CN109295392B - 一种高表面质量超高强钢的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高表面质量超高强钢的生产方法，钢的生产工艺路线为铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸→加热→轧制→矫直→淬火→回火→精整→性能检验→探伤；钢的化学组成百分含量为C=0.15~0.20，Si≤0.10，Mn=1.0～1.50，P≤0.012，S≤0.003，Nb=0.010~0.030%，V=0.015~0.040，Ti=0.010~0.025，Als=0.020～0.045，Cr=0.15～0.25，Mo=0.50～0.80，Ni=0.15~0.25，B=0.0008~0.0025，CEV≤0.60，余量为Fe和其它微量元素。生产出厚度规格6‑25mm，宽度1500‑3800mm的钢板，性能指标满足GBT28909‑2012中Q1100E要求，表面质量良好，无氧化铁皮压入导致的麻点和凹坑缺陷。

Description

一种高表面质量超高强钢的生产方法

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，特别涉及一种高表面质量超高强钢的生产方法。

背景技术

随着工程机械装备向着大型化轻量化发展，钢板使用强度级别不断提高，对钢板质量要求也越来越高，包括力学性能指标及内外部质量等。由于工程机械服役环境恶劣，大多通过涂漆来防锈防蚀，涂漆之前需对工件进行抹腻子和打磨，工序复杂流程长。越来越多的企业为了提高生产效率、降低工人劳动强度和降低生产成本，减少抹腻子等中间工序，对钢板的表面质量提出几近零缺陷的严格要求，而氧化铁皮压入导致的麻点和凹坑问题成为各大钢铁企业产品表面质量的重点和难点问题。

中国专利CN 106702270公布了一种“厚规格高表面质量热轧开平板及其制造方法”，该发明生产的厚度规格14-25mm，强度级别210～400MPa的热轧开平板，开轧温度950～1080℃，精轧温度800～980℃，卷取温度500～680℃，超快冷段冷却强度为50～80℃/s，前段层流冷却强度为10～30℃/s，其涉及钢材强度级别低，轧后以大冷速冷却，可能会导致材料在加工使用中出现折弯精度或开裂的问题。中国专利CN 102764760公布了“一种高表面质量热轧钢板的制造方法”，通过坯料修磨，小压下量轧制、除磷工艺优化、轧后风冷和运输防护，生产屈服强度为345MPa级低合金钢，涉及钢材强度级别低，轧前需要修磨坯料，工序多，成本高，不适应快节奏的大生产。

发明内容

本专利旨在提供一种高表面质量超高强钢的生产方法，所生产钢板厚度规格6-25mm，强度等级为屈服强度1100MPa级以上，通过合理的化学成分、轧制工艺和热处理工艺设计，杜绝表面氧化铁皮压入，钢板表面质量良好。

本发明的技术方案：

一种高表面质量超高强钢的生产方法，钢的生产工艺路线为铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸→加热→轧制→矫直→淬火→回火→精整→性能检验→探伤。钢的化学组成百分含量为C=0.15~0.20，Si≤0.10，Mn=1.0～1.50，P≤0.012，S≤0.003，Nb=0.010~0.030%，V=0.015~0.040，Ti=0.010~0.025，Als=0.020～0.045， Cr=0.15～0.25，Mo=0.50～0.80，Ni=0.15~0.25，B=0.0008~0.0025，CEV≤0.60，余量为Fe和其它微量元素。关键工艺步骤包括：

(1) 轧制工艺：板坯加热出炉温度1180-1230℃，均热时间20-30min；粗轧三道次压下率≥15%，中间坯厚度不小于3倍目标轧制厚度，精轧开轧温度不高于860℃，终轧温度760-800℃；冷却方式为水冷，开冷温度720-760℃，返红温度450-500℃；

(2) 调质工艺：淬火温度890-930℃，加热时间为板厚mm×3min/mm，炉内氮气保护；回火温度250-450℃，回火时间为板厚mm×6min/mm，回火后空冷至室温。

最终获得组织以回火马氏体为主的钢板，其屈服强度大于1100MPa ，抗拉强度1200~1500MPa，延伸率大于11%，纵向、横向夏比冲击功（-40℃）达到30J以上，钢板表面质量良好，无氧化铁皮压入导致的麻点和凹坑缺陷。

发明原理：

化学成分设计：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳含量高时，钢的焊接性能变坏，考虑到超高强钢的焊接性，含碳量不超过0.20；碳含量低，影响钢的淬透性和强度性能。为了获得屈服强度1100MPa以上，抗拉强度达到1200MPa，控制C元素的含量为0.15~0.20。Mn为弱碳化物形成元素，钢中加入适量的Mn可提高钢的强度、硬度和淬透性，但钢中Mn含量过高，偏析区域锰和硫的浓度积高，硫化锰析出会恶化钢材的横向及厚度方向性能；为避免高锰所带来的危害，本发明设计Mn含量为1.0～1.50。Si元素能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，但Si和钢中的O反应所生成的SiO₂与FeO形成FeO/Fe₂SiO₄的共析产物或2FeSiO₂ ，这种产物将FeO钉扎在铁基体的表层，在除鳞过程中很难被完全除去。为满足钢材性能指标对淬透性的要求，添加Cr、Mo、Ni元素来提高淬透性。Ni含量高时，在氧化铁皮内富集，形成的富Ni金属网丝把氧化铁皮和基体联接起来，与Cr共存使得粘附层厚度增加，除鳞更加困难。加热过程中，Ni与炉气中的S发生反应生成低熔点的NiS，破坏低温条件下生成的保护膜，氧化加剧，氧化铁皮厚度增加。为了减少Cr、Ni对氧化铁皮控制的不利影响，设计提高淬透性元素以Mo为主，辅之以少量的Cr和Ni。Nb元素可提高未再结晶温度，实现在较高温度时的未再结晶区轧制，本发明二阶段轧制温度较低，加入少量Nb即可。

轧制工艺：坯料加热温度低，合金成分不能完全固溶，板坯加热不透且温度分布不均，轧制时变形不均易造成轧制困难；加热温度过高，板坯容易过热甚至过烧，而且氧化铁皮容易熔化黏附在板坯表面，很难除去。升温速度快，加热时间短，氧化铁皮中FeO含量高，与基体紧密结合，除鳞困难；加热时间长，氧化铁皮层厚度增加，同样会导致氧化铁皮难去除的问题。精轧阶段采用低温轧制，避免在高温段轧制导致的氧化铁皮压入，但又需要考虑低温轧制轧机的负荷以及材料产生混晶的问题，轧制温度不能过低。轧制后不预矫直，通过ACC冷却至450-500℃，避开FeO共析反应温度，降低FeO冷却时转变成Fe3O4数量，避免钢板矫直时Fe3O4压入形成凹坑缺陷。

热处理工艺：Fe在570℃以下时，氧化铁皮的主要组成为Fe₃O₄和Fe₂O₃，形成一层氧化物保护膜，具有良好的抗氧化性，在高温时，氧化物组成为FeO、Fe₃O₄和Fe₂O₃，抗氧化性急剧降低。热处理工艺制定还需兼顾钢种性能的要求以及去应力的需求，使材料应力小，分布均匀。

本发明有有益效果：本发明通过合理的化学成分、轧制工艺和热处理工艺设计，获得6~25mm厚，1500~3800mm宽超高强度钢板，性能指标符合标准要求，钢板表面质量良好，无麻点和凹坑缺陷。（1）成分设计上采用低碳当量设计，通过Mo、B提高淬透性，减少促进氧化铁皮生成或提高氧化铁皮黏性的Si、Cr、Ni元素的加入。（2）轧制采用低温轧制，减少轧制过程中氧化铁皮压入可能。（3）轧后合理的冷却速度和终冷温度，减小氧化铁皮厚度，避免矫直时Fe3O4压入形成凹坑缺陷。（4）淬火无氧化加热，杜绝钢板表面粘钢；低温回火后，钢板表面形成氧化物保护膜，提高材料的抗氧化性。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的内容。

实施例一：8mmQ1100E高表面质量超高强钢板的生产

钢的组成含量质量百分比为：C=0.17，Si=0.05，Mn=1.25，P=0.011，S=0.0021，Nb=0.015，V=0.020%，Ti=0.018，Als=0.030， Cr=0.16，Mo=0.57，Ni=0.18，B=0.0016，CEV=0.54，余量为Fe和其它微量元素。关键工艺步骤包括：

（1）轧制工艺：板坯经加热炉加热后，出钢温度为1190℃，均热时间29分钟，粗轧7道次后中间坯厚度为55mm，其中粗轧机轧制最后三道次压下率均在15%以上，精轧850℃开轧，终轧温度为763-786℃，轧制成厚度为11mm的钢板，开冷温度730-758℃，冷速平均18℃/S，终冷温度455-485℃。

(2)调质工艺：淬火加热温度为915℃，淬火时间为24min，回火温度为350℃，回火时间为48min，回火后钢板空冷至室温。

经调质处理后钢板的屈服强度为1255MPa，抗拉强度为1375MPa，延伸率15%，-40℃1/2尺寸V型缺口夏比冲击功值73J、81J、75J，强韧性匹配良好，钢板表面质量良好，无氧化铁皮压入导致的麻点和凹坑等缺陷。

实施例二：11mmQ1100E高表面质量超高强钢板的生产

钢的组成含量质量百分比为：C=0.16，Si=0.07，Mn=1.24，P=0.010，S=0.0018，Nb=0.016，V=0.019%，Ti=0.017，Als=0.031， Cr=0.18，Mo=0.61，Ni=0.20，B=0.0018，CEV=0.54，余量为Fe和其它微量元素。关键工艺步骤与参数：

（1）轧制工艺：板坯经加热炉加热后，出钢温度为1205℃，均热时间26分钟，粗轧7道次后中间坯厚度为60mm，其中粗轧机轧制最后三道次压下率均在15%以上，精轧853℃开轧，终轧温度为765-790℃，轧制成厚度为15mm的钢板，开冷温度726-755℃，冷速平均18℃/S，终冷温度460-491℃。

(2)调质工艺：经三次矫直后的钢板进行调质处理，淬火加热温度为920℃，淬火时间为33min，回火温度为350℃，回火时间为66min，回火后钢板空冷至室温。

经调质处理后钢板的屈服强度为1213MPa，抗拉强度为1357MPa，延伸率15.5%，-40℃ 3/4尺寸V型缺口夏比冲击功值81J、65J、72J，强韧性匹配良好，钢板表面质量良好，无氧化铁皮压入导致的麻点和凹坑等缺陷。

Claims (1)

1.一种高表面质量超高强钢的生产方法，工艺路线为铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸→加热→轧制→矫直→淬火→回火→精整→性能检验→探伤，其特征在于：钢的化学组成百分含量为C=0.15~0.20，Si≤0.10，Mn=1.0～1.50，P≤0.012，S≤0.003，Nb=0.010~0.030%，V=0.015~0.040，Ti=0.010~0.025，Als=0.020～0.045， Cr=0.15～0.25，Mo=0.50～0.80，Ni=0.15~0.25，B=0.0008~0.0025，CEV≤0.60，余量为Fe和其它微量元素；关键工艺步骤包括：

(1) 轧制工艺：板坯加热出炉温度1180-1230℃，均热时间20-30min；粗轧三道次压下率≥15%，中间坯厚度不小于3倍目标轧制厚度，精轧开轧温度不高于860℃，终轧温度760-800℃；冷却方式为水冷，开冷温度720-760℃，返红温度450-500℃；

(2) 调质工艺：淬火温度890-930℃，加热时间为板厚mm×3min/mm，炉内氮气保护；回火温度250-450℃，回火时间为板厚mm×6min/mm，回火后空冷至室温。