CN116043104B - 一种tmcp工艺生产低成本q550d钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于宽厚板冶金技术领域，具体涉及一种TMCP工艺生产低成本Q550D钢及其生产方法。本发明钢板成分采用中碳设计，在保证强度的前提下，减少合金的加入量，通过轧制和冷却过程中对压下量、温度及冷却速度的精准控制，省去了热处理工艺，获得的Q550D钢具有50～60％的贝氏体+20～30％的针状铁素体+10～20％的珠光体组织，其化学成分、基体组织组合合理，能够同时具有较高的强度、以及优异的低温冲击韧性，合金成本低，生产过程省去了热处理环节，进一步降低了制造成本，可满足大型煤机、工程机械的使用制造。
Description
技术领域
本发明属于宽厚板冶金技术领域，具体涉及一种TMCP工艺生产低成本Q550D钢及其生产方法。
背景技术
近年来，高强度工程机械用钢得到了越来越广泛的应用，需求量也随之增大。其中Q550D适用于制造煤矿液压支架、重型车辆、工程机械等钢结构件。煤矿机械主要包括掘进机、采煤机、刮板输送机、液压支架，俗称“三机一架”。其中液压支架设备占比最高，是所有煤机产品中体量最大的设备。
目前国内生产的30～50mmQ550D高强钢，主要采用热处理交货，且需要添加贵重的Ni、Cu合金元素，导致生产成本高、周期长。专利公开号CN 112725703B提出一种低屈强比Q550D高强度钢板及其制造方法，采用控轧控冷+低温淬火+回火交货，热处理周期长、成本高。专利公开号CN 109706386 A提出一种低压缩比Q550D工程机械用钢板及其生产方法，也需添加贵重的Ni元素，合金成本较高。
因此，提出一种低成本生产Q550D钢的方法，对于我国的煤机和工程机械制造行业具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TMCP工艺生产低成本Q550D钢，按该方案获得的钢板化学成分组合合理，合金成本较低，低温冲击韧性优异，可满足实际的生产、加工及使用要求。
本发明的另一目的是提供一种TMCP工艺生产低成本Q550D钢的生产方法。
本发明是采用以下技术方案来实现的：
一种TMCP工艺生产低成本Q550D钢及其生产方法，所述钢板的厚度为30～50mm，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：0.13-0.16的C、0.10-0.25的Si、1.40-1.60的Mn、≤0.015的P、≤0.003的S、0.020-0.035的Als、0.030-0.060的Nb、0.40-0.60的Cr、0.10-0.20的Mo、≤0.020的Ti、以及0.0010-0.0020的B，余量为Fe和残留元素。
所述钢板的组织为50～60％的贝氏体+20～30％的针状铁素体+10～20％的珠光体，其屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥670MPa，伸长≥17％，-20℃纵向KV2冲击功≥100J。
一种TMCP工艺生产低成本Q550D钢的生产方法，包括以下步骤：冶炼、浇铸、加热、TMCP控轧控冷、堆冷；
其中TMCP控轧控冷工艺要求，粗轧至少保证5个压下道次率≥15％，晾钢厚度为2～3倍成品钢板厚度，累计压下率≥65％，精轧至少保证6个压下道次率≥10％，累计压下率≥60％，工艺要求：当成品钢厚度≥30～40mm，精轧开轧温度770～790℃，终轧温度760～780℃，弛豫时间30s，入水温度730±5℃，冷却速度控制在10～15℃/s，返红温度570±10℃；当成品钢厚度≥40～50mm，精轧开轧温度760～780℃，终轧温度750～770℃，弛豫时间40s，入水温度725±5℃，冷却速度控制在7～12℃/s，返红温度550±10℃；
其中堆冷工艺要求，钢板矫直后直接入缓冷坑堆冷，堆冷温度≥400℃，堆冷时间≥48h。
本发明的成分采用中碳设计，在保证强度的前提下，减少合金的加入量，通过Cr、B增强钢板的淬透性。Mo使CCT曲线中珠光体转变线右移，减少珠光体的形成，扩大形成针状铁素体的冷速范围；而Cr有利于在低冷速下获得贝氏体组织。随着Mo、Cr含量的增大，珠光体形核驱动力有了一定程度的下降。另外，Mo除了能推迟珠光体的形核和长大以外，还能够增加固溶体原子间的结合力，减小铁的自扩散系数，从而推迟了珠光体转变中的γ-α转变，有利于组织细化、提高沉淀强化及细晶强化的作用。
在轧制工艺上，通过大的粗轧、精轧累计压下率、道次压下率，保证钢板得到细小的晶粒和均匀细化的组织，这是保证冲击功的一个关键原因。其次，针状铁素体是在中温进行等温转变，或者以中等冷却速度进行连续冷却形成的中温转变过程中的产物。在精轧过程中，温度过高则形成晶界铁素体和晶内等轴状铁素体，随着温度的降低，等轴状铁素体逐渐转变为板条状的针状铁素体，当温度进一步降低时则形成贝氏体和铁素体。为此精轧温度必须准确控制。
此外，研究发现，冷却速度会影响针状铁素体的形成。冷却速度小，得到等轴铁素体和多边形铁素体；冷却速度过大，则会得到贝氏体、铁素体，甚至马氏体。为此返红温度和冷却速度必须控制准确，以便获得较多的针状铁素体，保证钢板的冲击功满足要求。
该方案的有益效果包括：本方案获得的Q550D钢化学成分、基体组织组合合理，能够同时具有较高的强度、以及优异的低温冲击韧性，合金成本低，生产过程省去了热处理环节，进一步降低了制造成本，可满足大型煤机、工程机械的使用制造。
附图说明
图1是本发明实施例中所得钢板组织的示意图。
图2是本发明实施例中所得钢板组织的高倍检测示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本实施例提供一种厚度为40mm的Q550D钢，包括如下质量百分比的化学成分：C0.15、Si0.17、Mn1.42、P0.013、S0.002、Als0.025、Nb0.043、Mo0.16、Cr0.52、Ti0.016、B0.0016，余量为Fe和残留元素。
其生产方法包括：
冶炼：铁水经KR搅拌脱硫后，S含量0.008％；转炉出钢C含量0.08％、P含量0.010％；转炉下渣厚度≤16mm；VD定[H]含量≤1.0PPm。
浇铸：钢水液相线温度1518℃，中包温度控制在1530～1535℃范围内。
加热：钢坯一加热温度960℃，二加热温度1210℃，均热段温度1200℃。加热时间270分钟。
控轧：粗轧晾钢厚度100mm，精轧开轧780℃，终轧765℃，返红560℃。具体的道次分配，压下量、压下率如下表1：
堆冷：钢板堆冷温度400℃，堆冷时间48h。
实施例性能检测
以实施例所得的Q550D板为待测品，钢板的化学成分、力学性能试件取样位置及试样制备按照标准《GB/T2975》规定检测，低温冲击韧性试验按《GB/T229》标准检测，拉伸性能试验按《GB/T228》标准检测，弯曲性能试验按《GB/T232》标准检测，检测结果如下表2所示。
由表2可以看出，本申请实施例提供的Q550D钢，具有良好的强度性能及低温冲击性能。
实施例获得的钢板的组织、高倍检测结果如下图1、图2所示。可见其主要组织为贝氏体(50～60％)+针状铁素体(20～30％)+珠光体(10～20％)。
综合上述试验结果可见，本申请实施例提供的Q500D钢板，其强度性能、冲击韧性、组织比列等指标均满足煤机、工程机械的制造使用要求。
此外还对实例获得的Q550D钢进行表面检验和内部探伤，合格率均达到100.00％。
综上所述，本申请提供的Q55D钢板用钢的各化学成分、生产工艺、内部组织组合合理，能够同时具有较好的力学性能和焊接性能。其生产方法满足冶金行业的组织生产，能够达到Q550D钢的质量，提高其使用性能。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种TMCP工艺生产低成本Q550D钢，其特征在于，所述钢是厚度为30～50mm的钢板，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：0.13-0.16的C、0.10-0.25的Si、1.40-1.60的Mn、≤0.015的P、≤0.003的S、0.020-0.035的Als、0.030-0.060的Nb、0.40-0.60的Cr、0.10-0.20的Mo、≤0.020的Ti、以及0.0010-0.0020的B，余量为Fe和残留元素；
所述钢板的组织为50～60％的贝氏体+20～30％的针状铁素体+10～20％的珠光体，其屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥670MPa，伸长≥17％，-20℃纵向KV2冲击功≥100J。
2.根据权利要求1所述的TMCP工艺生产低成本Q550D钢的生产方法，其特征在于包括以下步骤：冶炼、浇铸、加热、TMCP控轧控冷、堆冷；
其中TMCP控轧控冷工艺要求，粗轧至少保证5个压下道次率≥15％，晾钢厚度为2～3倍成品钢板厚度，累计压下率≥65％，精轧至少保证6个压下道次率≥10％，累计压下率≥60％，工艺要求：当成品钢厚度≥30mm且＜40mm，精轧开轧温度770～790℃，终轧温度760～780℃，弛豫时间30s，入水温度730±5℃，冷却速度控制在10～15℃/s，返红温度570±10℃；当成品钢厚度≥40mm且≤50mm，精轧开轧温度760～780℃，终轧温度750～770℃，弛豫时间40s，入水温度725±5℃，冷却速度控制在7～12℃/s，返红温度550±10℃；
堆冷工艺要求，钢板矫直后直接入缓冷坑堆冷，堆冷温度≥400℃，堆冷时间≥48h。
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