CN104195437A - 抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢及其生产方法，该钢的化学成分按重量百分比计为：C：0.14～0.18％，Si≤0.15％，Mn：1.35～1.55％，P≤0.015％，S≤0.005％，Als：0.020～0.060％，Cu：0.20～0.33％，Nb：0.020～0.035％，Ti：0.030～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质。其生产方法，按通常纯净钢工艺进行，包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、铸坯加热、轧制、层流冷却、卷取、精整的步骤。该钢的下屈服强度≥500MPa、抗拉强度≥590MPa，延伸率能够达到A≥18％，同时其表面硬度HV10达到170以上(含170)，由此提高搅拌罐用钢的耐磨性能。

Description

抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢及其生产方法技术领域，具体是指一种抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢及其生产方法。

背景技术

混凝土搅拌罐的搅拌装置由罐体和内旋片组成，它是混凝土搅拌车的主要构件之一，也是发挥混凝土搅拌车功能的核心部件。汽车搅拌罐的使用要求和加工工艺决定了所用材料需具有高强度、优良耐磨性、防腐蚀性和合适的焊接性。随着汽车轻量化的发展趋势和减重节能的需要，搅拌罐的罐体和内旋片用料逐渐由Q345等低合金钢向专用材料升级。国内各钢厂均在开展相关方面的研究工作。但是所用的合金元素、用量、何种工艺都不尽相同，和各厂的装备、技术、原料等有关。

本发明之前，申请号为201210059346.X的中国发明专利，公开了一种煤浆输送管用热轧钢板及其制造方法。所述钢板包含如下化学组分(wt％)：碳：0.05～0.10％；硅：0.20～0.40；锰：1.20～1.7％；铝：0.015～0.06％；铌：0.03～0.06％；钛：0.010～0.020％；铜≤0.30％；镍≤0.30％；铬≤0.50％；磷≤0.015％；硫≤0.005％；氮≤0.006％；钒≤0.05％；硼≤0.0005％；Ceq≤0.41；Pcm≤0.20；其余为铁及杂质。该申请所述钢种主要用于煤浆输送管的制造，成分设计中昂贵合金元素较多，成本较高，不适用于商业推广。

发明内容

本发明主要的目的在于提供一种具有良好耐磨性的搅拌罐用钢及其生产方法，其生产的搅拌罐用钢下屈服强度≥500MPa、抗拉强度≥590MPa，延伸率能够达到A≥18％，同时其表面硬度HV10达到170以上(含170)，由此提高搅拌罐用钢的耐磨性能。

实现上述目的，本发明的抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢，其化学成分按重量百分比计为：C：0.14～0.18％，Si≤0.15％，Mn：1.35～1.55％，P≤0.015％，S≤0.005％，Als：0.020～0.060％，Cu：0.20～0.33％，Nb：0.020～0.035％，Ti：0.030～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质。

优选地，它的化学成分按重量百分比计为：C：0.15～0.17％，Si≤0.135％，Mn：1.40～1.50％，P≤0.013％，S≤0.005％，Als：0.040～0.050％，Cu：0.25～0.30％，Nb：0.025～0.030％，Ti：0.035～0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质。

上述抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢的生产方法，按通常纯净钢工艺进行，包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、铸坯加热、轧制、层流冷却、卷取、精整的步骤，其特殊之处在于：

所述LF炉精炼时，按照0.70～0.75Kg/t钢加入Si—Ca线，加入速度为250～300m/min；所述铸坯加热的温度为1280～1310℃，加热时间为40～50min；所述轧制时进行分段轧制，粗轧结束温度在1070～1110℃，精轧终轧温度为在850～890℃；所述卷取温度为590～630℃。

优选地，所述层流冷却时，首先按照第一冷却速度为30～40℃/秒进行冷却，当冷却到温度为670～720℃时，再按照第二冷却速度为5～10℃/秒进行冷却，冷却到590～630℃。

进一步地，所述层流冷却时，冷却水水温为15～25℃。

本发明钢中各元素含量控制的机理及作用和生产过程中工艺参数设置原理如下：

碳：碳是廉价的固溶强化元素。根据本钢种的应用范围，主要用于加工搅拌罐的罐体及内搅片等零件，一般采用焊接加工成型，因此要求材料在满足强度要求的同时，具有良好的耐磨性能和焊接性能。如果其含量小于0.14％，则不能满足材料强度的要求；如果其含量大于0.18％，则不能满足材料的良好焊接性能。所以，将其含量限定在0.14～0.18％范围，优选为0.15～0.17％。

硅：硅是廉价而有效的钢液脱氧元素。添加低于0.15％的硅是为了维持母材强度、进行预脱氧，如果其含量超过0.15％，则会恶化热轧钢板的表面质量，影响产品的外观，所以，将其含量限定在0.15％以下，优选为≤0.135％。

锰：锰是提高强度和韧性最有效的元素。如果其含量小于1.35％，则不能满足材料强度要求；但是添加多量的锰，会导致增加钢的淬透性，由于焊接硬化层的出现而使裂纹敏感性增高，且增加钢材的合金成本。鉴于此，将其上限定为1.55％，所以，将其含量限定在1.35～1.55％范围，优选为1.40～1.50％。

磷：为了避免材料的焊接性能、冲压成形性能、韧性、二次加工性能发生恶化，设定其含量上限为0.015％。优选为将其含量控制在0.013％以下。

硫：硫是非常有害的元素。钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的冲击韧性是十分不利的，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。基于对钢板冲压成形工艺和制造成本的考虑，拟将钢中硫含量控制在0.005％以下。

铝：铝是为了脱氧而添加的，当Als含量不足0.020％时，不能发挥其效果；另一方面，由于添加多量的铝容易形成氧化铝团块，所以，规定Als上限为0.060％。因此，Als重量百分含量限定在0.020～0.060％范围，优选为0.040～0.050％范围。

铜：铜元素在钢中形成细小的析出相，钢材变形时对钢中的位错起到“钉扎”作用，能提高强度和韧性，并且有利于钢材的耐磨性能。铜起到强化铁素体的作用，在铁素体中加铜，可提高它在某些还原性介质中的耐蚀性和改善钢的韧性，特别当和P联合使用时，可提高钢对大气的抗蚀力。当其含量小于0.20％时，不能满足材料强度、耐磨性和防腐蚀性能的要求；当其含量大于0.33％时，容易产生热脆，导致材料塑性显著降低。所以，将其含量限定在0.20～0.33％范围，优选为0.25～0.30％范围。

铌：铌主要通过细化晶粒和沉淀析出强化来提高钢的强度，是强烈的碳、氮化合物形成元素，在钢中主要以Nb(C、N)形式存在，阻止奥氏体晶粒的长大，最终使铁素体晶粒尺寸变小，细化组织。当其含量低于0.020％时，不能满足材料高强度的要求；而加入的铌高于0.035％时，合金成本会显著上升。所以，根据力学性能目标要求，将其含量限定在0.020～0.035％，优选为0.025～0.030％的范围。

钛：钛可细化晶粒和提高钢的强度与韧性，并对焊接性能有利，钢中生成的氮化钛对焊接加热时产生的奥氏体晶粒粗化有防止效果。当其含量不足0.03％时，不能足够发挥其强化效果，达不到材料的强度要求；另一方面，加入的钛超过0.05％时，则合金成本会显著上升。根据力学性能目标要求，将其钛含量限定在0.030～0.050％范围，优选为0.035～0.045％。

除了对以上化学成分的范围作了限定以外，从提高焊接性、经济性的观点出发，本发明未添加Ni、Cr、Mo等贵重合金元素。

本发明钢的生产过程中，铸坯加热温度和时间的控制，是本发明的关键工序之一。采取1280～1310℃加热，同时控制加热时间在40～50min是为了保证钢坯中的合金元素完全溶解，能够有效的发挥合金元素的析出强化和细晶强化效果，满足材料的强度要求。

轧制时采取分段轧制，并控制粗轧结束温度在1070～1110℃，控制精轧终轧温度在850～890℃也是本发明的关键工序。这是因为如果粗轧结束温度低于1070℃，则无法保证精轧终轧温度达到设定值，增大轧制负荷，增加能耗；如高于1110℃，则会产生较多的氧化铁皮，影响钢材的表面质量。如果精轧终轧温度低于850℃，则会在材料的二相区内进行轧制，造成混晶等缺陷；如高于890℃，则钢材的原始奥氏体晶粒会过于粗大，降低钢材的强度。

层流冷却采用变速冷却进行，即首先按照冷却速度为30～40℃/秒进行冷却，是为了保证在钢材的再结晶晶粒还未开始长大时及时进行冷却，避免粗大组织的产生，使材料获得细小的金相组织；当冷却到温度为670～720℃时，再按照冷却速度为5～10℃/秒进行冷却，冷却到590～630℃，这样有利于得到均匀的金相组织，使碳化物等析出物能够均匀弥散分布在钢基中，保证材料具备良好的成型性能。

与现有技术相比，本发明所生产的搅拌罐用钢具有下屈服强度≥500MPa、抗拉强度达到≥590MPa，延伸率能够达到A≥18％，同时其表面硬度HV10达到170以上(含170)，由此提高搅拌罐用钢的耐磨性能。

附图说明

图1为本发明抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢的金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢及其生产方法予以详细说明。

各实施例所选抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢的化学成分按重量百分比计如表1所示(余量为Fe及不可避免的杂质)。

表1本发明各实施例的取值列表

上述各实施例钢的制备方法按通常纯净钢工艺进行，包括包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、铸坯加热、轧制、层流冷却、卷取、精整的步骤，其中，LF炉中进行处理时，按照0.70～0.75Kg/t钢加入Si—Ca线，加入速度为250～300m/min；铸坯加热温度控制在1280～1310℃，加热时间40～50min；轧制时进行分段轧制，粗轧结束温度在1070～1110℃，精轧终轧温度在850～890℃；所述卷取温度在590～630℃；所述层流冷却时，首先按照第一冷却速度为30～40℃/秒进行冷却，当冷却到温度为670～720℃时，再按照第二冷却速度为5～10℃/秒进行冷却，冷却到590～630℃；所述层流冷却时，冷却水水温在15～25℃。

上述各实施例钢对应的具体生产工艺参数如表2所示。

表2本发明各实施例的生产过程中主要工艺参数列表。

对上述各实施例生产的抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢的综合性能进行检测，相应实施例的检测项目及对应结果如表3所示。

表3本发明各实施例力学性能检验结果列表

附图1显示，本发明钢的金相组织为：铁素体+珠光体。从表3可以看出，本发明的钢具有钢下屈服强度≥500MPa、抗拉强度≥590MPa，延伸率能够达到A≥18％，同时其表面硬度HV10达到170以上(含170)，由此提高搅拌罐用钢的耐磨性能。所以，本发明在保证钢材的强度和延伸率达到技术要求外，钢材还具有较高的表面硬度，保证了钢材在制造搅拌罐等零件时，具有良好的耐磨性能。

Claims (5)

1.一种抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢，其特征在于：它的化学成分按重量百分比计为：C：0.14～0.18％，Si≤0.15％，Mn：1.35～1.55％，P≤0.015％，S≤0.005％，Als：0.020～0.060％，Cu：0.20～0.33％，Nb：0.020～0.035％，Ti：0.030～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢，其特征在于：它的化学成分按重量百分比计为：C：0.15～0.17％，Si≤0.135％，Mn：1.40～1.50％，P≤0.013％，S≤0.005％，Als：0.040～0.050％，Cu：0.25～0.30％，Nb：0.025～0.030％，Ti：0.035～0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质。

3.一种权利要求1所述的抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢的生产方法，按通常纯净钢工艺进行，包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、铸坯加热、轧制、层流冷却、卷取、精整的步骤，其特征在于：

所述LF炉精炼时，按照0.70～0.75Kg/t钢加入Si—Ca线，加入速度为250～300m/min；所述铸坯加热的温度为1280～1310℃，加热时间为40～50min；所述轧制时进行分段轧制，粗轧结束温度在1070～1110℃，精轧终轧温度为850～890℃；所述卷取温度为590～630℃。

4.根据权利要求3所述的抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢的生产方法，其特征在于：所述层流冷却时，首先按照第一冷却速度为30～40℃/秒进行冷却，当冷却到温度为670～720℃时，再按照第二冷却速度为5～10℃/秒进行冷却，冷却到590～630℃。

5.根据权利要求3或4所述的抗拉强度590MPa级搅拌罐用钢的生产方法，其特征在于：所述层流冷却时，冷却水水温为15～25℃。