CN102787275A

CN102787275A - 一种高强度调质钢板低成本制造方法

Info

Publication number: CN102787275A
Application number: CN201210311306XA
Authority: CN
Inventors: 孙卫华; 胡淑娥; 肖丰强; 王焕洋; 周瑞; 侯东华; 李敏; 王南辉; 李梅广
Original assignee: Jinan Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Jinan Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2012-11-21

Abstract

一种高强度调质钢板低成本制造方法，属于冶金技术领域。该制造方法的成分设计在传统调质高强钢板的基础上，取消了Ni、Mo、Cu、Nb、V等贵重合金元素，大大节约了贵重合金化元素，合金成本大幅降低，成本优势显著提升，经济效益明显。该成分设计可以结合四种不同的回火工艺，分别生产出满足了6-60mm、600-800MPa强度级高强钢的性能要求的产品。工艺窗口宽，工艺适应性广，实现了一钢多级柔性制造。

Description

一种高强度调质钢板低成本制造方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高强度调质钢板低成本制造方法。

背景技术

随着现代工业的发展，对钢铁材料性能的要求越来越高。国际上工程机械向着轻型化、高参量化和长寿命的方向发展，广泛采用高强钢制造。近几年，随着煤炭业开发建设的迅速发展，强劲拉动了煤机行业的发展速度，支架结构件材料正越来越多地采用高强度钢材。目前Q460、Q550、Q620、Q690高强钢板已广泛用于矿山机械、工程机械、港口机械等领域。目前有关高强度钢的制造方法也形成多项专利，这些专利普遍将添加合金元素（如Ni、Mo、Cu、Nb、V等）作为提高钢材性能的主要途径，合金元素添加较多以致生产成本较高等问题。且现有的制造方法需要针对每一级别钢种设计一种成分，无法快速响应客户多品种、小批量订单要求，组炉组浇困难，余材浪费严重。

湖南华菱湘潭钢铁有限公司申请的CN101497971A专利（一种高强度调质钢及其生产方法），采用了较多的贵重元素：0.18%-0.35%的Mo（能有效增强钢的淬透性和淬硬性，使钢淬火后得到均匀细小的马氏组织，显著提高钢的强度和韧性），0.18%-0.40%的Ni（增强钢板的低温冲击韧性），0.04%-0.06%的Nb（增强钢板的低温冲击韧性），在合金体系方面仍属于传统调质高强钢，不具备成本优势。且未开发出高强钢的柔性制造方法（其成分设计及回火工艺仅适用于Q690级别），无法通过调整回火工艺来实现“一钢多级”柔性化控制。

东北大学与南京钢铁股份有限公司共同申请的CN102080190A专利（一种屈服强度700MPa级工程机械用调质钢板及其制备方法），在成分设计中依然采用了部分的贵重合金元素：0.10%-0.30%的Ni，0.02%-0.04%的Nb，不具备成本优势。且未开发出高强钢的柔性制造方法（其成分设计及回火工艺仅适用于Q690级别），无法通过调整回火工艺来实现“一钢多级”柔性化控制。

因此，针对上述制造方法存在的原料成本较高，成分设计及回火工艺仅适用于某一种钢种的问题，开发一种生产成本较低、强韧性匹配良好、焊接性能优良、工艺适应性强的高强度调质钢板低成本制造方法，具有积极的现实意义。

发明内容

本发明克服了现有的制造方法存在的生产成本较高和没有相应的柔性制造工艺问题，在传统调质高强钢板的基础上，取消Ni、Mo、Cu、Nb、V等贵重合金元素添加，采用成分简易的Mn、Cr和B合金化提高钢板淬透性，优化回火工艺，保证钢板性能。其次，根据不同强度级别钢的不同性能要求，充分发挥Cr及回火工艺在调质钢中的作用，采用同一成分体系简化设计，通过调整后续热处理工艺尤其是回火工艺的技术路线，实现600-800MPa级强度级别、C-E级质量级别的“一钢多级”柔性化控制，实现调质钢强度级别提高而生产成本不增加，达到技术、质量、成本、生产的有效平衡。

本发明的高强度调钢板，其化学成分为（wt%）：C：0.14-0.18％，Si：0.10-0.40％，Mn：1.40-1.70％，Cr：0.40-0.60％，Al：0.02-0.06％，Ti：0.010-0.030％，B：0.0010-0.0030％，P≤0.015％，S≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。

制造方法：按照上述的成分制造钢坯，将钢坯加热到1050～1250℃，控制轧制成规定厚度，轧后空冷至室温；然后进行亚温淬火：加热温度810-850℃，保温系数1.6-1.8min/mm，出炉后水淬至室温；进一步采用四种回火工艺，分别得到4种不同性能的钢板。

回火工艺（1）：加热温度670-700℃，保温系数2.0min/mm，获得的钢板性能满足6-60mm Q460级别0—-40℃冲击力学性能要求。

回火工艺（2）：加热温度630-660℃，保温系数2.0min/mm；获得的钢板性能满足6-60mm Q550级别0—-40℃冲击力学性能要求。

回火工艺（3）：加热温度590-620℃，保温系数2.2min/mm；获得的钢板性能满足6-60mm Q620级别0—-40℃冲击力学性能要求。

回火工艺（4）：加热温度540-580℃，保温系数2.5min/mm；获得的钢板性能满足6-60mm Q690级别0—-40℃冲击力学性能要求。

各主要化学成分及含量在本发明中的作用是：

C：对提高钢的强度作用明显，是最廉价的强化元素。随着碳含量的提高，钢的强度提高，塑性、韧性下降，焊接性能变差，综合考虑性能要求、冶炼成本等技术经济指标，碳含量范围0.14-0.18％。

Mn：其成本低廉，可提高钢的强度和韧性，是稳定奥氏体元素，能有效降低奥氏体的分解速度，提高钢的淬透性，可部分弥补取消钼元素带来的淬透性不足的问题。但锰含量过高，会引起钢板带状组织严重、韧性降低和各向异性等问题，本发明中锰含量范围1.40-1.70％。

Cr：既能增加贝氏体的淬透性，又促使亚稳奥氏体区域的形成。不仅促进贝氏体转变，且使贝氏体形状以针状为主，形成细小的贝氏体铁素体组织，提高钢的屈服强度和抗拉强度。铬和锰配合使用，可有效提高钢的淬硬性，本发明中铬作为重要的强化元素和增加淬透性元素替代钼。但含量过高，亦会造成钢的高温回火脆性，本发明中其合适范围0.40-0.60％。

B：由于B具有小的原子半径，且在Fe中的溶解度很小，基本上是沿基体组织的晶界富集，而在晶界处几乎集中了基体组织的各种结构缺陷，分布在缺陷处的B原子降低界面能，提高了钢的淬透性。微量B可显著提高钢的淬透性，而对其他性能无明显影响。据相关研究表明，当硼含量＞0.0030%时，其提高淬透性的作用不再明显，而且会在晶界析出Fe₂₃（CB）₆，降低钢板韧性并引发热脆。本发明中硼的合适范围是0.0010-0.0030％。

本发明通过Cr、B来弥补取消Mo带来的淬透性不足问题；通过提高Cr元素含量，优化回火工艺控制贝氏体的形貌、分布及大小来弥补取消Nb、V、Cu、Ni等元素后带来强度和韧性下降的问题，使得本发明在取消Ni、Mo、Nb、V、Cu等贵重合金元素添加的基础上，依然能够保证钢板具有优良的强度、低温冲击韧性等性能。

本发明的有益效果是：

1.完全不添加Ni、Mo、Cu、Nb、V等贵重合金元素。全新的成分设计，大大节约了贵重合金化元素，合金成本大幅降低，成本优势显著提升，经济效益明显。

2.该成分设计具有很好的适应性，可以结合不同的回火工艺，生产出满足了60kg级-80kg级高强钢的性能要求的产品。工艺窗口宽，工艺适应性广，实现了一钢多级柔性制造。

3.板厚方向的厚度效应不明显。Mn+Cr+B合金化体系保证了钢板淬透性，和传统意义上添加其它贵重合金元素的高强钢相比，未发现板厚方向存在明显的厚度效应。

附图说明

图1为实施例1采用690℃回火工艺得到的显微组织图；

图2为实施例2采用650℃回火工艺得到的显微组织图；

图3为实施例3采用610℃回火工艺得到的显微组织图；

图4为实施例4采用570℃回火工艺得到的显微组织图。

具体实施方式

实施例1

选配厚度30mm高强度调质钢板的化学成分，重量百分比为：C：0.16%，Si：0.25%，Mn：1.50%，P：0.010%，S：0.004%，Cr：0.45%，Al：0.025%，B：0.0015%，Ti：0.015%，其余为Fe及不可避免的杂质。

将合格的坯料加热至1180℃，保温200min，控制轧制，粗轧开轧温度1100℃，粗轧终轧温度980℃，精轧开轧温度930℃，精轧终轧温度860℃，轧后空冷至室温。淬火加热温度810℃，保温时间1.6×30+10=58min，出炉后淬火机水淬至室温。然后进行回火处理，回火温度690℃，回火时间2.0×30+5=65min，获得60kg级高强钢（Q460C），组织如图1所示。其屈服强度559MPa，抗拉强度661MPa，断后伸长率21%，0℃纵向冲击功258J/247J/249J，-40℃纵向冲击功236J/229J/215J。

实施例2

其成分同实施例1，加热、轧制、钢板厚度、淬火工艺同实施例1。

回火温度650℃，回火时间2.0×30+5=65min，获得70kg级高强钢（Q550D），组织如图2所示。其屈服强度611MPa，抗拉强度719MPa，断后伸长率19.5%，-20℃纵向冲击功184J/175J/208J，-40℃纵向冲击功174J/147J/169J。

实施例3

回火温度610℃，回火时间2.2×30+5=71min，获得75kg级高强钢（Q620D），组织如图3所示。其屈服强度676MPa，抗拉强度772MPa，断后伸长率18%，-20℃纵向冲击功157J/165J/136J，-40℃纵向冲击功137J/129J/113J。

实施例4

回火温度570℃，回火时间2.5×30+5=80min，获得80kg级高强钢（Q690D/E），组织如图4所示。其屈服强度776MPa，抗拉强度837MPa，断后伸长率16.5%，-20℃纵向冲击功116J/128J/109J，-40℃纵向冲击功92J/98J/89J。

实施例5

选配厚度60mm经济型高强度调质钢板的化学成分，重量百分比为：C：0.17%，Si：0.31%，Mn：1.64%，P：0.012%，S：0.005%，Cr：0.52%，Al:0.027%，B:0.0022%，Ti：0.018%，其余为Fe及不可避免的杂质。

将合格的坯料加热至1200℃，保温220min，控制轧制，粗轧开轧温度1125℃，粗轧终轧温度1008℃，精轧开轧温度900℃，精轧终轧温度850℃，轧后空冷至室温。亚温淬火加热温度850℃，保温时间1.6×60+10=106min，出炉后淬火机水淬至室温。然后进行回火处理，回火温度670℃，回火时间2.0×60+5=125min，获得60kg级高强钢（Q460C）。其屈服强度515MPa，抗拉强度635MPa，断后伸长率21.5%，0℃纵向冲击功248J/222J/243J，-40℃纵向冲击功218J/183J/239J。

实施例6

其成分同实施例5，加热、轧制、钢板厚度、淬火工艺同实施例5。

回火温度640℃，回火时间2.0×60+5=125min，获得70kg级高强钢（Q550D），其屈服强度600MPa，抗拉强度705MPa，断后伸长率18.5%，-20℃纵向冲击功169J/174J/145J，-40℃纵向冲击功153J/121J/142J。

实施例7

回火温度590℃，回火时间2.2×60+5=137min，获得75kg级高强钢（Q620D）。其屈服强度638MPa，抗拉强度751MPa，断后伸长率17%，-20℃纵向冲击功128J/118J/120J，-40℃纵向冲击功105J/91J/98J。

实施例8

回火温度540℃，回火时间2.5×60+5=155min，获得80kg级高强钢（Q690D/E）。其屈服强度725MPa，抗拉强度800MPa，断后伸长率16%，-20℃纵向冲击功95J/112J/103J，-40℃纵向冲击功74J/81J/86J。

Claims

1.一种高强度调质钢板低成本制造方法，其特征是，其化学成分为：C：0.14-0.18wt％，Si：0.10-0.40wt％，Mn：1.40-1.70wt％，Cr：0.40-0.60wt％，Al：0.02-0.06wt％，Ti：0.010-0.030wt％，B：0.0010-0.0030wt％，P≤0.015wt％，S≤0.005wt％，其余为Fe和不可避免的杂质；

按照上述的成分制造钢坯，将钢坯加热到1050～1250℃，控制轧制成规定厚度，轧后空冷至室温；然后进行亚温淬火：加热温度810-850℃，保温系数1.6-1.8min/mm，出炉后水淬至室温；进一步采用四种回火工艺，具体如下：

回火工艺（1）：加热温度670-700℃，保温系数2.0min/mm，获得的钢板性能满足6-60mm Q460级别0—-40℃冲击力学性能要求；

回火工艺（2）：加热温度630-660℃，保温系数2.0min/mm；获得的钢板性能满足6-60mm Q550级别0—-40℃冲击力学性能要求；

回火工艺（3）：加热温度590-620℃，保温系数2.2min/mm；获得的钢板性能满足6-60mm Q620级别0—-40℃冲击力学性能要求；