量超過1.5%時，還具有促進鋼貝氏體化的作用，并且鋼中的貝氏體生產率，隨Mn的增加而提高，綜合考慮焊接性能因素，因此本發(fā)明C控制在0.07、.11%，Mn控制在
1.30~1.50%。
[0011]在鋼中加入Nb，可以通過Nb (CN)未溶質點及應變誘導析出抑制高溫變形過程的再結晶，擴大未再結晶區(qū)范圍，以便TMCP工藝的施行，從而達到細化鐵素體晶粒的目的。
[0012]Ti的添加，可起到抑制加熱過程中奧氏體晶粒的長大作用，同時，微合金低溫區(qū)析出物也能起到析出強化的作用。
[0013]B:由于B具有小的原子半徑，且在Fe中的溶解度很小，基本上是沿著基體組織的晶界富集，而在晶界處幾乎集中了組織的各種結構缺陷，分布在缺陷處的B原子降低界面能，提高了鋼的淬透性。微量B可提高鋼的淬透性，而對其他性能無明顯影響。但當B含量大于0.003%時，提高淬透性的作用不再明顯，而會降低晶界結合力，引發(fā)熱脆。因此，本發(fā)明B含量為0.0007~0.0020。
[0014]鋼中Al的加入則會形成酸溶招(Als)和酸不溶招,而Als包括固溶招和AlN,彌散的AlN粒子能阻止奧氏體晶粒的長大，細化晶粒。
[0015]鋼中S、P是有害雜質元素，鋼中P、S含量越低越好。當鋼中S含量較多時，熱軋時容易產生熱脆等問題；而鋼中P含量較多時，鋼容易發(fā)生冷脆，此外，磷還容易發(fā)生偏析。
[0016]采用四段式層流加速冷卻方式，其中A段水量20~30L/S，B、C、D各段水量120~180L/S，鋼板上下水量比為1.2~1.5，選擇一段開啟側噴，保證水冷卻均勻，軌道傳送速度為0.8~1.2m/s，鋼板進入冷卻裝置過程中逐漸加速，降低沿軋制方向溫度梯度，保證均勻性，冷卻速率為20~30 V /s，終冷溫度控制在80 V~400 V之間，經過熱矯直機進行矯直；而后空冷至室溫。該工藝優(yōu)點在于，設計了較大的冷速范圍，提供層流水冷卻水量、輥速、水比調整空間，可以通過水量、水比、輥速協(xié)調配置，保證鋼板均勻冷卻，從而避免鋼板在冷卻過程出現(xiàn)瓢曲等板形不良問題。
[0017]該回火工藝的優(yōu)點為:可分別根據(jù)TMCP工藝參數(shù)的實際值選擇不同的保溫系數(shù)，一方面保證鋼板達到預期的性能級別，另一方面可解決由于TMCP工藝異常造成的板形不良問題。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，由于采用TMCP+回火工藝生產的超長超單重薄鋼板，從而解決厚度規(guī)格范圍為l(T20mm，成品長度≥30m，單張重量8~12噸的鋼板在實際生產過程中質量不穩(wěn)定的問題，與國內外同等屈服強度級別鋼種相比，具有更優(yōu)良的低溫沖擊韌性(_40°C沖擊功≥200J)，適用于制造在極端寒冷環(huán)境中工作的大型鋼鐵機械設備，擴大了產品應用領域，并還能大大減少貴重合金的加入，使生產成本降低。
【具體實施方式】
[0019]下面對本發(fā)明予以詳細描述:
表1為本發(fā)明各實施例及成分對比例的取值列表；
表2為本發(fā)明各實施例及對比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實施例及對比例性能監(jiān)測情況列表。
[0020]本發(fā)明各實施例按照以下步驟生產:
I)冶煉并連鑄成還;2)對鑄坯加熱，控制均熱溫度在1160~1250°C，均熱時間不低于45min；
3)采用TMCP工藝進行軋制:控制粗軋開軋溫度不低于1100°C，并采用先進行寬展，后縱軋至成品厚度的2~3倍的厚度中間板，控制每道次壓下率不低于10%，且道次壓下率為遞增方式；控制精軋開軋溫度不超過960°C，軋制道次為4飛道次，道次壓下率為遞減方式；并采用高壓水除鱗；軋制結束后的溫度在Αλ+10~60°C ；
4)分A、B、C、D四段進行冷卻，控制A段水流量為2(T30L/S，B、C、D各段的水流量為120~180L/S，鋼板上下水量之比在1.2~1.5，冷卻速度為2(T30°C / S，終冷溫度在80~400
V；
5)進行矯直；
6)空冷至室溫；
7)進行回火處理，控制回火溫度在400~600°C，保溫時間根據(jù)以下公式確定: t=hXK+10 ~20min
式中:t一表示保溫時間,單位為min
h—表示鋼板的厚度，單位為mm
K一表示保溫系數(shù)，取值為1.5~2.0。
[0021]表1本發(fā)明各實施例及對比例冶煉化學成分(Wt%)
【權利要求】
1.一種長度> 30m的高強工程用鋼板，其組分及重量百分比含量為:C:0.07、.11%、Si:0.25~0.50%、Mn:1.30~1.50%、P:≥ 0.020%、S: ^ 0.010%、Nb+T1:0.05~0.08%、B:0.0007 ~0.0020%,Als:0.015~0.05%,其余為 Fe 和微量雜質元素，并滿足 Pcm=C+Si/30+ (Μn+Cu+Cr) /20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B ≥0.22% ;力學性能:屈服強度在 550~700MPa，抗拉強度670~850 MPa，延伸率A≥18%, -40°C Akv≥200J，成品長度≥30m，鋼板厚度在10~20臟。
2.生產一種長度>30m的高強工程用鋼板的方法，其步驟: 1)冶煉并連鑄成還; 2)對鑄坯加熱，控制均熱溫度在1160~1250°C，均熱時間不低于45min； 3)采用TMCP工藝進行軋制:控制粗軋開軋溫度不低于1100°C，并采用先進行寬展，后縱軋至成品厚度的2~3倍的厚度中間板，控制每道次壓下率不低于10%，且道次壓下率為遞增方式；控制精軋開軋溫度不超過960°C，軋制道次為4飛道次，道次壓下率為遞減方式；并采用高壓水除鱗；軋制結束后的溫度在Αλ+10~60°C ； 4)分A、B、C、D四段進行冷卻，控制A段水流量為2(T30L/S，B、C、D各段的水流量為120~180L/S，鋼板上下水量之比在1.2~1.5，冷卻速度為2(T30°C /s，終冷溫度在80~400V； 5)進行矯直； 6)空冷至室溫； 7)進行回火處理，控制回火溫度在400~600°C，保溫時間根據(jù)以下公式確定: t=hXK+10 ~20min 式中:t一表示保溫時間,單位為min h—表示鋼板的厚度，單位為mm K一表示保溫系數(shù)，取值為1.5~2.0。
【文檔編號】C21D8/02GK103484768SQ201310457569
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權日:2013年9月30日
【發(fā)明者】王世森, 余宏偉, 李德發(fā), 張云燕, 卜勇, 熊濤, 陳勇, 洪君 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司