CN103952633B - 具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条及其生产方法，其钢种成分的重量百分含量为：C 0.30%～0.50%，Si 0.10%～0.40%，Mn 0.70%～1.00%，P≤0.020%，S≤0.020%，Cr 0.70%～1.20%，Mo 0.10%～0.30%，余量为Fe和微量杂质。本盘条的晶粒细小、均匀，韧脆转变温度较低，具有较高的材料强度和韧性。本盘条不添加其他贵重金属且热处理成本较低，具有生产成本低、使用成本低的特点。本方法通过调整加热、精轧和吐丝温度，以及冷却速度，控制其奥氏体化程度和相变温度，通过提高产品晶粒度，降低韧脆转变温度，来提高产品的低温冲击韧性。本方法无需增加设备和投资，不增加生产成本，充分利用现有设备和工艺，具有成本低、产品使用成本低的特点。

Description

具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种钢盘条，尤其是一种具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条及其生产方法。

背景技术

随着我国环保问题的日益突出，能源供应的渐趋紧张，风力发电作为一种节能环保的可再生能源的发电方式之一，已越来越受到青睐。风力发电已经不仅仅局限在陆地平台发展，正在向海洋平台迈进。随着风电行业的发展，风力发电设备用高强度螺栓的生产也面临着前所未有的挑战，风电装机容量的扩大，对高强度螺栓性能指标的要求也越来越高，不仅要求其具有高的强度，同时对塑性和韧性要求也越来越高，尤其是深海低温下的服役，要求低温塑性非常严格，国际标准要求在-101℃进行冲击功检测。常规的高强度螺栓用盘条在控轧控冷较宽裕的控制范围内，均能得到满意的组织及性能，但作为风电服役的高强度螺栓用盘条，采用常规控轧控冷方式往往不能使材料获得理想的组织和性能，经常会出现未淬透、组织不均匀，低温韧性差等问题。我国幅员辽阔，海岸线长，拥有丰富的风能资源，风能资源丰富的沿海及其岛屿，其可开发量约为10亿kW，主要分布在辽宁、河北、山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等省。从1996～2013年末，我国风电装机总容量仅突破3000MW，风电仍有很大发展空间，使得风电用高强度螺栓具有很广阔的市场需求，但风电行业对螺栓性能指标的更高要求有待于生产工艺的改进和创新。

由于低温冲击韧性要求较严格，大部分依赖进口，目前国内关于低温冲击韧性的高强度用钢盘条及其生产方法较少。专利号CN200810014488.8中公开了 “一种具有良好低温冲击韧性的加硼H型钢及其制备方法”，其采用铌合金化提高晶粒度，并加入硼来提高其淬透性，最终保证了-40℃下的冲击功；但大大增加生产成本。申请号201310054382.1公开了“一种提高40CrNiMoA材料低温冲击韧性的方法”，其通过对盘条进行深冷及低温回火处理，满足了低温-80℃的冲击功要求；但比常规的下游热处理工艺相比，成本增加，而且从牌号显示添加了贵重的Ni。国际专利（PCT/KR2004/003107）中公开了一种用于冷锻的钢丝及其制造方法，该钢丝具有优良的低温冲击韧性，再加入较高的Cr、Mo元素的同时，添加了B元素，而且对下游热处理工艺进行了优化，增加成本及生产周期。

以上专利通过添加贵重金属和加强下游热处理工艺的手段，来提高风电用高强度螺栓的低温冲击韧性。如何能够在风电用高强度螺栓用盘条的生产过程加以控制，利用钢厂现有轧制设备，不添加其他贵重金属，同时降低下游客户热处理成本，支撑我国风电事业，是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用钢厂现有轧制设备、成本低的具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条；本发明还提供了一种具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的钢种成分的重量百分含量为：C 0.30%～0.50%，Si 0.10%～0.40%，Mn 0.70%～1.00%，P≤0.020%，S≤0.020%，Cr 0.70%～1.20%，Mo 0.10%～0.30%，余量为Fe和微量杂质。

本发明所述盘条在-101℃的冲击功为28J～40J。

本发明方法包括冶炼及连铸工序，加热工序，轧制工序，吐丝工序以及冷却工序；所述冶炼及连铸工序所得钢坯成分的重量百分比为：C 0.30%～0.50%，Si 0.10%～0.40%，Mn 0.70%～1.00%，P≤0.020%，S≤0.020%，Cr 0.70%～1.20%，Mo 0.10%～0.30%，余量为Fe和微量杂质。

本发明方法所述加热工序：将钢坯加热至1000～1100℃，保温；

所述轧制工序：将钢坯进行粗中轧和精轧；进精轧温度为850～900℃；

所述吐丝工序：吐丝温度控制在800～850℃；

所述冷却工序：吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在0.5～1.5℃/s。

本发明方法所述加热工序中的保温时间为70～130min。

本发明方法所述轧制工序中，钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧。

本发明方法采用的原理是：在高速轧机上采用低温轧制，达到细化晶粒的目的，细化晶粒是目前唯一一种既提高材料强度又增加韧性的方法。钢的韧脆转变温度与铁素体晶粒尺寸d-1/2成线性关系。细化晶粒提高材料韧性的机理：晶界是裂纹扩展的阻力，当晶粒变小时，晶界面积增加，从而界面前沿塞积的位错数变少，有利于减缓应力集中，同时晶界面上的杂质浓度也变小，沿晶脆性断裂也减少了。

本发明方法采用较低加热温度，降低原始奥氏体晶粒，避免混晶；另外，在低的进精轧温度及冷却初始温度下，控制材料在奥氏体未再结晶区精轧，弥散析出、细化晶粒，通过降低韧脆转变温度实现低温冲击韧性的提高。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明的晶粒细小、均匀，韧脆转变温度较低，具有较高的材料强度和韧性。本发明不添加其他贵重金属且热处理成本较低，具有生产成本低、使用成本低的特点。

本发明方法通过调整加热、精轧和吐丝温度，以及冷却速度，控制其奥氏体化程度和相变温度，通过提高产品晶粒度，降低韧脆转变温度，来提高产品的低温冲击韧性。本发明无需增加设备和投资，不增加生产成本，充分利用现有设备和工艺，根据下游制造企业的低温冲击韧性的要求，采用合理控制轧制、冷却工艺实现具有良好低温冲击韧性的高强度用钢盘条。

本发明通过控制轧制及冷却工艺，提高并稳定了产品低温冲击韧性，在形势严峻的钢铁形势下，为企业提升战略地位，不断占据高端客户提供了保证。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例1所得产品组织晶粒度显微图；

图2为本发明实施例3所得产品组织晶粒度显微图；

图3为本发明实施例5所得产品组织晶粒度显微图。

具体实施方式

实施例1：本具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条采用下述生产方法。

（1）冶炼及连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.35%，Si 0.19%，Mn 0.83%，P 0.020%，S 0.020%，Cr 0.94%，Mo 0.19%，其余为铁。

（2）加热工序：将钢坯加热至1000℃，保温时间120min。

（3）轧制工序和吐丝工序：将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度875℃，四架减定径；精轧结束后，吐丝温度控制在850℃。

（4）冷却工序：进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在1.0℃/s。

实施例2：本具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条采用下述生产方法。

（1）冶炼及连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.38%，Si 0.20%，Mn 0.85%，P 0.018%，S 0.020%，Cr 0.95%，Mo 0.20%，其余为铁。

（2）加热工序：将钢坯加热至1050℃，保温时间115min。

（3）轧制工序和吐丝工序：将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度873℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在840℃。

（4）冷却工序：进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在0.8℃/s。

实施例3：本具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条采用下述生产方法。

（1）冶炼及连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.42%，Si 0.19%，Mn 0.84%，P 0.020%，S 0.018%，Cr 0.93%，Mo 0.19%，其余为铁。

（2）加热工序：将钢坯加热至1100℃，保温时间110min。

（3）轧制工序和吐丝工序：将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度880℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在845℃。

（4）冷却工序：进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在1.2℃/s。

实施例4：本具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条采用下述生产方法。

（1）冶炼及连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.45%，Si 0.20%，Mn 0.86%，P 0.019%，S 0.019%，Cr 0.94%，Mo 0.21%，其余为铁。

（2）加热工序：将钢坯加热至1050℃，保温时间110min。

（3）轧制工序和吐丝工序：将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度870℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在840℃。

（4）冷却工序：进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在0.9℃/s。

实施例5：本具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条采用下述生产方法。

（1）冶炼及连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.30%，Si 0.40%，Mn 0.70%，P 0.016%，S 0.018%，Cr 1.20%，Mo 0.10%，其余为铁。

（2）加热工序：将钢坯加热至1080℃，保温时间70min。

（3）轧制工序和吐丝工序：将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度850℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在800℃。

（4）冷却工序：进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在0.5℃/s。

实施例6：本具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条采用下述生产方法。

（1）冶炼及连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.50%，Si 0.10%，Mn 1.00%，P 0.017%，S 0.015%，Cr 0.70%，Mo 0.30%，其余为铁。

（2）加热工序：将钢坯加热至1020℃，保温时间130min。

（3）轧制工序和吐丝工序：将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度900℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在820℃。

（4）冷却工序：进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在1.5℃/s。

产品性能检测：图1为实施例1所得产品组织晶粒度显微图；图2为实施例3所得产品组织晶粒度显微图；图3为实施例5所得产品组织晶粒度显微图；由图1—图3可见，其晶粒细小、均匀，能有效的提高材料强度、增加材料韧性。

实施例1—6所得Φ20mm盘条进行常规热处理后，加工为10*7.5*55 V型缺口，采用国际标准ASTM A370-0方法，在-101℃进行冲击试验，检验数值如表1。

表1：实施例1—6的材料冲击性能测试结果

Claims (6)

1.一种具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条的生产方法，其特征在于：其包括冶炼及连铸工序，加热工序，轧制工序，吐丝工序以及冷却工序；所述冶炼及连铸工序所得钢坯成分的重量百分比为：C 0.30%～0.50%，Si 0.10%～0.40%，Mn 0.70%～1.00%，P≤0.020%，S≤0.020%，Cr 0.70%～1.20%，Mo 0.10%～0.30%，余量为Fe和微量杂质；

所述加热工序：将钢坯加热至1000～1100℃，保温70～130min；

所述轧制工序：将钢坯进行粗中轧和精轧；进精轧温度为850～880℃；

所述吐丝工序：吐丝温度控制在800～840℃；

所述冷却工序：吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在0.5～1.5℃/s；

所述盘条在-101℃的冲击功为28J～40J。

2.根据权利要求1所述的具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条的生产方法，其特征在于：所述轧制工序中，钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧。

3.一种具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条的生产方法，其特征在于：采用下述生产方法：

（1）冶炼及连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.45%，Si 0.20%，Mn 0.86%，P 0.019%，S 0.019%，Cr 0.94%，Mo 0.21%，其余为铁；

（2）加热工序：将钢坯加热至1050℃，保温时间110min；

（3）轧制工序和吐丝工序：将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度870℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在840℃；

（4）冷却工序：进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在0.9℃/s。

4.一种具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条的生产方法，其特征在于：采用下述生产方法：

（1）冶炼及连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.42%，Si 0.19%，Mn 0.84%，P 0.020%，S 0.018%，Cr 0.93%，Mo 0.19%，其余为铁；

（2）加热工序：将钢坯加热至1100℃，保温时间110min；

（3）轧制工序和吐丝工序：将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度880℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在845℃；

（4）冷却工序：进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在1.2℃/s。

5.一种具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条的生产方法，其特征在于：采用下述生产方法：

（1）冶炼及连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.50%，Si 0.10%，Mn 1.00%，P 0.017%，S 0.015%，Cr 0.70%，Mo 0.30%，其余为铁；

（2）加热工序：将钢坯加热至1020℃，保温时间130min；

（3）轧制工序和吐丝工序：将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度900℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在820℃；

（4）冷却工序：进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在1.5℃/s。

6.一种具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条的生产方法，其特征在于：采用下述生产方法：

（1）冶炼及连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.30%，Si 0.40%，Mn 0.70%，P 0.016%，S 0.018%，Cr 1.20%，Mo 0.10%，其余为铁；

（2）加热工序：将钢坯加热至1080℃，保温时间70min；

（3）轧制工序和吐丝工序：将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度850℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在800℃；

（4）冷却工序：进入斯太尔摩冷却线，调节风冷线保温罩开启数量和风机开度，吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在0.5℃/s。