专利名称：一种非调质液压支架用板材的制造方法
技术领域：
本发明涉及的是钢材的加工工艺，尤其是一种非调质液压支架用板材的制造方法。
背景技术：
目前在能源、交通、原材料工业以及各种工程施工中使用最多的装备，如各类工程机械、大型电铲、推土机、自卸车、油气管线、钻井平台、钻机及煤炭综采机械(液压支架、刮板运输机)中，大量使用的是具有优良焊接性能的高强度低合金钢特别是微合金钢。煤机制造业如果选用传统的16Mn和15MnVN，要保支架的支护强度，只有加大板材厚度，势必使支总体重量超重，给矿井提升和井下运输、工作面运都带来极大的不便。若选用高强度板材，可使支架工作阻力和支护强度大大提高，同时也大大降低了单架重量，便于安装移动。因此，支架结构件材料正越来越多地采用高强度钢材，主要结构件材料逐步以70kg级甚至更高强度级别的高强度钢板为主。
现有液压支架用高强钢的制造方法有两种一是调质，一是控轧、控冷的非调质。国内外长期使用的液压支架用高强钢主要采用高合金化、淬火加高温回火调质热处理的工艺制造，强度水平受碳含量和回火温度控制，随着强度水平的提高，碳含量和合金含量均上升，在焊接时需要进行焊前预热与焊后处理。如日本的Welten系列钢、德国的STE系列以及瑞典的WEED系列钢板等。
在现有技术中，国内武钢、鞍钢、舞阳等钢厂采用控轧、控冷技术开发了低碳贝氏体型高强板，例如鞍山钢铁集团公司在国家知识产权局申请的一项申请号为200410096796.1，名称为“高强韧性低碳贝氏体厚钢板及其生产方法”的专利，该专利申请的技术方案是，采用RH精炼、230毫米铸坯、电磁搅拌、TMCP+RPC工艺生产700MPa的低碳贝氏体，就是一种可获得较好的机械性能的钢材。但该方案又存在有一定的缺陷，首先，需要采用厚板坯生产，且需要VD、RH、电磁搅拌等装备，对精炼装备水平要求极高。其次，是轧钢时采用冷装料的方式，这在节约能源、减少铸坯库存、降低生产准备时间，提高工序操作及自动化管理水平等不具有优势，难以实现大批量生产。这也就是现有技术所存在的不足之处。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种非调质液压支架用板材的制造方法技术方案，该方案采用的工艺流程简单，使用常规的冶炼和轧钢设备，具有可大批量生产、节约能源和场地的显著优点。
本方案是通过如下技术措施来实现的非调质液压支架用板材的制造方法的特点是，该方法的工艺流程为铁水机械搅拌脱硫(KR)预处理→转炉冶炼→密封吹氩合金成分调整(CAS)处理→钢包炉精炼(LF)→板坯连铸→板坯切割→板坯热装→板坯再加热→双机架控制轧制→弛豫—析出控制(RPC)→控制冷却→矫直→消应力处理→出炉空冷。
本方案具体的特点还有，所述的板坯连铸是铸坯厚度为150毫米的中薄板坯。所述的板坯热装是在板坯温度为600～780℃的热态时，进入轧制前的板坯再加热。所述的弛豫—析出控制(RPC)是在轧后弛豫时间为10-60秒。所述控制冷却的冷却速度要大于5℃/S。所述的消应力处理，其中，炉外消应力处理温度为600～50℃，炉内消应力处理温度为500～680℃。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用了下述工艺流程铁水机械搅拌脱硫(KR)预处理在生产中，首先要进行铁水预处理，以获得低硫、低磷；转炉冶炼要求顶底复吹少渣冶炼，保证终点温度和碳同时命中，减少拉碳次数，以降低钢水含氢、氮含量，采用这种方法可使碳含量达到0.03-0.05％；密封吹氩合金成分调整(CAS)处理对钢水进行短时间预脱氧处理、铌(Nb)等合金化、微调多种成分和温度，去除夹杂物和均匀钢水温度；钢包炉精炼(LF)使钢水脱硫，控制钢水中磷(P)和硫(S)的含量达既定目标，均匀钢水的温度和成分以保证下一工序的要求，进行夹杂物的去除和变性处理；板坯连铸严格全程保护浇注，过热度控制在液相线温度以上10-30℃，连铸平均拉速在1.5-2.2m/min，铸坯矫直要求表面温度在900℃以上。
板坯切割根据成品尺寸要求切割成合理坯料；板坯热装保证连铸坯在低温区热装，且装炉温度尽量提高以节约能源；板坯再加热考虑到一般含铌(Nb)钢在1150℃左右Nb(碳，氮)开始大量溶解，随着Nb(碳，氮)的溶解，奥氏体晶粒将发生突然长大，在钢中加入微量钛(Ti)可以将奥氏体晶粒粗化温度提高到1250℃左右。加热温度过低、过高均不利，热送时控制在钢坯在炉加热时间≥1.5小时，加热温度1180～1280℃；双机架控制轧制采用两阶段控制轧制工艺，分别在奥氏体再结晶区和未再结晶区轧制。在生产中应尽量控制好第二阶段的开轧温度，一般为850～950℃，适当增大道次变形量；弛豫—析出控制(RPC)轧后弛豫时间10-60秒；控制冷却研究表明，以低碳贝氏体为主的混合型组织具有优良的综合力学性能，要得到该类组织，冷却速度必须不小于5℃/s，一般在5～30℃/s之间，冷却速度过低强度偏低；冷却速度过大塑性、韧性较差；
矫直根据钢板的厚度、终冷温度和原始板型情况设定矫直参数，开矫温度设定为450～650℃左右；消应力处理钢板矫直完后，在650℃～400℃温度范围内快速完成剪切和收集过程，然后堆垛保温0～60分钟，在50-350℃温度进入炉进行炉内最终消应力处理，温度480-680℃，时间控制在30-60min；出炉空冷，钢板出炉后采用空气自然冷却成成品。
本方案的工艺简单，工艺参数适应性强，与普通的Q345C/D级钢的生产节奏相当，对提高生产效率、降低能耗的效果非常明显。本方案热态铸坯可直接热装炉且铸坯表面无裂纹，具有可大批量生产、节约能源和场地的显著优点。采用本方法生产的钢板强度高，塑、韧性好，解决了纯粹TMCP工艺生产的钢板内应力大的问题，最终可获得良好的板型，且用户下料使用过程中钢板不再发生变形。本方案在大工业生产条件下即使因意外因素造成的工艺参数的不稳定，通过消应力处理也能保证性能的稳定。由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
具体实施例方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过几个具体实施方式
，对本方案进行阐述。
具体实施例方式
一钢板的化学成分为C0.05％，Si0.35％，Mn1.45％，P0.01％、S0.008％，Mo0.17％，Al0.041％，B0.001％，Nb+Ti0.059，Ni0.28％，Cu0.44％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分的钢其轧制钢板的工艺KR预脱硫终点硫S＝0.003％；转炉冶炼终点碳C＝0.04％；CAS吹氧时间(分钟)10；LF出站温度(℃)1668；板坯连铸拉速(米/分钟)1.9；
板坯切割定尺长度(毫米)2200；板坯热装温度(℃)740；板坯再加热温度(℃)1258；双机架控制轧制温度(℃)945；RPC轧后弛豫时间(秒)40；控制冷却速度(℃/s)15；矫直温度(℃)480；消应力处理炉内温度(℃)650；出炉空冷。
所轧制的钢板机械性能规格16mm；屈服强度(MPa)665；抗拉强度(MPa)754；断后伸长率(％)21；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)220、266、262；V型纵向冲击功(-20℃)147、145、195。
具体实施例方式
二钢板的化学成分为C0.06％，Si0.37％，Mn1.42％，P0.011％、S0.006％，Mo0.20％，Al0.041％，B0.0017％，Nb+Ti0.062，Ni0.26％，Cu0.38％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分的钢其轧制钢板的工艺KR预脱硫终点硫S＝0.0034％；转炉冶炼终点碳C＝0.03％；CAS吹氧时间(分钟)10；LF出站温度(℃)1657；板坯连铸拉速(米/分钟)2.0；板坯切割定尺长度(毫米)2200；板坯热装温度(℃)630；板坯再加热温度(℃)1265；双机架控制轧制温度(℃)930；RPC轧后弛豫时间(秒)42；控制冷却速度(℃/s)18；矫直温度(℃)515；消应力处理炉内温度(℃)648；出炉空冷。
所轧制的钢板机械性能规格16mm；屈服强度(MPa)645；抗拉强度(MPa)740；断后伸长率(％)20.5；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)145、212、250；V型纵向冲击功(-20℃)142、161、186。
具体实施例方式
三
钢板的化学成分为C0.06％，Si0.36％，Mn1.39％，P0.008％、S0.006％，Mo0.15％，Al0.036％，B0.0014％，Nb+Ti0.058，Ni0.31％，Cu0.43％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分的钢其轧制钢板的工艺KR预脱硫终点硫S＝0.003％；转炉冶炼终点碳C＝0.04％；CAS吹氧时间(分钟)10；LF出站温度(℃)1662；板坯连铸拉速(米/分钟)1.85；板坯切割定尺长度(毫米)2200；板坯热装温度(℃)650；板坯再加热温度(℃)1267；双机架控制轧制温度(℃)949；RPC轧后弛豫时间(秒)56；控制冷却速度(℃/s)22；矫直温度(℃)501；消应力处理炉内温度(℃)650；出炉空冷。
所轧制的钢板机械性能规格16mm；屈服强度(MPa)630；抗拉强度(MPa)760；断后伸长率(％)17；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)246、209、153；V型纵向冲击功(-20℃)161、137、157。
具体实施例方式
四钢板的化学成分为C0.07％，Si0.42％，Mn1.44％，P0.007％、S0.007％，Mo0.19％，Al0.042％，B0.0012％，Nb+Ti0.057，Ni0.26％，Cu0.41％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分的钢其轧制钢板的工艺KR预脱硫终点硫S＝0.004％；转炉冶炼终点碳C＝0.05％；CAS吹氧时间(分钟)10；LF出站温度(℃)1660；板坯连铸拉速(米/分钟)1.95；板坯切割定尺长度(毫米)2200；板坯热装温度(℃)700；板坯再加热温度(℃)1286；双机架控制轧制温度(℃)930；RPC轧后弛豫时间(秒)38；控制冷却速度(℃/s)17；矫直温度(℃)493；消应力处理炉内温度(℃)620；出炉空冷。
所轧制的钢板机械性能规格16mm；屈服强度(MPa)645；抗拉强度(MPa)735；断后伸长率(％)16.5；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)271、258、204；V型纵向冲击功(-20℃)180、183、176。
具体实施例方式
五钢板的化学成分为C0.05％，Si0.41％，Mn1.46％，P0.009％、S0.008％，Mo0.16％，Al0.037％，B0.0018％，Nb+Ti0.063％，Ni0.24％，Cu0.45％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分的钢其轧制钢板的工艺KR预脱硫终点硫S＝0.003％；转炉冶炼终点碳C＝0.04％；CAS吹氧时间(分钟)10；LF出站温度(℃)1665；板坯连铸拉速(米/分钟)1.9；板坯切割定尺长度(毫米)2400；板坯热装温度(℃)710；板坯再加热温度(℃)1261；双机架控制轧制温度(℃)947；RPC轧后弛豫时间(秒)52；控制冷却速度(℃/s)20；矫直温度(℃)530；消应力处理炉内温度(℃)665；出炉空冷。
所轧制的钢板机械性能规格20mm；屈服强度(MPa)625；抗拉强度(MPa)745；断后伸长率(％)18.5；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)179、191、224；V型纵向冲击功(-20℃)155、223、236。
具体实施例方式
六钢板的化学成分为C0.08％，Si0.39％，Mn1.4％，P0.01％、S0.005％，Mo0.21％，Al0.036％，B0.0014％，Nb+Ti0.065，Ni0.27％，Cu0.38％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分的钢其轧制钢板的工艺KR预脱硫终点硫S＝0.004％；转炉冶炼终点碳C＝0.03％；CAS吹氧时间(分钟)10；LF出站温度(℃)1663；板坯连铸拉速(米/分钟)2；板坯切割定尺长度(毫米)2400；板坯热装温度(℃)630；板坯再加热温度(℃)1274；双机架控制轧制温度(℃)931；RPC轧后弛豫时间(秒)46；控制冷却速度(℃/s)19；矫直温度(℃)506；消应力处理炉内温度(℃)649；出炉空冷。
所轧制的钢板机械性能规格20mm；屈服强度(MPa)635；抗拉强度(MPa)735；断后伸长率(％)17.5；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)245、245、235；V型纵向冲击功(-20℃)184、176、198。
具体实施例方式
七钢板的化学成分为C0.06％，Si0.41％，Mn1.39％，P0.008％、S0.006％，Mo0.18％，Al0.039％，B0.0015％，Nb+Ti0.068，Ni0.25％，Cu0.41％，其余为Fe及不可避免的杂质。
用上述化学成分的钢其轧制钢板的工艺KR预脱硫终点硫S＝0.005％；转炉冶炼终点碳C＝0.04％；CAS吹氧时间(分钟)10；LF出站温度(℃)1659；板坯连铸拉速(米/分钟)1.85；板坯切割定尺长度(毫米)2400；板坯热装温度(℃)680；板坯再加热温度(℃)1277；双机架控制轧制温度(℃)924；RPC轧后弛豫时间(秒)48；控制冷却速度(℃/s)17；矫直温度(℃)488；消应力处理炉内温度(℃)664；出炉空冷。
所轧制的钢板机械性能规格20mm；屈服强度(MPa)650；抗拉强度(MPa)740；断后伸长率(％)19；冷弯合格；V型纵向冲击功(0℃)252、259、263；V型纵向冲击功(-20℃)224、166、175。
权利要求
1.一种非调质液压支架用板材的制造方法，其特征是该方法的工艺流程为铁水机械搅拌脱硫(KR)预处理→转炉冶炼→密封吹氩合金成分调整(CAS)处理→钢包炉精炼(LF)→板坯连铸→板坯切割→板坯热装→板坯再加热→双机架控制轧制→弛豫—析出控制(RPC)→控制冷却→矫直→消应力处理→出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的板材的制造方法，其特征是所述的板坯连铸是铸坯厚度为150毫米的中薄板坯。
3.根据权利要求1或2所述的板材的制造方法，其特征是所述的板坯热装是在板坯温度为600～780℃的热态时，进入轧制前的板坯再加热。
4.根据权利要求1或2所述的板材的制造方法，其特征是所述的弛豫—析出控制(RPC)是在轧后弛豫时间为10-60秒。
5.根据权利要求1或2所述的板材的制造方法，其特征是所述控制冷却的冷却速度要大于5℃/S。
6.根据权利要求1或2所述的板材的制造方法，其特征是所述的消应力处理，其中，炉外消应力处理温度为600～50℃，炉内消应力处理温度为500～680℃。
全文摘要
本发明提供了一种非调质液压支架用板材的制造方法技术方案，该方案的工艺流程为铁水机械搅拌脱硫(KR)预处理→转炉冶炼→密封吹氩合金成分调整(CAS)处理→钢包炉精炼(LF)→板坯连铸→板坯切割→板坯热装→板坯再加热→双机架控制轧制→弛豫—析出控制(RPC)→控制冷却→矫直→消应力处理→出炉空冷。所述的板坯连铸是铸坯厚度为150毫米的中薄板坯。所述的板坯热装是在板坯温度为600～780℃的热态时，进入轧制前的板坯再加热。所述的弛豫—析出控制(RPC)是在轧后弛豫时间为10－60秒。所述控制冷却的冷却速度要大于5℃/S。所述的消应力处理，其中，炉外消应力处理温度为600～50℃，炉内消应力处理温度为500～680℃。
文档编号C21D9/70GK1947927SQ20061006955
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月31日 优先权日2006年10月31日
发明者孙玮, 孙卫华, 胡淑娥, 孙浩, 贺信莱, 刘晓东, 尚成嘉, 刘纯, 王钧, 李成军, 夏佃秀 申请人:济南钢铁股份有限公司, 北京科技大学