低成本高强度工程机械用钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钢铁材料冶炼加工和热处理技术领域，尤其是一种低成本高强度工程机械用钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002]随着我国工程机械行业的快速发展，对高强度工程机械用钢板的需求不断增加，高强度工程机械用钢主要用于推土机、挖掘机等大型机械。国内各钢厂普遍采用轧后调质热处理即淬火加高温回火的工艺生产，由于该级别的工程机械用钢的生产往往添加大量的合金元素，造成生产成本的居高不下，严重影响了企业的生产利润，因此如何优化化学成分和热处理工艺，实现在不添加过多贵金属如镍的情况下保持超高的强度和良好的低温韧性是值得共同关注的问题。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种综合力学性能良好的低成本高强度工程机械用钢板；本发明还提供了一种低成本高强度工程机械用钢板的生产方法。
[0004]为解决上述技术问题，本发明化学成分的质量百分含量为:C 0.16?0.18%、Si0.3 ?0.4%、Mn 1.0 ?1.4%、P 彡 0.016%、S 彡 0.009%、Ni 0.4 ?0.7%、Cr 0.3 ?0.5%、Nb 0.01 ?0.03%、Al 0.02 ?0.06%、Mo 0.30 ?0.40%、Ti 0.010 ?0.030%、B 0.0016 ?0.0030%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0005]本发明所述钢板的厚度为80mm。
[0006]本发明中各化学成分的作用是:
C:通过间隙固溶可显著提高钢板的强度。
[0007]S1:一般在钢中的含量不低于0.4%，提高钢的淬透性，以固溶形态存在于钢中，提高钢的强度。
[0008]Mn:固溶存在于钢中，扩大了奥氏体区，提高钢的淬透性，使钢的强度显著提升。
[0009]N1:扩大奥氏体区，是形成和稳定奥氏体的主要合金元素，提高钢的淬透性，使钢低温脆化转变温度降低，提高钢的的强度。
[0010]Cr:可缓解奥氏体的分解速度，提高钢的淬透性，使钢的强度得到提升。
[0011]Mo:在钢中有固溶强化作用，对改善钢的韧性及耐磨性起到有利作用。
[0012]T1:其加入可以固定钢中N元素，减少钢中BN的生成，增加钢中有效硼的含量，Ti还为强碳化物生成元素，起到沉淀强化的作用。
[0013]Nb:其加入可细化晶粒，提尚钢的强度与初性，并可通过析出强化进一步提尚钢的强度。
[0014]Al:钢中的脱氧剂，可细化晶粒，提高钢的韧性，并通过固溶强化提高钢的强度。
[0015]B:在钢中的显著作用是其极微少的有效含量就可以使钢的淬透性成倍增加，钢中加硼有利于将钢的高强度同良好可焊性和抗冷脆能力相结合；还可提高晶界强度进而提高抗氢致晶间断裂的能力，同时对低碳贝氏体钢的微观组织和力学性能也有明显影响。
[0016]本发明方法包括冶炼、浇铸、加热、乳制和热处理工序；所述钢板化学成分的质量百分含量如上所述；
所述轧制工序:采用两阶段控轧工艺；第一阶段轧制温度为980?1150°C，单道次压下率为10?16%，累积压下率为40?60% ;第二阶段轧制温度为800?950°C，单道次压下率为11?16%，累计压下率为40?70%，轧制得轧态钢板；
所述热处理工序:对轧态钢板进行淬火处理，淬火温度为910±10°C，保温系数为I?3min/mm (即保温时间按每毫米钢板厚度加热I?3分钟进行计算)，将保温后的钢板水冷至室温；将淬火后的钢板进行回火处理，回火温度为500±10°C，保温系数为1.5?3min/mm(即保温时间按每毫米钢板厚度加热1.5?3分钟进行计算)，将保温后的钢板进行风冷，得到成品钢板。
[0017]本发明方法所述轧制工序:第一阶段轧制的开轧温度温度为1000?1150°C，终轧温度为980?1050°C ;第二阶段的开轧温度为900?950°C，终轧温度为800?860°C。
[0018]本发明方法所述加热工序:将钢坯以400?500 °C /h的升温速度加热至1200°C ±10°C保温，保温时间(6±2)min/cm (即保温时间按每厘米钢板厚度加热6±2分钟进行计算)。
[0019]本发明方法所述冶炼工序:采用真空感应电炉冶炼，钢水出炉前加入硼铁。
[0020]本发明方法所述浇铸工序:将冶炼后的钢水浇铸成300?330mm的钢坯；浇铸温度为 1560 ?1600 0C ο
[0021]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明的化学成分设计合理，通过加入适量的硼元素，使钢的淬透性成倍增加，在低冷速下即可得到全部的马氏体组织，可以节约大量镍、铬、钼等昂贵的合金元素、降低钢板的生产成本。
[0022]本发明方法的钢板成分设计合理，通过添加适量的硼元素，降低了合金元素的使用量，生产成本低；钢板采用两阶段控轧和调质热处理工艺，制得的成品钢板屈服强度高，低温冲击韧性及塑性良好。本发明方法采用两阶段控轧工艺，解决了普通热轧而造成了晶粒粗大不均，生产的钢板具有优良的综合力学性能，乳态组织均匀，为后续的热处理提供均匀的原始组织；采用离线淬火的热处理工艺，使钢板得到马氏体组织，提升钢板强度等级，钢板板型良好；通过回火热处理工艺，消除了钢板内应力，提高了钢板的低温韧性，均匀钢板组织。
[0023]本发明方法采用真空感应电炉冶炼，降低了钢中的氧氮含量，减少钢中氧化硼及氮化硼的产生，增加了钢中有效硼的含量，使钢的淬透性成倍提升。本发明方法铸模成300mm的坯料(钢坯)，确保轧制足够的压缩比，细化晶粒。本发明制得的钢板厚度为80mm，成品钢板的力学性能良好，组织均匀。
[0024]本发明方法所得钢板的钢质纯净，屈服强度高，低温冲击韧性及塑性良好，-400C冲击功达到35焦以上，延伸率达到14%以上。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0026]实施例1:本低成本高强度工程机械用钢板的成分配比和生产工艺如下所述。
[0027]本钢板化学成分的质量百分比为:C 0.17%、Si 0.3%、Mn 1.3%、P 0.007%、S0.004%、Ni 0.6%、Cr 0.5%、Nb 0.03%、Al 0.02%、Mo 0.40%、Ti 0.028%、B 0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质；钢板的厚度为80mm。
[0028]本钢板生产方法的工艺步骤如下所述:
(I)冶炼工序:将钢水先经真空感应电炉冶炼，铝钛硼合金元素的加入顺序为，先加入铝脱氧，然后加入钛固定氮元素，钢水出炉前加入硼元素，确保钢水含有0.003%的硼含量。
[0029](2)浇铸工序，将冶炼后的钢水浇铸成方坯(钢坯)，浇铸温度1600°C，得到300mm厚方坯。
[0030](3)加热工序:将钢坯以400°C /h的速度加热至1200°C保温，保温时间2h。
[0031](4)轧制工序:采用两阶段控轧工艺；第一阶段轧制温度为1000?1150°C，开轧温度为1150°C，终轧温度为1000°C，该阶段单道次压下率为10?16%，累积压下率为43%，该阶段轧制发生再结晶，从而细化了奥氏体晶粒；第二阶段轧制温度为830?950°C，开轧温度950°C，终轧温度为830°C，单道次压下率为11?14%，累计压下率为53%，轧制得到轧态钢板。
[0032](5)热处理工序:对轧态钢板进行淬火处理，淬火温度为910°C，保温系数为Imin/mm (即按每毫米钢板厚度保温I分钟计算保温时间)，将保温后的钢板通过水冷装置水冷至室温；将淬火后的钢板进行回火处理，回火温度为500°C，保温系数为1.5min/mm (即按每毫米钢板厚度保温1.5分钟计算保温时间)，将保温后的钢板放置在通风口进行风冷，得到成品钢板。
[0033]本钢板的力学性能:屈服强度982MPa，抗拉强度1074MPa，_40°C冲击功平均35焦，延伸率为14.3% ;该钢板的耐低温冲击韧性及塑性良好。
[0034]实施例2:本低成本高强度工程机械用钢板的成分配比和生产工艺如下所述。
[0035]本钢板化学成分的质量百分比为:C 0.16%、Si 0.35%、Mn 1.4%、P 0.009%、S
0.005%、Ni 0.4%、Cr 0.4%、Nb 0.02%、Al 0.06%、Mo 0.37%、Ti 0.016%、B 0.0022%，余量为Fe和不可避免的杂质；钢板的厚度为80mm。
[0036]本钢板生产方法的工艺步骤如下所述:
(I)冶炼工序:将钢水先经真空感应电炉冶炼，铝钛硼合金元素的加入顺序为，先加入铝脱氧，然后加入钛固定氮元素，钢水出炉前加入硼元素，确保钢水含有0.0022%的硼含量。
[0037](2)浇铸工序，将冶炼后的钢水浇铸成方坯(钢坯)，浇铸温度1560°C，得到300mm厚方坯。
[0038](3)加热工序:将钢坯以450°C /h的速度加热至1210°C保温，保温时间3h。
[0039](4)轧制工序:采用两阶段控轧工艺