專利名稱：一種屈服強度800MPa級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種屈服強度SOOMPa級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼，同時涉及一種此級別鋼種的生產(chǎn)方法，屬于高強鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國機械制造工業(yè)的飛速發(fā)展，對工程機械用鋼的強度、韌性、塑性及可焊性的要求越來越高；工程機械制造業(yè)為提高生產(chǎn)效率、減輕設(shè)備自重及降低能源消耗，對于強度級別較高的工程機械用鋼需求量越來越大。目前，生產(chǎn)高強度的工程機械用鋼，可采用多種工藝方式，如控軋控冷工藝即TMCP 工藝、控軋控冷+回火工藝即TMCP+回火工藝、控軋控冷+調(diào)質(zhì)工藝等。從工藝控制角度及成本方面考慮，采用較少的工序，對降低成本有利。但是，如果單純使用控軋控冷工藝，無法保證鋼板整體性能，鋼板性能不均勻，且所能生產(chǎn)的鋼種級別較低、鋼板厚度規(guī)格亦較薄。為提高并改善性能，需要加入不少合金元素且需嚴(yán)格控制軋制工藝參數(shù)，方能保證所需要的鋼板質(zhì)量。采用“控軋控冷+回火工藝”較直接采用控制控冷工藝而言，可改善并穩(wěn)定鋼板性能；但因缺少淬火工序，回火前鋼板強度略低，經(jīng)回火處理后，可能存在強度不足現(xiàn)象，無法生產(chǎn)較高級別工程機械用鋼。采用“控制軋制+調(diào)質(zhì)工藝”，可以明顯改善并穩(wěn)定鋼板質(zhì)量，提高鋼板強度，生產(chǎn)較高級別工程機械用鋼。但對于調(diào)質(zhì)處理的鋼板，為保證淬火及回火后強度，一般需要加入不少淬透性元素，如Cr、Ni、Mo等，導(dǎo)致調(diào)質(zhì)鋼成本較高。考慮到上述因素，在降低生產(chǎn)成本并保證鋼板性能的前提下，本發(fā)明設(shè)計合適的成分體系，對于不同規(guī)格的鋼板，優(yōu)化并調(diào)整Cr、Ni、Mo等合金含量；在后續(xù)軋制及熱處理過程中，合理控制軋制工藝參數(shù)、淬火工藝及回火工藝參數(shù)，所生產(chǎn)的鋼板強度、塑性、韌性匹配較好且比較穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種屈服強度SOOMPa級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼及其生產(chǎn)方法。 通過采取合理的成分設(shè)計、軋制工藝及調(diào)質(zhì)工藝，所生產(chǎn)的鋼板完全可以達(dá)到SOOMPa級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼的性能要求。本發(fā)明涉及一種屈服強度SOOMPa級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼，其化學(xué)成分為(重量百分比)，C 0. 10 % 0. 15 % ；Si 0. 10 % 0. 40 % ；Mn :1. 00 % 1. 60 % ；Cr 0. 10 % 0. 50%;Mo :0. 10% 0. 30%;Ni :0. 00% 0. 20%;B :0. 0010% 0. 0030%;Nb :0. 000% 0. 030 % ；V 0. 010 % 0. 050 % ；Ti 0. 010 % 0. 020 % ；Alt :0. 010 % 0. 050 % ；P 彡 0. 020% ；S 彡 0. 010% ；碳當(dāng)量 Ceq(% ) = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V)/5+ (Cu+Ni)/15 彡 0· 50 ； 其余為1 及不可避免雜質(zhì)。碳碳是保證鋼板淬透性的重要合金元素，也是決定碳當(dāng)量的重要因素，對鋼的強度、韌性、塑性及焊接性均有較大影響。碳含量過高，影響鋼板焊接性能，且碳含量對鋼板抗高溫回火不利；碳含量過低，影響鋼板整體強度，在保證本發(fā)明鋼板所需要強度的前提下， 優(yōu)選的碳含量的范圍0. 11% 0. 14% ；硅脫氧的必要元素，具有一定的固溶強化作用，過高會影響鋼的韌性及焊接性， 本發(fā)明中優(yōu)選的硅含量的范圍0. 20% 0. 30% ；錳鋼中重要的固溶強化元素，可降低相變溫度，細(xì)化組織亞結(jié)構(gòu)，在強化鋼板的同時改善韌性；同時，可提高淬透性。若錳含量過高，對焊接及韌性不利，本發(fā)明中優(yōu)選的錳含量的范圍1. 20% 1.40% ；；鉻增加鋼的淬透性，細(xì)化組織，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度；與錳配合使用，可提高鋼的淬硬性，改善鋼的力學(xué)性能；鉻比錳的偏析傾向小，以鉻代替部分錳，可減少鋼板心部偏析，改善鋼板內(nèi)部質(zhì)量，提高力學(xué)性能的均勻性；本發(fā)明中優(yōu)選的鉻含量的范圍0. 30% 0. 50% ；鉬可以顯著增加鋼的淬透性及淬硬性，細(xì)化淬火后鋼的顯微組織，提高韌性，改善鋼的高溫回火脆性，具有較好的抗高溫回火能力，是調(diào)質(zhì)鋼中必要的合金元素。但因鉬是一種貴重合金，為降低成本，在保證性能的前提下，根據(jù)實際鋼板厚度，選擇少加鉬，本發(fā)明中優(yōu)選的鉬含量的范圍0. 20% 0. 30% ；鎳提高鋼的低溫韌性，改善塑性及抗高溫回火軟化能力，有利于細(xì)化回火后的組織。鎳也是一中貴重合金，過高將增加成本，選擇少加不加鎳，本發(fā)明中優(yōu)選的鎳含量的范圍0. 10% 0. 20% ；鈮、鈦、釩鈮、鈦均是強碳及氮化合物形成元素，在鋼坯加熱及軋制過程中，釘扎奧氏體晶界并阻止奧氏體晶粒過度長大；在淬火過程中，阻礙淬火前鋼板加熱時奧氏體晶粒長大，得到細(xì)小的等軸淬火組織，改善回火后低溫韌性。在回火過程中，釩做為微合金元素，沉淀析出大量碳氮化物，提高鋼的強度。根據(jù)實際需要，本發(fā)明適當(dāng)加入鈮、鈦、釩三種微合金元素。硼顯著提高鋼的淬透性比較有效的元素，極易在晶界偏析，阻止碳的析出，微量的硼即可起到明顯的作用。但硼含量過高，易形成硼的碳氮化物，降低韌性并引起熱脆，其合理范圍0. 0010% 0. 0020% ；磷、硫鋼中有害元素，對沖擊韌性不利；本發(fā)明采用純凈鋼生產(chǎn)技術(shù)，盡量減少磷、硫元素對鋼性能的不利影響。一種屈服強度SOOMPa級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)步驟如下鋼水冶煉及板坯澆鑄在冶煉過程中，嚴(yán)格控制碳、磷、硫成分并保證碳當(dāng)量在控制范圍內(nèi)；冶煉工藝路線鐵水脫硫扒渣一轉(zhuǎn)爐冶煉一LF爐精煉一RH精煉；澆鑄過程中嚴(yán)格控制鑄坯表面及內(nèi)部質(zhì)量。鋼板軋制鋼坯加熱至設(shè)定溫度1160°C 1240°C，保證鋼坯充分奧氏體化；在軋制過程中，采用兩階段控制軋制工藝，粗軋階段開軋溫度1170士20°C，粗軋結(jié)束溫度彡9800C ；精軋階段開軋溫度900°C 950°C，精軋結(jié)束溫度800°C 850°C ；為保證軋制后鋼板板形，較薄規(guī)格鋼板< 25mm采用直接軋制，軋制后空冷方式進行冷卻；較厚規(guī)格鋼板 ^ 25mm采用控制軋制，軋后采用弱水冷，終冷溫度設(shè)置略高。調(diào)質(zhì)熱處理根據(jù)不同規(guī)格鋼板的成分體系及鋼板完全奧氏體溫度，合理設(shè)定淬火溫度880°C 950°C及其保溫時間IOmin 40min、回火溫度500°C 680°C及其保溫時間IOmm 60mm，其余過程執(zhí)行加熱爐加熱模型參數(shù)。本發(fā)明通過上述工序所生產(chǎn)的SOOMI^級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼，鋼板厚度規(guī)格覆蓋8mm 60mm ；鋼板力學(xué)性能指標(biāo)比較穩(wěn)定，其中上屈服強度ReH彡800MPa、抗拉強度 Rm彡850MPa、斷后伸長率A = 14% 20%、-40°C沖擊值A(chǔ)Kv = 95J ^OJ,鋼板強度指標(biāo)良好，且塑性、韌性匹配較好。
圖1為實施例12mm規(guī)格鋼板典型回火態(tài)金相組織。圖2為實施例20mm規(guī)格鋼板典型回火態(tài)金相組織。圖3為實施例30mm規(guī)格鋼板典型回火態(tài)金相組織。圖4為實施例40mm規(guī)格鋼板典型回火態(tài)金相組織。圖5為實施例50mm規(guī)格鋼板典型回火態(tài)金相組織。圖6為實施例60mm規(guī)格鋼板典型回火態(tài)金相組織。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明“SOOMPa級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼”的化學(xué)成分范圍，在4300mm寬厚板生產(chǎn)線完成鋼坯冶煉、板坯澆鑄，板坯規(guī)格250mm/300mm(鋼坯厚度)X2000mm/M00mm(鋼坯寬度)X 2700mm 4100mm (鋼坯長度)、鋼板軋制(軋制規(guī)格12mm、20mm、30mm、40mm、50mm、 60mm)及調(diào)質(zhì)熱處理淬火及回火工藝。本實例中SOOMI^級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼實際化學(xué)成分(wt%)由表1所示表1實際化學(xué)成分
權(quán)利要求
1.一種屈服強度SOOMI^級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼，其化學(xué)成分為(重量百分比)，C: 0. 10% 0. 15% ；Si 0. 10% 0. 40% ；Mn :1. 00% 1. 60% ；Cr :0. 10% 0. 50% ；Mo 0. 10% 0. 30% ；Ni 0. 00% 0. 20% ；B 0. 0010% 0. 0030% ；Nb 0. 000% 0. 030% ； V 0. 010% 0. 050% ；Ti 0. 010% 0. 020% ；Alt :0. 010% 0. 050% ；P 彡 0. 020% ；S ^ 0.010% ；其余為!^e及不可避免雜質(zhì)；同時滿足；碳當(dāng)量Ceq) = C+(Mn+Mo)/5+(Cr+ Cu)/20+Ni/40 ^ 0. 50ο
2.如權(quán)利要求1所述的屈服強度SOOMI^a級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼，其特征在于C: 0. 11 % 0. 14% ；Mn 1. 20% 1. 40% ；Cr 0. 30% 0. 50% ；Mo 0. 20 % 0. 30 % ；Ni 0. 10% 0. 20%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的屈服強度SOOMPa級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼，其特征在于碳當(dāng) fiCeq(% ) :0. 45 0. 49。
4.生產(chǎn)如權(quán)利要求1或2所述的屈服強度SOOMI^級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼的方法，通過轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、RH真空處理、連鑄、鋼坯再加熱、控制軋制、控制冷卻，其特征在于在調(diào)質(zhì)工序的淬火過程中淬火加熱溫度880°C 930°C，淬火保溫時間IOmin 40min ；在調(diào)質(zhì)工序的回火過程中回火溫度550°C 650°C，回火保溫時間IOmin 60min。
5.如權(quán)利要求1或2所述的屈服強度SOOMPa級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼，其調(diào)質(zhì)處理后的金相組織為回火索氏體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種屈服強度800MPa級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼及其生產(chǎn)方法，其化學(xué)成分為(重量)，C0.10％～0.15％；Si0.10％～0.40％；Mn1.00％～1.60％；Cr0.10％～0.50％；Mo0.10％～0.30％；Ni0.00％～0.20％；B0.0010％～0.0030％；Nb0.000％～0.030％；V0.010％～0.050％；Ti0.010％～0.020％；Alt0.010％～0.050％；P≤0.020％；S≤0.010％；通過優(yōu)化控軋控冷工藝參數(shù)、并采用合適的調(diào)質(zhì)熱處理工藝，所生產(chǎn)的800MPa級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼塑性及韌性匹配良好。
文檔編號C22C38/50GK102418050SQ20111041232
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者何元春, 劉春明, 姜中行, 宋欣, 張國棟, 王根磯, 白學(xué)軍, 鄒陽, 鄭會平, 陳楠, 顧林豪 申請人:秦皇島首秦金屬材料有限公司, 首鋼總公司