CN115572913A - 一种耐火型高强钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐火型高强钢及其生产方法,钢板化学成分组成及质量百分含量为C 0.3‑0.5%、Mn 0.3‑0.6%,V 0.07‑0.12%,Ni 5‑6%,Cr 19‑21.2%,Mo 10‑19%,其余为Fe和不可避免的杂质元素;生产方法包括加热、轧制以及热处理工序,其中热处理工序采用调质方式。本发明通过合理成分设计和工艺改进,所得钢板强度、延伸率高,屈强比低,钢板抗拉强度Rm≥1000MPa,硬度为300‑350HB,延伸率≥14%、常温U型冲击功在80J以上,1000℃高温拉伸性能中,屈服强度≥600Mpa。
Description
技术领域
本发明属于钢铁技术领域,具体涉及一种耐火型高强钢及其生产方法。
背景技术
GB/T 28415-2012规定,耐火钢600℃的高温屈服强度必须不低于室温标准屈服强度的2/3,以保证建筑物在高温下的安全性能。但是对于核电、军工等特殊领域,这个指标是远远不够的,它们的使用环境更加恶劣,因此要求更高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐火型高强钢及其生产方法,所提供的钢板抗拉强度Rm≥1000MPa,硬度在300-350HB,延伸率≥14%、常温U型冲击功在80J以上,1000℃高温拉伸性能中,屈服强度≥600Mpa。
为达到上述目的,本发明的技术方案为:
一种耐火型高强钢,其化学成分组成及质量百分含量为:C 0.3-0.5%,Mn 0.3-0.6%,V 0.07-0.12%,Ni 5-6%,Cr 19-21.2%,Mo 10-19%,,其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明所述耐火型高强钢中各化学元素的作用如下:
C:可提高钢板的屈服点和抗拉强度,尤其是高温时的强度指标,但也会引起塑性和冲击性降低,因此需要配合其他元素形成固溶物,然后结合合理的热处理工艺,形成大角晶界的马氏体组织,减少对韧性的影响。为保证1000℃时的高温拉伸性能,C含量不能低于0.3%,但是也不能太高、会影响焊接性,因此设计数值在0.3-0.5%之间。
Mn:提高强度指标元素,使钢的调质组织均匀、细化,避免了渗碳层中碳化物的聚集成块,但增大了钢的过热敏感性和回火脆性倾向。同时锰强烈降低钢的Ar1和马氏体转变温度(其作用仅次于碳)和钢中相变的速度,提高钢的淬透性,增加残余奥氏体含量。为了减少残余奥氏体含量以及过热敏感性和回火脆性倾向,在设计成分时,有意减少Mn含量,设计数值在0.3-0.6%之间。
V:由于钒与碳能够形成稳定难熔的碳化物,强化基本,使钢在较高温度时仍保持细晶组织,调节钢的淬透性,大大降低钢的过热敏感性,使得高温强度性能得以提高;且钒的碳化物是金属碳化物中最硬和最耐磨的,弥散分布的碳化物可提高工具钢的硬度和耐磨性,因此设计数值在0.07-0.12%之间,过高时,组织会粗化。
Ni:镍是扩大γ相区,形成无限固溶体的元素,它是奥氏体不锈钢中的主要元素。由于镍可降低临界转变湿度和降低钢中各元素的扩散速度,因而它可以提高钢的淬透性。并且镍能细化铁素体晶粒,改善钢的低温性能。含镍量超过一定值的碳钢,其低温脆化转变温度显著降低,而低温冲击韧性显著提高,因此镍钢常用于低温材料。由于Ni属于贵金属,对于高碳型耐火钢一般设计在5-6%。
Mo:钼对铁素体有固溶强化作用.同时也提高碳化物的稳定性,从而提高钢的强度。与铬、锰等并存时,钼又降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性;可与铁、碳形成复合的渗碳体,提高强度,增加高温耐火性;同时钼对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用。对于高温耐火性,Mo可以设计范围广,在10-19%。
Cr:铬与碳形成多种碳化物,溶于铁素体中,缩小奥氏体相区域,减缓奥氏体的分解速度,显著提高钢的淬透性,即可以提高强度,且铬的碳化物熔点高,具有一定抗高温性能,对于高碳型耐火钢一般设计在19-21.2%。
本发明所述耐火性高强钢的生产方法包括冶炼、加热、轧制以及热处理工序。
本发明所述冶炼工序,电炉生产的大包样P:≤0.010%,出钢后加入Al线400m-650m,冶炼时,精炼的碱度控制在6-8之间,精炼后期的硫含量在0.002-0.005%之间;真空采用13+7模式,即真空吹氩13-15min后,破坏真空加微合金进行微调,破坏真空后软吹7-12min以上;VD吹氩气进行真空搅拌,真空总时间控制在30-35min。
本发明所述加热工序,钢板合金含量较高,导热性比较差,加热时间在90-100小时,残余氧含量≤0.5ppm;钢板轧制厚度在20-50mm;在加热段停留时间3-5小时,最高加热温度≤1180℃,同时应保证升温均匀平稳,钢坯在均热段停留时间10-15小时,均热温度1140-1160℃。
本发明所述轧制工序,钢板开轧温度≥1150℃,终轧温度≥980℃,多道次、小压下量快速轧制。
本发明所述热处理工序,钢板采用调质热处理,淬火温度:750-800℃,1.5-2.0min/mm,油冷;回火热处理:500-550℃,保温5-6小时,空冷。
本发明所述钢板厚度为20-50mm。
本发明的目的在于提供一种耐火型高强钢及其生产方法,以实现核电、军工等特殊领域耐火钢板生产,其中一项力学要求1000℃高温拉伸性能,非一般领域600℃普通耐火型实验,保证特殊领域的耐火性要求;同时要求屈强比要求,使得钢板具有一定的抗震能力。在成分设计上,通过降低Mn实现残余奥氏体降低和过热敏感性、回火脆性降低;弥散分布的钒的碳化物以及Mo的复合渗碳体析出提高强度、增加高温耐火性,以实现高强度耐火板生产。钢板采用亚温调质的方式进行热处理,所得钢板强度高、延伸率高,屈强比低,有利于生产核电、军工支撑架。钢板抗拉强度Rm≥1000MPa、屈强比≤0.92,硬度在300-350HB,延伸率≥14%、常温U型冲击功在80J以上,1000℃高温拉伸性能中,屈服强度≥600Mpa。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明技术方案进行进一步详细说明。
实施例1
本实施例钢板厚度为20mm,其化学成分组成及质量百分含量为:C 0.3%、Mn 0.3%、V 0.070%,Ni 5.1%,Cr 19.0%,Mo 10%,其余为Fe和不可避免的杂质元素;
本实施例钢板的生产方法包括冶炼加热、轧制以及热处理工序,具体如下:
电炉生产的大包样P:0.010%,出钢后加入Al线400m,冶炼时,精炼的碱度控制在6,精炼后期的硫含量在0.005%。真空采用13+7模式,即真空吹氩13min后,破坏真空加微合金进行微调,破坏真空后软吹7min。VD吹氩气进行真空搅拌,真空总时间控制在30min。
钢板合金含量较高,导热性比较差,加热时间在90小时,残余氧含量0.4ppm。
坯料在加热段停留时间3小时,最高加热温度1170℃,同时应保证升温均匀平稳,钢坯在均热段停留时间107小时,均热温度1160℃。
钢板开轧温度1180℃,终轧温度1020℃,多道次、小压下量快速轧制。
钢板采用调质热处理,淬火温度:750℃,1.5min/mm,油冷。回火热处理:500℃,保温5小时,空冷。
钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。
本实施例钢板力学性能:屈服强度:950Mpa、抗拉强度1060MPa、屈强比0.896(屈服强度/抗拉强度),硬度在310HB,延伸率15%、常温冲击功在102J、110J、96J;1000℃高温拉伸性能中,屈服强度735Mpa。
实施例2
本实施例钢板厚度为26mm,其化学成分组成及质量百分含量为:C 0.4%、Mn0.38%、 V 0.088%, Ni 5.2%,Cr 19.5%, Mo 10.9%,其余为Fe和不可避免的杂质元素;
本实施例钢板的生产方法包括冶炼、加热、轧制以及热处理工序,具体如下:
电炉生产的大包样P:0.009%,出钢后加入Al线450m,冶炼时,精炼的碱度控制在6.5,精炼后期的硫含量在0.0038%。真空采用13+7模式,即真空吹氩13.5min后,破坏真空加微合金进行微调,破坏真空后软吹8min。VD吹氩气进行真空搅拌,真空总时间控制在32min。
钢板合金含量较高,导热性比较差,加热时间在95小时,残余氧含量0.3ppm。
钢板在加热段停留时间3.5小时,最高加热温度1160℃,同时应保证升温均匀平稳,钢坯在均热段停留时间12小时,均热温度1146℃。
钢板开轧温度1180℃,终轧温度1010℃,多道次、小压下量快速轧制。
钢板采用调质热处理,淬火温度:790℃,1.8min/mm,油冷。回火热处理:530℃,保温5.7小时,空冷。
钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。
本实施例钢板力学性能:屈服强度:940Mpa、抗拉强度1030MPa、屈强比0.912(屈服强度/抗拉强度),硬度在340HB,延伸率14.5%、常温冲击功在122J、107J、106J;1000℃高温拉伸性能中,屈服强度750Mpa。
实施例3
本实施例钢板厚度为30mm,其化学成分组成及质量百分含量为:C 0.45%、Mn0.42%、V 0.089%, Ni 5.7%,Cr 20.2%, Mo 15%,其余为Fe和不可避免的杂质元素;
本实施例钢板的生产方法包括冶炼、加热、轧制以及热处理工序,具体如下:
电炉生产的大包样P:0.008%,出钢后加入Al线550m,冶炼时,精炼的碱度控制在7,精炼后期的硫含量在0.0028%之间。真空采用13+7模式,即真空吹氩14.5min后,破坏真空加微合金进行微调,破坏真空后软吹10min以上。VD吹氩气进行真空搅拌,真空总时间控制在33min。
钢板合金含量较高,导热性比较差,加热时间在97小时,残余氧含量0.2ppm。
钢板在加热段停留时间3.8小时,最高加热温度1170℃,同时应保证升温均匀平稳,钢坯在均热段停留时间13.5小时,均热温度1145℃。
钢板开轧温度1170℃,终轧温度1020℃,多道次、小压下量快速轧制。
钢板采用调质热处理,淬火温度:780℃,1.8min/mm,油冷。回火热处理:530℃,保温5小时,空冷。
钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。
本实施例钢板力学性能:屈服强度:960Mpa、抗拉强度1080MPa、屈强比0.912(屈服强度/抗拉强度),硬度在345HB,延伸率14%、常温冲击功在102J、97J、96J;1000℃高温拉伸性能中,屈服强度730Mpa。
实施例4
本实施例钢板厚度为37mm,其化学成分组成及质量百分含量为:C 0.41%、Mn0.48%、V 0.093%, Ni 5.7%,Cr 20.5%, Mo 17.2%,其余为Fe和不可避免的杂质元素;
本实施例钢板的生产方法包括冶炼、加热、轧制以及热处理工序,具体如下:
电炉生产的大包样P:0.007%,出钢后加入Al线550m,冶炼时,精炼的碱度控制在7,精炼后期的硫含量在0.0031%。真空采用13+7模式,即真空吹氩14min后,破坏真空加微合金进行微调,破坏真空后软吹10min以上。VD吹氩气进行真空搅拌,真空总时间控制在34min。
钢板合金含量较高,导热性比较差,加热时间在95小时,残余氧含量0.2ppm。
钢板在加热段停留时间3.5小时,最高加热温度1160℃,同时应保证升温均匀平稳,钢坯在均热段停留时间13.0小时,均热温度1140℃。
钢板开轧温度1170℃,终轧温度1010℃,多道次、小压下量快速轧制。
钢板采用调质热处理,淬火温度:785℃,1.7min/mm,油冷。回火热处理:535℃,保温5小时,空冷。
钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。
本实施例钢板力学性能:屈服强度:950Mpa、抗拉强度1075MPa、屈强比0.884(屈服强度/抗拉强度),硬度在342HB,延伸率14.5%、常温冲击功在92J、97J、112J;1000℃高温拉伸性能中,屈服强度735Mpa。
实施例5
本实施例钢板厚度为42mm,其化学成分组成及质量百分含量为:C 0.39%、Mn0.50%、V 0.095%, Ni 5.5%,Cr 20.8%, Mo 16.9%,其余为Fe和不可避免的杂质元素;
本实施例钢板的生产方法包括冶炼、加热、轧制以及热处理工序,具体如下:
电炉生产的大包样P:0.008%,出钢后加入Al线600m,冶炼时,精炼的碱度控制在7.2,精炼后期的硫含量在0.0029%。真空采用13+7模式,即真空吹氩15min后,破坏真空加微合金进行微调,破坏真空后软吹12min以上。VD吹氩气进行真空搅拌,真空总时间控制在34min。
钢板合金含量较高,导热性比较差,加热时间在95小时,残余氧含量0.3ppm。
钢板在加热段停留时间4小时,最高加热温度1180℃,同时应保证升温均匀平稳,钢坯在均热段停留时间14小时,均热温度1145℃。
钢板开轧温度1160℃,终轧温度1010℃,多道次、小压下量快速轧制。
钢板采用调质热处理,淬火温度:790℃,1.8min/mm,油冷。回火热处理:540℃,保温5.3小时,空冷。
钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。
本实施例钢板力学性能:屈服强度:920Mpa、抗拉强度1010MPa、屈强比0.911(屈服强度/抗拉强度),硬度在345HB,延伸率15.5%、常温冲击功在102J、117J、106J;1000℃高温拉伸性能中,屈服强度720Mpa。
实施例6
本实施例钢板厚度为46mm,其化学成分组成及质量百分含量为:C 0.48%、Mn0.52%、V 0.114%, Ni 5.8%,Cr 20.2%, Mo 18.5%,其余为Fe和不可避免的杂质元素;
本实施例钢板的生产方法包括冶炼、加热、轧制以及热处理工序,具体如下:
电炉生产的大包样P:0.007,出钢后加入Al线650m,冶炼时,精炼的碱度控制在8,精炼后期的硫含量在0.0022%。真空采用13+7模式,即真空吹氩15min后,破坏真空加微合金进行微调,破坏真空后软吹12min以上。VD吹氩气进行真空搅拌,真空总时间控制在35min。
钢板合金含量较高,导热性比较差,加热时间在92小时,残余氧含量0.3ppm。
钢板在加热段停留时间4.5小时,最高加热温度1170℃,同时应保证升温均匀平稳,钢坯在均热段停留时间14.5小时,均热温度1145℃。
钢板开轧温度1180℃,终轧温度980℃,多道次、小压下量快速轧制。
钢板采用调质热处理,淬火温度:790℃,1.9min/mm,油冷。回火热处理:545℃,保温5.7小时,空冷。
钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。
本实施例钢板力学性能:屈服强度:910Mpa、抗拉强度1095MPa、屈强比0.915(屈服强度/抗拉强度),硬度在340HB,延伸率16%、常温冲击功在82J、101J、96J;1000℃高温拉伸性能中,屈服强度710Mpa。
实施例7
本实施例钢板厚度为50mm,其化学成分组成及质量百分含量为:C 0.5%、Mn 0.6%、V 0.12%, Ni 6%,Cr 21.2%, Mo 19%,,其余为Fe和不可避免的杂质元素;
本实施例钢板的生产方法包括冶炼、加热、轧制以及热处理工序,具体如下:
电炉生产的大包样P:0.010%,出钢后加入Al线6650m,冶炼时,精炼的碱度控制在6,精炼后期的硫含量在0.002%。真空采用13+7模式,即真空吹氩15min后,破坏真空加微合金进行微调,破坏真空后软吹12min。VD吹氩气进行真空搅拌,真空总时间控制在35min。
钢板合金含量较高,导热性比较差,加热时间在100小时,残余氧含量0.2ppm。
钢板在加热段停留时间5小时,最高加热温度1170℃,同时应保证升温均匀平稳,钢坯在均热段停留时间15小时,均热温度1145℃。
钢板开轧温度1170℃,终轧温度1020℃,多道次、小压下量快速轧制。
钢板采用调质热处理,淬火温度:800℃,2min/mm,油冷。回火热处理:550℃,保温5小时,空冷。
钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。
本实施例钢板力学性能:屈服强度:905Mpa、抗拉强度1090MPa、屈强比0.914(屈服强度/抗拉强度),硬度在310HB,延伸率17%、常温冲击功在92J、97J、95J;1000℃高温拉伸性能中,屈服强度705Mpa。
最后所应说明的是:以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1. 一种耐火型高强钢,其特征在于:所述钢板化学成分组成及质量百分含量为:C0.3-0.5%、Mn 0.3-0.6%,V 0.07-0.12%,Ni 5-6%,Cr 19-21.2%,Mo 10-19%,其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2.如权利要求1所述耐火性高强钢的生产方法,其特征在于,包括冶炼、加热、轧制以及热处理工序;其中所述热处理工序采用调质方式,淬火温度:750-800℃,1.5-2.0min/mm,油冷;回火温度:500-550℃,保温5-6小时,空冷。
3.根据权利要求2所述的耐火型高强钢的生产方法,其特征在于:所述冶炼工序,大包样P≤0.010%,出钢后加入Al线400m-650m;真空采用13+7模式,即真空吹氩13-15min,破坏真空加微合金进行微调,破坏真空后软吹7-12min。
4.根据权利2或3所述的耐火型高强钢的生产方法,其特征在于:所述冶炼工序,VD吹氩气进行真空搅拌,真空总时间控制在30-35min。
5.根据权利要求2所述的耐火型高强钢的生产方法,其特征在于:所述加热工序,加热时间为90-100小时,残余氧含量≤0.5ppm。
6.根据权利要求2所述的耐火型高强钢的生产方法,其特征在于:所述加热工序,钢坯在加热段停留时间3-5小时,最高加热温度≤1180℃,应保证升温均匀平稳;钢坯在均热段停留时间10-15小时,均热温度1140-1160℃。
7.根据权利要求2所述的耐火型高强钢的生产方法,其特征在于:所述轧制工序,开轧温度≥1150℃,终轧温度≥980℃。
8.根据权利要求2所述的耐火型高强钢的生产方法,其特征在于:冶炼时,精炼的碱度控制在6-8之间,精炼后期的硫含量在0.002-0.005%之间。
9.根据权利要求2所述的耐火型高强钢的生产方法,其特征在于,钢板生产后需要采用涂漆方式进行防锈。
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