CN110423946A - 一种低压缩比超高强钢q960e特厚板的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种低压缩比超高强钢Q960E特厚板的生产方法，钢的化学成分质量百分比为C=0.15~0.20，Si=0.15～0.35，Mn=1.0～1.50，P≤0.012，S≤0.003，Nb=0.020~0.035，V=0.030~0.060，Ti=0.010~0.025，Als=0.020～0.045，Cr=0.50～0.80，Mo=0.40～0.60，Ni=1.00~1.40，B=0.0008~0.0025，CEV≤0.68，余量为Fe和其它微量元素。其工艺步骤包括铁水预处理→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。突破传统板坯生产超高强钢压缩比的限制，实现轧制压缩比2.2~3.0生产大厚度超高强钢，钢板厚度方向性能差异小，力学性能差：屈服强度≤30MPa，抗拉强度≤25MPa，延伸率≤2%，‑40℃纵向冲击功≤20J，横向冲击功≤15J。

Description

一种低压缩比超高强钢Q960E特厚板的生产方法

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，特别涉及一种低压缩比超高强钢Q960E特厚板的生产方法。

背景技术

随着煤矿机械和工程机械向着大型化重型化发展，低强度钢板和普通厚度钢板已不能满足部分特殊结构件生产需求。因受限于厚板生产压缩比的要求，特厚板生产大多采用钢锭轧制和连铸坯复合轧制，生产成本高，周期长，生产效率低。

CN 102330017A公布了一种小压缩比条件下使用连铸坯生产特厚钢板的方法，生产钢板的强度级别为Q345，屈服强度300MPa左右，抗拉强度500MPa左右，合金成分含量低，板坯低倍质量控制难度小。

CN 106244922A公布了一种大厚度Q960E超高强钢生产方法，坯料厚度320mm，生产成品钢板厚度为70mm，宽度规格＜2800mm，压缩比＞4，遵循了传统中厚板生产要求的压缩比＞3的一般要求。

CN 105177424A公布了一种高强度特厚钢板及其生产方法，合金成分含量高，钢锭轧制成材率低，生产成本高，生产周期长。

发明内容

本发明旨在提供一种低压缩比特厚超高强钢板的生产方法，所生产钢板使用坯料厚度300mm，钢板成品厚度规格90-120mm，宽度2000-3000mm，突破传统连铸坯料厚度对轧制钢板厚度的限制，降低特厚板生产对压缩比的要求，压缩比在2.2~3.0。

本发明的技术方案：

一种低压缩比超高强钢Q960E特厚板的生产方法，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。钢的化学组成质量百分含量为C=0.15~0.20，Si=0.15～0.35，Mn=1.0～1.50，P≤0.012，S≤0.003，Nb=0.020~0.035，V=0.030~0.060%，Ti=0.010~0.025，Als=0.020～0.045， Cr=0.50～0.80，Mo=0.40～0.60，Ni=1.00~1.40，B=0.0008~0.0025，CEV≤0.68，余量为Fe和其它微量元素；关键工艺步骤包括：

(1) 冶炼：按照洁净钢生产控制，连铸过热度6~18℃，断面300mm×2270mm，电磁搅拌电流250-290A，频率5-6.5HZ，动态轻压下6-7mm；

(2) 轧制：板坯加热温度1220～1250℃，轧制过程采用两阶段控制轧制，粗轧有两道次压下率大于15%，单道次压下量≥35mm，精轧开轧温度800~820℃，终轧温度800~830℃；轧后通过Mulpic快速冷却，高压段水压4.5-5bar，水量170-180m³/min，辊速0.25-0.3m/s；钢板在低压段进行摆动冷却至室温，水压0.8-1.2bar，水量480-530m³/min，辊速0.45-0.5 m/s；

(3) 调质：淬火温度870-930℃，加热时间为板厚mm×(1.8～2.1)min/mm；回火温度550～650℃，板厚mm×(2.2～2.5)min/mm，出炉后空冷至室温。

最终获得以回火索氏体为主的钢板，屈服强度大于960Mpa，抗拉强度980~1100MPa，延伸率大于13%，纵向、横向夏比冲击功（-40℃）分别达到60和40J以上。

本发明的原理：

（1）化学成分设计：C含量增加，利于提高钢的淬透性和强度，本发明设计钢板厚度规格大，对淬透性要求高，C含量下限为0.15%；C含量高会影响钢材的焊接性能，此外，C含量超过0.2%时，会产生一定的针状马氏体组织，影响钢材的低温韧性，本发明C含量控制上限为0.20%。Mn元素可提高钢的强度、硬度和淬透性，尤其对于要求高淬透性的厚规格高强度钢板必须保证较高的Mn含量；Mn元素为易偏析元素，Mn含量过高，板坯偏析控制难度大，而生产低压缩比厚板对板坯内部质量要求高，因此本发明设计Mn含量为1.00～1.50%。为满足大厚度规格钢板对淬透性的要求，设计添加Cr、Mo、Ni来提高淬透性和强度，加入Ni含量≥1%时，可显著提高二次硬化效应和抗高温软化性；Cr、Mo元素的加入同样可以提高回火抗性，但加入量过高的Cr、Mo会导致碳当量高，影响可焊性，故采用以Ni元素为主，Cr、Mo为辅的合金成分体系。同时，为避免这一不利影响，需要添加微量的B来提高淬透性。钢中的B含量超过0.0030%时，会产生含B相，这些硼化物沿着晶界析出而导致热脆，影响钢材的韧性和表面质量。Nb可抑制高温形变过程的再结晶，可以提高未再结晶区温度范围，但Nb的溶解度受C、Mn含量的影响，本发明Nb含量控制为0.020~0.035%。钢材回火过程中板条组织的回复和长大，会导致强度的降低；心部位置因淬透性的原因导致的相变强化不足。为弥补钢材的强度损失和提高钢板心部强度，利用V的回火析出提高钢材的强度，其作用在大厚度规格高强钢中表现尤为明显。

（2）轧制工艺：为保证轧制力渗透至心部，需保证板坯加热均匀烧透，内外温度差小；而加热温度过高，会导致晶粒异常长大。根据经验公式计算出NbCN₂固溶温度为1199.9℃，板坯加热温度上下限为1250℃和1220℃。因轧制压缩比小，要求粗轧末两道次单道压下量不低于35mm，确保再结晶区轧制充分细化晶粒，精轧过程以保板形为主。轧后利用mulpic高压段快速冷却，低压段摆动冷却至室温，将轧制的位错强化效果最大程度的保留，并通过相变细化组织，为热处理钢板提供尺寸较小的原始奥氏体晶粒。

（3）热处理工艺：奥氏体化温度和保温时间影响材料中的合金元素固溶，影响淬透性及晶粒大小。大厚度规格钢板淬火过程因不同厚度位置处温度变化和相变的不同步，导致存在较大内应力，需进行高温回火处理，在保证力学性能同时，最大程度去除应力。

本发明通过合理的化学成分、轧制工艺和热处理工艺设计，利用300mm板坯生产90-120mm厚，2000~3000mm宽超高强度钢板，性能指标符合标准要求。本发明优点：（1）板坯生产大厚度规格超高强钢，压缩比小，仅2.2-3.0，突破坯料尺寸限制，成材率高达90%，远高于钢锭生产60-75%成材率；生产周期短，成本低。（2）轧制过程充分利用有限的压下率细化晶粒，轧后利用有效的冷却手段保留了轧制硬化作用，并通过相变进一步细化组织。（3）多种强化机制协同作用，钢板厚度方向性能均匀性好，厚度效应小，厚度方向力学性能差异：屈服强度≤30MPa，抗拉强度≤25MPa，延伸率≤2%，-40℃纵向冲击功≤20J，横向冲击功≤15J。

附图说明

图1 为实施例1中90mmQ960E金相组织图。

图2 为实施例2中120mmQ960E金相组织图。

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1：90mmQ960E钢板的生产

钢的组成质量百分比为C=0.16，Si=0.22，Mn=1.22，P=0.011，S=0.0021，Nb=0.029，V=0.050，Ti=0.015，Als=0.030， Cr=0.62，Mo=0.51，Ni=1.15，B=0.0015，CEV=0.67，余量为Fe和其它微量元素。

生产工艺步骤包括：

（1）转炉、精炼按照洁净钢生产控制，钢水中氢含量1.3ppm，全氧含量8ppm，氮含量35ppm。连铸过热度13~15℃，断面300mm×2270mm，电磁搅拌电流265A，频率6HZ，动态轻压下6.3mm。

（2）轧制工艺：板坯经加热炉加热后，出钢温度为1240℃，均热时间41分钟，粗轧展宽后3道次压下量32mm、37mm和38mm，压下率分别为14%、19%和24%。中间坯厚度为120mm，精轧终轧温度为801~824℃，轧制成厚度为90mm×3000mm的钢板，随后经Mulpic快速冷却，高压段水压4.7-4.8bar，水量172-175m³/min，辊速0.26-0.28m/s。钢板在低压段进行摆动冷却至室温，水压0.9-1.0bar，水量491-502m³/min，辊速0.47-0.48 m/s。

(3) 调质工艺：淬火加热温度为920℃，淬火时间为180min，回火温度为630℃，回火时间为216min，回火后钢板空冷至室温。

钢的样品力学性能检测结果如表1。

实施例2：120mmQ960E钢板的生产

钢的组成质量百分比为：C=0.17，Si=0.22，Mn=1.25，P=0.010，S=0.0018，Nb=0.026，V=0.052，Ti=0.018，Als=0.025， Cr=0.64，Mo=0.53，Ni=1.17，B=0.0014，CEV=0.68，余量为Fe和其它微量元素。生产工艺步骤包括：

（1）转炉、精炼按照洁净钢生产控制，钢水中氢含量1.0ppm，全氧含量9ppm，氮含量30ppm。连铸过热度11~14℃，断面300mm×2270mm，电磁搅拌电流267A，频率5.5HZ，动态轻压下6.5mm。

（2）轧制工艺：板坯经加热炉加热后，出钢温度为1235℃，均热时间45分钟，粗轧展宽后3道次压下量34mm、43mm和45mm，压下率分别为13%、18%和23%。中间坯厚度为150mm，精轧终轧温度为805~828℃，轧制成厚度为120mm×2500mm的钢板，随后经Mulpic快速冷却，高压段水压4.8~4.9bar，水量174~178m³/min，辊速0.26~0.27m/s。钢板在低压段进行摆动冷却至室温，水压1.0~1.1bar，水量512~524m³/min，辊速0.45~0.46 m/s。

(3)调质工艺：淬火加热温度为920℃，淬火时间为228min，回火温度为610℃，回火时间为276min，回火后钢板空冷至室温。

钢的样品力学性能检测结果如表1。

表1 实施例钢的样品力学性能检测结果

Claims (1)

1.一种低压缩比超高强钢Q960E特厚板的生产方法，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：钢的化学组成质量百分含量为C=0.15~0.20，Si=0.15～0.35，Mn=1.0～1.50，P≤0.012，S≤0.003，Nb=0.020~0.035，V=0.030~0.060%，Ti=0.010~0.025，Als=0.020～0.045， Cr=0.50～0.80，Mo=0.40～0.60，Ni=1.00~1.40，B=0.0008~0.0025，CEV≤0.68，余量为Fe和其它微量元素；关键工艺步骤包括：

(1) 冶炼：按照洁净钢生产控制，连铸过热度6~18℃，断面300mm×2270mm，电磁搅拌电流250-290A，频率5-6.5HZ，动态轻压下6-7mm；

(2) 轧制：板坯加热温度1220～1250℃，轧制过程采用两阶段控制轧制，粗轧有两道次压下率大于15%，单道次压下量≥35mm，精轧开轧温度800~820℃，终轧温度800~830℃；轧后通过Mulpic快速冷却，高压段水压4.5-5bar，水量170-180m³/min，辊速0.25-0.3m/s；钢板在低压段进行摆动冷却至室温，水压0.8-1.2bar，水量480-530m³/min，辊速0.45-0.5 m/s；

(3) 调质：淬火温度870-930℃，加热时间为板厚mm×(1.8～2.1)min/mm；回火温度550～650℃，板厚mm×(2.2～2.5)min/mm，出炉后空冷至室温。