一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，包括下述步骤：（1）冶炼，钢水的重量百分比组成为：C：0.38%～0.45%，Si：0.15%～0.40%，Mn：0.60%～0.90%，P≤0.035%，S≤0.035%，Cr：0.90%～1.2%，Mo：0.15%～0.30%，余量为Fe和不可避免的杂质；（2）连铸；（3）加热；（4）轧制；（5）轧后水冷；（6）热堆垛；（7）热处理；（8）出钢后钢板堆垛缓冷、拆垛，钢板慢速带温切割。采用碳、锰固溶强化；加入少量的Cr细化晶粒，利用其弥散强化作用，增加钢板硬度；再通过后续合理的热处理工艺，得到大厚度和性能良好的钢板。
【专利说明】
一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，属于冶金技术领域。 【背景技术】
[0002]随着筑路、开山、挖矿、升降机械、桥梁、矿井、船体、高压容器、建筑、大型水电站、 深海石油等行业的迅猛及大型化发展，对结构钢的厚度、强度及低温韧性要求也会越来越高，对大厚度、高性能结构钢的品种及需求量也会稳步上升。
[0003]国内生产的42CrMo、42CrMo4等合金结构钢板供货状态多为正火或正火+回火，由用户机加工成工件再进行调质处理，成品工件容易造成调质不均，给调质带来困难。随着机加工产业的发展，用户逐渐趋向直接使用调质合金结构钢，因此，引导用户使用转型产品， 开发合金结构钢调质钢板工艺，不仅可以满足机加工市场需求，同时可以提升企业的市场竞争力。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，采用碳、锰固溶强化； 加入少量的Cr细化晶粒，利用其弥散强化作用，增加钢板硬度;再通过后续合理的热处理工艺，得到大厚度和性能良好的钢板。
[0005]本发明所采取的技术方案是:一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，包括下述步骤:(1)冶炼:钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620 °C时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块彡100kg/炉或Fe-Ca线100m/炉;钢水的重量百分比组成为: C:0?38%?0?45%，S1:0?15%?0?40%，Mn:0?60%?0?90%，P彡 0?035%，S彡 0?035%，Cr:0?90%? 1.2%，Mo: 0.15%?0.30%，余量为Fe和不可避免的杂质;Fe-Ca线的直径为1 cm;(2)连铸:采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转连续式加热炉进行加热；(3)加热:最高加热温度为1260°C，均热温度为1100?1200°C，总加热时间为10?20h， 均热时间多5h;(4)乳制:加热温度1100°C?1200°C，开乳温度1050°C?1100°C，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在8%?10%之间，道次之间预留2?5s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终乳温度在980°C以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶；(5)乳后水冷:钢板乳后通过ACC快冷到600°C?700°C之间，保留细化的组织快速水冷至 750 ?850°C;(6)热堆垛:乳后钢板采用堆垛缓冷进行扩氢；(7)热处理:淬火:炉温500?600 °C装炉，2?6小时内快速升温到900±20°C(提高奥氏体的形核速率)，保温3?10小时(避免高温长时加热导致奥氏体晶粒长大)；钢板保温时间到后，立即进入淬火机冷却水系统，入水快速冷却，淬火水温控制在30 °C以下，控制辊速3m?lOm/min，控制返红温度在100 °C?200 °C之间；回火:钢板出淬火机后快速装炉，确保装炉时钢板温度不低于l〇〇°C，装炉炉膛温度500 ?600°C，保温3?10小时；(8)出钢后钢板及时堆垛缓冷，48小时后拆垛，钢板慢速带温切割。
[0006]优选方案为，步骤(1)中的真空脱气处理的真空度彡66.6Pa，真空保持时间彡 20min〇[〇〇〇7] 优选方案为，步骤(2)中的浇注温度为1540?1560 °C。[〇〇〇8]进一步优选方案为:钢板的厚度为50-150mm。
[0009]本发明的提升设备轨道用合金结构钢板采用碳、锰固溶强化;加入少量的Cr细化晶粒，利用其弥散强化作用，增加钢板硬度;再通过后续合理的热处理工艺，得到的钢板具有大厚度和良好的性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是:C:碳对钢的屈服强度、抗拉强度、焊接性能产生显著影响。碳通过间隙固溶能显著提高强度，与其他元素形成碳化物可起到析出强化的作用，但含碳量过高又会影响钢的焊接性能及韧性，因此本发明厚度的钢板，将碳含量控制范围设定为0.38%?0.45%。[〇〇1〇] S1:硅在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但硅过量时，会造成钢的韧性下降，导致焊缝熔合区脆性，故设定硅含量为0.15%?0.40%。
[0011]Mn:锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能;锰量过高，容易在大钢锭中心产生偏析，且使钢的共析点碳含量降低，从而增加组织中珠光体的含量，对韧性不利，故设定控制范围为〇.60%?0.90%。
[0012]P、S:在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能降低，降低塑性，使冷弯性能变差；硫降低钢的延展性和韧性，在锻造和乳制时造成裂纹。因此，应尽量减少磷和硫在钢中的含量(PS0.035%，SS0.035%)。
[0013]Cr:铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。
[0014]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，，对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用。
[0015]本发明采用连铸及精炼工艺，生产的钢水p、s含量低，钢质纯净;采用n型乳制工艺，充分发挥了合金元素在钢种的强化作用;采用合理的整板调质工艺，生产出钢板整板性能均匀性好，解决了由于工件结构复杂难以均匀调质的难题。
[0016]本发明的钢板具有以下优点:(1)本发明的钢板，具有强度高、低温韧性好、延伸率高、厚度规格齐全等特点，各项性能指标均满足且高于标准要求，特别是冲击标准要求常温多35J，本发明的钢板-40°c的冲击韧性已经满足了彡50J的水平。
[0017](2)本发明的钢板，应用于轻型轨道，填补了国内空白，完全可以替代进口产品，同时优良的各项力学性能指标也可应用于其他行业领域。
[0018]③本发明直接对钢板进行调质处理，为今后其它碳钢钢种的调质做好了技术准备。
[0019]④本发明的控制淬火工艺，促进了钢铁行业的技术进步，也为其它用途中碳合金钢的调质开发提供了相关技术。
[0020]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:(1)本发明的提升设备轨道用合金结构钢板采用碳、锰固溶强化;加入少量的Cr细化晶粒，利用其弥散强化作用，增加钢板硬度;再通过后续合理的热处理工艺，得到大厚度和性能良好的钢板。
[0021](2)本发明直接对大块钢板进行调质处理，解决了由于工件结构复杂难以均匀调质的难题。【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例对本发明做进一步地说明；实施例1本实施例的钢种为42CrMo，钢板厚度为50mm，按下述步骤生产:(1)冶炼:将含有以下重量百分比 C:0.39%，S1:0.15%，Mn:0.80%，P:0.015%，S:0.005%， Cr: 0.90%，Mo: 0.25%，组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620 °C时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100kg/炉;真空脱气处理的真空度66.6Pa，真空保持时间25min。[〇〇23](2)连铸:采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛24小时，带温清理、转连续式加热炉进行加热;连铸的浇注温度为1540 °C。[〇〇24](3)加热:最高加热温度为1260°C，均热温度为1150°C，总加热时间为10h，均热时间5h;(4)乳制:加热温度1150°C，开乳温度1080°C，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在8%，道次之间预留3s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终乳温度保证在980°C以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶。
[0025](5)乳后水冷:钢板乳后通过ACC快冷到610°C，保留细化的组织快速水冷至780°C ;(6)热堆垛:乳后钢板采用堆垛缓冷进行扩氢；(7)热处理:淬火:炉温520°C装炉，快速升温3小时到900 ± 20°C (提高奥氏体的形核速率)，保温4小时(避免高温长时加热导致奥氏体晶粒长大)。钢板保温时间到后，立即进入淬火机冷却水系统，入水快速冷却，淬火水温控制在25°C，控制辊速4m/min，控制返红温度在100°C。[〇〇26]回火:钢板出淬火机后快速装炉，确保装炉时钢板温度180°C，装炉炉膛温度600 °C，保温3小时。[〇〇27](8)出钢后钢板及时堆垛缓冷，50小时后拆垛，钢板慢速带温切割。
[0028] 经检测，5 0mm厚4 2CrMo成品钢板检验的力学性能结果显不钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度635MPa，抗拉强度950MPa，硬度230HB。[〇〇29] 实施例2本实施例的钢种为42CrMo4，钢板厚度为80mm，按下述步骤生产:(1)冶炼:将含有以下重量百分比C:0.38%，S1:0.25%，Mn:0.70%，P:0.015%，S:0.005%，Cr: 1.00%，Mo: 0.15%，组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620 °C时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块105kg/炉;真空脱气处理的真空度65.0Pa，真空保持时间20min。
[0030](2)连铸:采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛25小时，带温清理、转连续式加热炉进行加热;连铸的浇注温度为1550 °C。
[0031](3)加热:最高加热温度为1260°C，均热温度为1120°C，总加热时间为12h，均热时间6h;(4)乳制:加热温度1120°C，开乳温度1100°C，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在8%，道次之间预留4s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终乳温度保证在980°C以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶。[〇〇32](5)乳后水冷:钢板乳后通过ACC快冷到700°C，保留细化的组织快速水冷至790°C ;(6)热堆垛:乳后钢板采用堆垛缓冷进行扩氢；(7)热处理:淬火:炉温550°C装炉，快速升温4小时到900 ± 20°C (提高奥氏体的形核速率)，保温5小时(避免高温长时加热导致奥氏体晶粒长大)。钢板保温时间到后，立即进入淬火机冷却水系统，入水快速冷却，淬火水温控制在27°C，控制辊速6m/min，控制返红温度在150°C之间。
[0033]回火:钢板出淬火机后快速装炉，确保装炉时钢板温度150°C，装炉炉膛温度540°C 左右，保温5小时。[〇〇34](8)出钢后钢板及时堆垛缓冷，48小时后拆垛，钢板慢速带温切割。
[0035]经检测，5 0mm厚4 2 CrMo成品钢板检验的力学性能结果显不钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度675MPa，抗拉强度970MPa，硬度210HB。
[0036]实施例3本实施例的钢种为42CrMo,钢板厚度为150mm，按下述步骤生产:(1)冶炼:将含有以下重量百分比C:0 ? 42%，S1:0 ? 35%，Mn:0 ? 90%，P: 0 ? 015%，S: 0 ? 005%， Cr: 1.2%，Mo: 0.25%，组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620 °C时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入直径为lcm的Fe-Ca线100m/炉;真空脱气处理的真空度60Pa，真空保持时间22min。[〇〇37](2)连铸:采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛26小时，带温清理、转连续式加热炉进行加热;连铸的浇注温度为1560 °C。[〇〇38](3)加热:最高加热温度为1260°C，均热温度为1200°C，总加热时间为17h，均热时间8h;(4)乳制:加热温度1200°C，开乳温度1100°C，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在9%之间，道次之间预留5s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终乳温度保证在980 °C以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶。[〇〇39](5)乳后水冷:钢板乳后通过ACC快冷到650°C，保留细化的组织快速水冷至750°C ;(6)热堆垛:乳后钢板采用堆垛缓冷进行扩氢；(7)热处理:淬火:炉温600 °C装炉，快速升温6小时到900 ± 20 °C (提高奥氏体的形核速率)，保温10 小时(避免高温长时加热导致奥氏体晶粒长大)。钢板保温时间到后，立即进入淬火机冷却水系统，入水快速冷却，淬火水温控制在26°C，控制辊速10m/min，控制返红温度在130°C。
[0040]回火:钢板出淬火机后快速装炉，确保装炉时钢板温度200 °C，装炉炉膛温度550 °C，保温10小时。
[0041](8)出钢后钢板及时堆垛缓冷，49小时后拆垛，钢板慢速带温切割。[〇〇42] 经检测，150mm厚42CrMo成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度625MPa，抗拉强度870MPa，硬度190HB。
[0043] 实施例4本实施例的钢种为42CrMo4,钢板厚度为120mm，按下述步骤生产:(1)冶炼:将含有以下重量百分比C:0? 45%，S1:0 ? 40%，Mn:0 ? 60%，P:0 ? 015%，S:0 ? 005%， Cr: 1.10%，M〇: 0.30%，组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620 °C时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块110kg/炉;真空脱气处理的真空度62.2Pa，真空保持时间24min。[〇〇44](2)连铸:采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛28小时，带温清理、转连续式加热炉进行加热;连铸的浇注温度为1540 °C。[〇〇45](3)加热:最高加热温度为1260°C，均热温度为1100°C，总加热时间为20h，均热时间5h;(4)乳制:加热温度1100°C，开乳温度1050°C，采用低速大压下的控制手段，道次压下率给定在10%，道次之间预留2s的静态再结晶时间，达到成品厚度时的终乳温度保证在980°C 以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶。[〇〇46](5)乳后水冷:钢板乳后通过ACC快冷到600°C，保留细化的组织快速水冷至850°C ;(6)热堆垛:乳后钢板采用堆垛缓冷进行扩氢；(7)热处理:淬火:炉温500°C装炉，快速升温2小时到900 ± 20°C (提高奥氏体的形核速率)，保温3小时(避免高温长时加热导致奥氏体晶粒长大)。钢板保温时间到后，立即进入淬火机冷却水系统，入水快速冷却，淬火水温控制在28°C，控制辊速3m/min，控制返红温度在200°C。[〇〇47]回火:钢板出淬火机后快速装炉，确保装炉时钢板温度100°C，装炉炉膛温度500°C 左右，保温5小时。[〇〇48](8)出钢后钢板及时堆垛缓冷，51小时后拆垛，钢板慢速带温切割。[〇〇49] 经检测，120mm厚42CrMo成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度675MPa，抗拉强度970MPa，硬度210HB。
【主权项】
1.一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，其特征在于包括下述步骤:(1)冶炼:钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1620 °C时转入VD炉 真空脱气处理，VD前加入CaSi块彡100kg/炉或Fe-Ca线100m/炉;钢水的重量百分比组成为: C:0?38%?0?45%，S1:0?15%?0?40%，Mn:0?60%?0?90%，P彡 0?035%，S彡 0?035%，Cr:0?90%? 1.2%，Mo: 0.15%?0.30%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述Fe-Ca线的直径为1 cm;(2)连铸:采用低碳保护渣，铸坯下线堆垛24小时以上，带温清理、转连续式加热炉进行 加热；(3)加热:最高加热温度为1260°C，均热温度为1100?1200°C，总加热时间为10?20h， 均热时间多5h;(4)乳制:加热温度1100°C?1200°C，开乳温度1050°C?1100°C，采用低速大压下的控 制手段，道次压下率给定在8%?10%之间，道次之间预留2?5s的静态再结晶时间，达到成品 厚度时的终乳温度在980°C以上，总压下率达到60%，使钢板充分再结晶；(5)乳后水冷:钢板乳后通过ACC快冷到600°C?700°C之间，保留细化的组织快速水冷 至 750 ?850°C;(6)热堆垛:乳后钢板采用堆垛缓冷进行扩氢；(7)热处理:淬火:炉温500?600 °C装炉，2?6小时内快速升温到900 ±20 °C，保温3?10小时；钢板 保温时间到后，立即进入淬火机冷却水系统，入水快速冷却，淬火水温控制在30°C以下，控 制车昆速3m?1 Om/min，控制返红温度在100 °C?200 °C之间；回火:钢板出淬火机后快速装炉，确保装炉时钢板温度不低于l〇〇°C，装炉炉膛温度500 ?600°C，保温3?10小时；(8)出钢后钢板及时堆垛缓冷，48小时后拆垛，钢板慢速带温切割。2.根据权利要求1所述的一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，其特征在于: 所述步骤(1)中的真空脱气处理的真空度<66.6Pa，真空保持时间彡20min。3.根据权利要求1所述的一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，其特征在于: 所述步骤(2)中的浇注温度为1540?1560°C。4.根据权利要求1所述的一种提升设备轨道用合金结构钢板的生产方法，其特征在于: 钢板的厚度为50_150mm。
【文档编号】C22C38/12GK105969963SQ201610360122
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】邓建军, 张亚丽, 赵文忠, 韦明, 王青, 刘利香, 王会岭, 付冬阳, 宋庆吉, 刘丹, 张西忠, 张鹏云, 谷萌森, 赵喜伟
【申请人】舞阳钢铁有限责任公司