专利名称：一种屈服强度800MPa级工程机械用调质钢及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种屈服强度SOOMPa级工程机械用调质钢，同时涉及一种此级别钢种的生产方法，属于高强钢生产技术领域。
背景技术：
随着我国机械制造工业的飞速发展，对工程机械用钢的强度、韧性、塑性及可焊性的要求越来越高；工程机械制造业为提高生产效率、减轻设备自重及降低能源消耗，对于强度级别较高的工程机械用钢需求量越来越大。目前，生产高强度的工程机械用钢，可采用多种工艺方式，如控轧控冷工艺即TMCP 工艺、控轧控冷+回火工艺即TMCP+回火工艺、控轧控冷+调质工艺等。从工艺控制角度及成本方面考虑，采用较少的工序，对降低成本有利。但是，如果单纯使用控轧控冷工艺，无法保证钢板整体性能，钢板性能不均勻，且所能生产的钢种级别较低、钢板厚度规格亦较薄。为提高并改善性能，需要加入不少合金元素且需严格控制轧制工艺参数，方能保证所需要的钢板质量。采用“控轧控冷+回火工艺”较直接采用控制控冷工艺而言，可改善并稳定钢板性能；但因缺少淬火工序，回火前钢板强度略低，经回火处理后，可能存在强度不足现象，无法生产较高级别工程机械用钢。采用“控制轧制+调质工艺”，可以明显改善并稳定钢板质量，提高钢板强度，生产较高级别工程机械用钢。但对于调质处理的钢板，为保证淬火及回火后强度，一般需要加入不少淬透性元素，如Cr、Ni、Mo等，导致调质钢成本较高。考虑到上述因素，在降低生产成本并保证钢板性能的前提下，本发明设计合适的成分体系，对于不同规格的钢板，优化并调整Cr、Ni、Mo等合金含量；在后续轧制及热处理过程中，合理控制轧制工艺参数、淬火工艺及回火工艺参数，所生产的钢板强度、塑性、韧性匹配较好且比较稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种屈服强度SOOMPa级工程机械用调质钢及其生产方法。 通过采取合理的成分设计、轧制工艺及调质工艺，所生产的钢板完全可以达到SOOMPa级工程机械用调质钢的性能要求。本发明涉及一种屈服强度SOOMPa级工程机械用调质钢，其化学成分为(重量百分比)，C 0. 10 % 0. 15 % ；Si 0. 10 % 0. 40 % ；Mn :1. 00 % 1. 60 % ；Cr 0. 10 % 0. 50%;Mo :0. 10% 0. 30%;Ni :0. 00% 0. 20%;B :0. 0010% 0. 0030%;Nb :0. 000% 0. 030 % ；V 0. 010 % 0. 050 % ；Ti 0. 010 % 0. 020 % ；Alt :0. 010 % 0. 050 % ；P 彡 0. 020% ；S 彡 0. 010% ；碳当量 Ceq(% ) = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V)/5+ (Cu+Ni)/15 彡 0· 50 ； 其余为1 及不可避免杂质。碳碳是保证钢板淬透性的重要合金元素，也是决定碳当量的重要因素，对钢的强度、韧性、塑性及焊接性均有较大影响。碳含量过高，影响钢板焊接性能，且碳含量对钢板抗高温回火不利；碳含量过低，影响钢板整体强度，在保证本发明钢板所需要强度的前提下， 优选的碳含量的范围0. 11% 0. 14% ；硅脱氧的必要元素，具有一定的固溶强化作用，过高会影响钢的韧性及焊接性， 本发明中优选的硅含量的范围0. 20% 0. 30% ；锰钢中重要的固溶强化元素，可降低相变温度，细化组织亚结构，在强化钢板的同时改善韧性；同时，可提高淬透性。若锰含量过高，对焊接及韧性不利，本发明中优选的锰含量的范围1. 20% 1.40% ；；铬增加钢的淬透性，细化组织，降低韧脆转变温度；与锰配合使用，可提高钢的淬硬性，改善钢的力学性能；铬比锰的偏析倾向小，以铬代替部分锰，可减少钢板心部偏析，改善钢板内部质量，提高力学性能的均勻性；本发明中优选的铬含量的范围0. 30% 0. 50% ；钼可以显著增加钢的淬透性及淬硬性，细化淬火后钢的显微组织，提高韧性，改善钢的高温回火脆性，具有较好的抗高温回火能力，是调质钢中必要的合金元素。但因钼是一种贵重合金，为降低成本，在保证性能的前提下，根据实际钢板厚度，选择少加钼，本发明中优选的钼含量的范围0. 20% 0. 30% ；镍提高钢的低温韧性，改善塑性及抗高温回火软化能力，有利于细化回火后的组织。镍也是一中贵重合金，过高将增加成本，选择少加不加镍，本发明中优选的镍含量的范围0. 10% 0. 20% ；铌、钛、钒铌、钛均是强碳及氮化合物形成元素，在钢坯加热及轧制过程中，钉扎奥氏体晶界并阻止奥氏体晶粒过度长大；在淬火过程中，阻碍淬火前钢板加热时奥氏体晶粒长大，得到细小的等轴淬火组织，改善回火后低温韧性。在回火过程中，钒做为微合金元素，沉淀析出大量碳氮化物，提高钢的强度。根据实际需要，本发明适当加入铌、钛、钒三种微合金元素。硼显著提高钢的淬透性比较有效的元素，极易在晶界偏析，阻止碳的析出，微量的硼即可起到明显的作用。但硼含量过高，易形成硼的碳氮化物，降低韧性并引起热脆，其合理范围0. 0010% 0. 0020% ；磷、硫钢中有害元素，对冲击韧性不利；本发明采用纯净钢生产技术，尽量减少磷、硫元素对钢性能的不利影响。一种屈服强度SOOMPa级工程机械用调质钢生产步骤如下钢水冶炼及板坯浇铸在冶炼过程中，严格控制碳、磷、硫成分并保证碳当量在控制范围内；冶炼工艺路线铁水脱硫扒渣一转炉冶炼一LF炉精炼一RH精炼；浇铸过程中严格控制铸坯表面及内部质量。钢板轧制钢坯加热至设定温度1160°C 1240°C，保证钢坯充分奥氏体化；在轧制过程中，采用两阶段控制轧制工艺，粗轧阶段开轧温度1170士20°C，粗轧结束温度彡9800C ；精轧阶段开轧温度900°C 950°C，精轧结束温度800°C 850°C ；为保证轧制后钢板板形，较薄规格钢板< 25mm采用直接轧制，轧制后空冷方式进行冷却；较厚规格钢板 ^ 25mm采用控制轧制，轧后采用弱水冷，终冷温度设置略高。调质热处理根据不同规格钢板的成分体系及钢板完全奥氏体温度，合理设定淬火温度880°C 950°C及其保温时间IOmin 40min、回火温度500°C 680°C及其保温时间IOmm 60mm，其余过程执行加热炉加热模型参数。本发明通过上述工序所生产的SOOMI^级工程机械用调质钢，钢板厚度规格覆盖8mm 60mm ；钢板力学性能指标比较稳定，其中上屈服强度ReH彡800MPa、抗拉强度 Rm彡850MPa、断后伸长率A = 14% 20%、-40°C冲击值AKv = 95J ^OJ,钢板强度指标良好，且塑性、韧性匹配较好。
图1为实施例12mm规格钢板典型回火态金相组织。图2为实施例20mm规格钢板典型回火态金相组织。图3为实施例30mm规格钢板典型回火态金相组织。图4为实施例40mm规格钢板典型回火态金相组织。图5为实施例50mm规格钢板典型回火态金相组织。图6为实施例60mm规格钢板典型回火态金相组织。
具体实施例方式根据本发明“SOOMPa级工程机械用调质钢”的化学成分范围，在4300mm宽厚板生产线完成钢坯冶炼、板坯浇铸，板坯规格250mm/300mm(钢坯厚度)X2000mm/M00mm(钢坯宽度)X 2700mm 4100mm (钢坯长度)、钢板轧制(轧制规格12mm、20mm、30mm、40mm、50mm、 60mm)及调质热处理淬火及回火工艺。本实例中SOOMI^级工程机械用调质钢实际化学成分(wt%)由表1所示表1实际化学成分
权利要求
1.一种屈服强度SOOMI^级工程机械用调质钢，其化学成分为(重量百分比)，C: 0. 10% 0. 15% ；Si 0. 10% 0. 40% ；Mn :1. 00% 1. 60% ；Cr :0. 10% 0. 50% ；Mo 0. 10% 0. 30% ；Ni 0. 00% 0. 20% ；B 0. 0010% 0. 0030% ；Nb 0. 000% 0. 030% ； V 0. 010% 0. 050% ；Ti 0. 010% 0. 020% ；Alt :0. 010% 0. 050% ；P 彡 0. 020% ；S ^ 0.010% ；其余为!^e及不可避免杂质；同时满足；碳当量Ceq) = C+(Mn+Mo)/5+(Cr+ Cu)/20+Ni/40 ^ 0. 50ο
2.如权利要求1所述的屈服强度SOOMI^a级工程机械用调质钢，其特征在于C: 0. 11 % 0. 14% ；Mn 1. 20% 1. 40% ；Cr 0. 30% 0. 50% ；Mo 0. 20 % 0. 30 % ；Ni 0. 10% 0. 20%。
3.如权利要求1或2所述的屈服强度SOOMPa级工程机械用调质钢，其特征在于碳当 fiCeq(% ) :0. 45 0. 49。
4.生产如权利要求1或2所述的屈服强度SOOMI^级工程机械用调质钢的方法，通过转炉冶炼、炉外精炼、RH真空处理、连铸、钢坯再加热、控制轧制、控制冷却，其特征在于在调质工序的淬火过程中淬火加热温度880°C 930°C，淬火保温时间IOmin 40min ；在调质工序的回火过程中回火温度550°C 650°C，回火保温时间IOmin 60min。
5.如权利要求1或2所述的屈服强度SOOMPa级工程机械用调质钢，其调质处理后的金相组织为回火索氏体。
全文摘要
本发明提供一种屈服强度800MPa级工程机械用调质钢及其生产方法，其化学成分为(重量)，C0.10％～0.15％；Si0.10％～0.40％；Mn1.00％～1.60％；Cr0.10％～0.50％；Mo0.10％～0.30％；Ni0.00％～0.20％；B0.0010％～0.0030％；Nb0.000％～0.030％；V0.010％～0.050％；Ti0.010％～0.020％；Alt0.010％～0.050％；P≤0.020％；S≤0.010％；通过优化控轧控冷工艺参数、并采用合适的调质热处理工艺，所生产的800MPa级工程机械用调质钢塑性及韧性匹配良好。
文档编号C22C38/50GK102418050SQ20111041232
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者何元春, 刘春明, 姜中行, 宋欣, 张国栋, 王根矶, 白学军, 邹阳, 郑会平, 陈楠, 顾林豪 申请人:秦皇岛首秦金属材料有限公司, 首钢总公司