專利名稱：一種高韌性工程機械用鋼及其采用tmcp生產的方法
技術領域：
本發明涉及工程機械用鋼及其生產方法，具體屬于采用TMCP工藝生產的可用于-60°C低溫下的工程機械用鋼及其生產方法。
背景技術：
高強度工程機械用鋼主要用于制造工程機械結構件，受服役條件和焊接工藝的限制，這類用途的鋼板不僅需要材料具有足夠的強度、塑性和焊接性能，而且還要求具備優良的低溫沖擊韌性，以適應極端惡劣環境下野外作業。高強度鋼板的性能水平對于提高工程機械的能力和效率、延長使用壽命、減輕設備自重、降低能耗、提高整機的檔次有著重要作用，對于工程機械行業尤為重要。隨著工程機械向大型化和輕型化方向發展，對工程機械用鋼板綜合性能提出了更高要，市場需求量也在逐年增加。傳統高強度鋼板主要采用調質工藝生產，以獲得強韌性優良的馬氏體回火組織，不足之處在于能源消耗大、制造成本高、生產周期長，且在淬火工程中易出現裂紋和表面缺陷，降低了成材率。近年來，各國相繼開發出一系列不需要調質熱處理的機械結構用高強鋼，主控組織為鐵素體/珠光體或鐵素體/貝氏體，但其存在的不足為要么強度和韌性不能滿足工程機械用鋼需求，要么由于增加貴重合金導致生產成本高，要么工藝復雜、對設備要求高，不利于組織生產。對于屈服強度為550MPa級高強鋼，國家標準GB/T 1591-2008提供了化學成分以及力學和工藝性能要求，但在實際應用中，往往因為使用條件和應用領域的不同，難以滿足用戶需求，需要在國標基礎上調整各元素的含量，有針對性提高特殊性能并控制成本，同時簡化生產工藝以提高生產效率。CN102162065提供了一種屈服強度550MPa低碳貝氏體工程機械用鋼及其制備方法，其化學成分c 0. 05 O. 10%, Si 0. 20 0· 50%, Mn 1. 50 1· 80%, P ^ O. 018%,
S ^ O. 010%, Nb ^ O. 10%, Mo ^ O. 10%, Ti 0. 01(Γ0· 040%, B :0· 001(Γ0· 0030%, Cr O. 2(Γθ. 50%，Al :0. 015 O. 050%，其余為Fe和微量雜質元素。TMCP工藝控制為鋼坯出爐溫度控制在118(Tl250°C，粗軋開軋溫度110(Tl20(rC，終軋溫度彡1020°C，粗軋后待溫空冷，精軋開軋溫度88(T98(TC，中間坯厚度為成品厚度的:Γ4倍，精軋終軋溫度80(T880°C，開冷溫度控制在77(T830°C，終冷溫度為49(T570°C，冷卻速度為9 15°C /s。其不足之處在于貴重合金添加量較多且范圍控制嚴格，不利于生產操作；控軋工藝參數控制空泛，沒有給出壓下率等關鍵參數，未能達到TMCP工藝技術利用效果，導致綜合性能不夠理想，尤其是低溫沖擊韌性只能滿足_20°C的要求。CN102051522提供了貝氏體組織高強韌性結構鋼Q550D (E)鋼板及其生產方法，其化學成分為c 0. 05 O. 15%, Si 0. 10 0· 40%, Mn 1. 40 1· 65%, P ^ O. 010%, S (O. 005%, (Nb+Ti+V+Mo+B):彡 O. 30%, Als :彡 O. 050%，其余為 Fe 和微量雜質元素。采用TMCP工藝加堆垛緩冷工藝生產。具體工藝為軋制溫度102(Tll2(TC，一階段終軋溫度在95(Γ1000 ，二階段開軋溫度在88(T920°C，二階段采取下壓下軋制，以確保原始板形，終軋溫度80(T860°C，返紅溫度56(T600°C，冷卻速度10 15°C /s,入緩冷坑溫度> 300°C，堆冷時間> 24小時。其不足之處在于合金元素添加種類較多；控軋工藝二階段必須采用小壓下量軋制以保證板形，不能充分發揮控制軋制技術提高性能的優勢；為提高性能，采用了較大的冷卻速度，易產生相變應力和熱應力，必須采取緩冷措施，不利于組織生產；性能方面雖然提到可以達到_60°C水平，但是從實例可以看出，_40°C沖擊功最低只有75J。CN1786247提供了一種高強韌性貝氏體厚鋼板及其生產方法，其成分重量百分比為C 0. 04 O. 08%, Si 0. 10 0· 50%, Mn 1. 40 1· 85%, Nb 0. 015 O. 060%, Ti O. 005 O. 030%, Ni 0. 05 O. 60%, Cu 0. 10 0· 60%, Al 0. 015 O. 050%，其余為 Fe 和微量雜質元素。采用TMCP+RPC工藝。不足之處在于，為了提高韌性大量添加了貴重合金Ni元素；TMCP+RPC工藝延長了生產周期，不利于組織生產。
發明內容
本發明要解決目前在_60°C低溫下低溫沖擊韌性差的不足，提供一種在屈服強度彡550MPa,抗拉強度彡720MPa,延伸率彡20%條件下，韌脆轉折溫度在_60°C以下，且_60°C沖擊功> 200J，適用于在極端寒冷環境中工作，且生產成本低，工藝簡單的一種高韌性工程機械用鋼及其生產方法。實現上述目的的措施
一種高韌性工程機械用鋼，其組分及重量百分比含量c 0. 04、. 07%, Si O. 25^0. 45%, Mn 1. 60 L 90%, Als 0. 015^0. 050%, P ^ 0. 015%, S ^ 0. 008%, Nb+Ti 0. 06 0. 09%, Mo+Cr :0. 20 0. 40%，其余為Fe和微量雜質元素。其特征在于Nb與Ti、Mo與Cr以任意比例添加。采用TMCP生產一種高韌性工程機械用鋼的方法，其步驟
1)冶煉并連鑄成坯，并控制A、B、C及D類夾雜物含量總重量百分比不超過I.5級，其余雜質重量百分比含量控制在:O≤O. 003%, N≤O. 004%, H≤O. 0002% ；
2)對鑄坯進行加熱，加熱溫度控制在118(Tl240°C；
3)進行分段軋制控制第一段開軋溫度在105(T112(TC，累計壓下率不低于55%;控制第二段開軋溫度在86(T900°C，末三道累計壓下率不低于35%，終軋溫度在81(T850°C ；
4)進行層流冷卻，終冷溫度控制在48(T540°C，冷卻速度控制在5 12°C/秒；
5)自然冷卻至室溫，待用。本發明中各元素、主要工藝的作用及機理
C、Mn是最有效的固溶強化元素，隨著鋼中的C、Mn含量的增加，其成品的屈服強度和抗拉強度也相應增大，特別是屈服強度上升較為明顯。鋼中加入Mn能防止在熱加工時因硫引起鋼的脆化。碳低于O. 04%鋼的強度達不到目標要求；碳高于O. 07%會明顯降低焊接性能且大幅降低延伸率和沖擊韌性；錳高于I. 90%同樣會明顯降低焊接性能，且大幅降低延伸率和沖擊韌性。因此C、Mn含量控制范圍分別為0. 049Γ0. 07%、I. 60%"I. 90%。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，鋼容易發生冷脆，此外，磷還容易發生偏析。鋼中Al的加入則會形成酸溶鋁(Als)和酸不溶鋁，而Als包括固溶鋁和A1N，彌散的AlN粒子能阻止奧氏體晶粒的長大，細化晶粒，因此ALs最低含量控制在O. 015%。但對于鋁鎮靜鋼來說，隨著Als的增加，鋼的夾雜物數量增多，夾雜物尺寸也將變大，將導致鋼板內部質量的下降，因此ALs最高含量控制在O. 050%。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，擴大未再結晶區范圍，以便TMCP工藝的施行，從而達到細化鐵素體晶粒的目的；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，微合金低溫區析出物也能起到析出強化的作用。因此Nb、Ti的最低含量控制在O. 06%。Nb、Ti含量過高可能會導致析出相過分長大，析出強化作用將減弱且沖擊韌性會惡化，因此控制Nb、Ti的最高含量控制在 O. 09%ο MoXr具有固溶強化作用，且不損害鋼板沖擊韌性，鋼中Mo、Cr元素能顯著推遲珠光體轉變，而對貝氏體轉變的影響卻很小，同時強烈阻止多邊形鐵素體析出，保證了厚鋼板在較寬冷速范圍內獲得均勻的貝氏體組織，因此Mo、Cr的最低含量控制在O. 20%。Mo、Cr大量固溶會導致沖擊韌性下降，且Mo、Cr屬于貴重合金，大量添加會導致資源浪費、生產成本增加，因此Mo、Cr最高含量控制在O. 40%。在金相組織上，采用低碳貝氏體為主控組織。通過控制TMCP工藝及其他有利于貝氏體組織形成的因素，達到鐵素體/貝氏體組織細化及組織均勻目標。針對較厚鋼板鋼中加入Mo元素，顯著推遲珠光體轉變，而對貝氏體轉變的影響卻很小，同時強烈阻止多邊形鐵素體析出，保證了鋼板在較寬冷速范圍內獲得均勻的貝氏體組織。通過TMCP工藝，充分細晶強化、析出強化作用，并獲得均勻的貝氏體/鐵素體組織，以達到力學性能要求，尤其提高低溫沖擊韌性。之所以在冶煉工序控制鋼還內部A、B、C、D類夾雜物總量不超過I. 5級，其中不允許出現A、B兩類夾雜，氣體含量嚴格控制，[O] ( O. 003%、[N] ( O. 004%、[H] ( O. 0002% ；中心偏析C類I. 5級及以下，中心疏松O. 5級及以下；在冶煉工藝中，喂入CaSi線使夾雜物鈣化處理及采用心部質量控制的方法，以降低夾雜物對低溫沖擊韌性損害。本發明從提高鑄坯質量、合金元素對強韌性作用機理、TMCP工藝對強韌性提高機理、組織控制方面綜合利用，達到強韌性要求，尤其提高了低溫沖擊韌性。本發明與國內外同等強度級別鋼種相比，在屈服強度> 550MPa，抗拉強度^ 720MPa,延伸率> 20%條件下，具有更優良的低溫沖擊韌性，即韌脆轉折溫度低于_60°C且-60°C沖擊功> 200J，其適用于制造在極端寒冷環境中工作的工程機械，并且由于不含Ni且Cr、Mo和其它微合金含量相對較低，成本大幅降低；采用TMCP工藝，不需要熱處理、RPC、堆垛緩冷等其它復雜加工工藝，生產工藝簡單，生產效率高。
附圖為本發明鋼的金相組織結構圖。
具體實施例方式下面對本發明予以詳細描述
實施例I
一種高韌性工程機械用鋼，其組分及重量百分比含量c :0. 04%, Si :0. 31%，Mn :1. 75%，Als :0. 015%，P :0. 0145%，S :0. 008%,以任意比例的混合的Nb+Ti :0. 06%,以任意比例的混合的Mo+Cr 0. 40%，其余為Fe和微量雜質元素。
采用TMCP生產一種高韌性工程機械用鋼，其步驟
O冶煉并連鑄成坯，A、B、C及D類夾雜物含量總重量百分比在I. 5級，其余雜質重量百分比含量控制在O 0. 00286%, N 0. 004%, H 0. 00019% ；
2)對鑄坯進行加熱，加熱溫度控制在118(Tll90°C；
3)進行分段軋制控制第一段開軋溫度在105(Tl055°C，累計壓下率在70%;控制第二段開軋溫度在86(T865°C，末三道累計壓下率在42%，終軋溫度在81(T815°C ；
4)進行層流冷卻，終冷溫度控制在48(T485°C，冷卻速度控制在5°C/秒；
5)自然冷卻至室溫，待用。實施例2
一種高韌性工程機械用鋼，其組分及重量百分比含量c 0. 048%, Si 0. 25%，Mn 1. 9%，Als 0. 026%, P 0. 014%, S 0. 0075%,以任意比例的混合的Nb+Ti 0. 075%,以任意比例的混合的Mo+Cr 0. 20%，其余為Fe和微量雜質元素。采用TMCP生產一種高韌性工程機械用鋼，其步驟
O冶煉并連鑄成坯，A、B、C及D類夾雜物含量總重量百分比在I. 5級，其余雜質重量百分比含量控制在0 0. 0029%, N 0. 0035%, H 0. 0002% ；
2)對鑄坯進行加熱，加熱溫度控制在119(Tl200°C；
3)進行分段軋制控制第一段開軋溫度在106(T1075°C，累計壓下率在65%;控制第二段開軋溫度在88(T885°C，末三道累計壓下率在40%，終軋溫度在82(T825°C ；
4)進行層流冷卻，終冷溫度控制在49(T495°C，冷卻速度控制在8°C/秒；
5)自然冷卻至室溫，待用。實施例3
一種高韌性工程機械用鋼，其組分及重量百分比含量c 0. 052%, Si 0. 37%，Mn 1. 6%，Als 0. 034%, P 0. 0141%, S 0. 007%,以任意比例的混合的Nb+Ti 0. 082%,以任意比例的混合的Mo+Cr O. 29%，其余為Fe和微量雜質元素。采用TMCP生產一種高韌性工程機械用鋼，其步驟
O冶煉并連鑄成坯，A、B、C及D類夾雜物含量總重量百分比在I. 5級，其余雜質重量百分比含量控制在O 0. 0022%, N 0. 0031%, H 0. 000186% ；
2)對鑄坯進行加熱，加熱溫度控制在1195 1205°C；
3)進行分段軋制控制第一段開軋溫度在109(Tll0(rC，累計壓下率在61%;控制第二段開軋溫度在89(T895°C，末三道累計壓下率在38%，終軋溫度在83(T835°C ；
4)進行層流冷卻，終冷溫度控制在50(T505°C，冷卻速度控制在10°C/秒；
5)自然冷卻至室溫，待用。實施例4
一種高韌性工程機械用鋼，其組分及重量百分比含量c:0. 061%, Si 0. 45%，Mn:I. 78%, Als 0. 041%, P 0. 0141%, S 0. 0073%,以任意比例的混合的 Nb+Ti 0. 09%,以任意比 例的混合的Mo+Cr O. 36%，其余為Fe和微量雜質元素。采用TMCP生產一種高韌性工程機械用鋼，其步驟
O冶煉并連鑄成坯，A、B、C及D類夾雜物含量總重量百分比在I. O級，其余雜質重量百分比含量控制在O 0. 00235%, N 0. 0033%, H 0. 00019% ；2)對鑄坯進行加熱，加熱溫度控制在124(Tl250°C；
3)進行分段軋制控制第一段開軋溫度在1105 1115°C，累計壓下率在60%;控制第二段開軋溫度在895 900°C，末三道累計壓下率在36%，終軋溫度在84(T845°C ；
4)進行層流冷卻，終冷溫度控制在52(T525°C，冷卻速度控制在irC/秒；
5)自然冷卻至室溫，待用。實施例5
一種高韌性工程機械用鋼，其組分及重量百分比含量c 0. 07%, Si 0. 41%，Mn 1. 85%，Als 0. 05%, P 0. 0132%, S 0. 0071%,以任意比例的混合的Nb+Ti 0. 079%,以任意比例的混合的Mo+Cr 0. 4%，其余為Fe和微量雜質元素。采用TMCP生產一種高韌性工程機械用鋼，其步驟
O冶煉并連鑄成坯，A、B、C及D類夾雜物含量總重量百分比在I. O級，其余雜質重量百分比含量控制在O 0. 00235%, N 0. 0033%, H 0. 00019% ；
2)對鑄坯進行加熱，加熱溫度控制在1225 1235°C；
3)進行分段軋制控制第一段開軋溫度在1115 112(TC，累計壓下率在59%;控制第二段開軋溫度在875 880°C，末三道累計壓下率在35%，終軋溫度在845 850°C ；
4)進行層流冷卻，終冷溫度控制在535 540°C，冷卻速度控制在12°C/秒；
5)自然冷卻至室溫，待用。表I為上述各實施例經試驗后的力學性能檢測結果列表。表I各實施例經試驗后的力學性能檢測結果列表
權利要求
1.一種高韌性工程機械用鋼，其組分及重量百分比含量c 0. 04、. 07%, Si 0.25^0. 45%, Mn :1. 6(Tl. 90%, Als :0. 015 0. 05%, P ^ 0. 015%, S ^ 0. 008%, Nb+Ti 0.06 0. 09%, Mo+Cr :0. 20 0. 40%，其余為Fe和微量雜質元素。
2.如權利要求I所述的一種高韌性工程機械用鋼，其特征在于Nb與Ti、Mo與Cr以任意比例添加。
3.采用TMCP生產權利要求I所述的一種高韌性工程機械用鋼的方法，其步驟 1)冶煉并連鑄成坯，并控制A、B、C及D類夾雜物含量總重量百分比不超過I.5級，其余雜質重量百分比含量控制在0^ 0. 003%, N彡0. 004%, H彡0. 0002% ； 2)對鑄坯進行加熱，加熱溫度控制在118(Tl240°C； 3)進行分段軋制控制第一段開軋溫度在105(ni20°C，累計壓下率不低于55%;控制第二段開軋溫度在86(T900°C，末三道累計壓下率不低于35%，終軋溫度在81(T850°C ； 4)進行層流冷卻，終冷溫度控制在48(T540°C，冷卻速度控制在5 12°C/秒； 5)自然冷卻至室溫，待用。
全文摘要
本發明涉及一種高韌性工程機械用鋼及其采用TMCP生產的方法。其組分及重量百分比C0.04~0.07%，Si0.25~0.45%，Mn1.60~1.90%，Als0.015~0.050%，P≤0.015%，S≤0.008%，Nb+Ti0.06~0.09%，Mo+Cr0.20~0.40%，其余為Fe和微量雜質元素；工藝冶煉并連鑄成坯；對鑄坯進行加熱；分段軋制；層流冷卻；自然冷卻至室溫，待用。本發明與國內外同等強度級別鋼種相比，具有更優良的低溫沖擊韌性，即韌脆轉折溫度低于-60℃且-60℃沖擊功≥200J；采用TMCP生產，工藝簡單，生產效率高。
文檔編號C21D8/00GK102634727SQ20121011948
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月23日 優先權日2012年4月23日
發明者余宏偉, 易勛, 李德發, 洪君, 熊濤, 熊玉彰, 王世森, 董漢雄, 陸在學, 陳勇 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司