专利名称：一种高强度调质钢及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种高强度调质钢及其生产方法，特别是涉及一种具有优良焊接性能的高 韧性高强度调质钢及其生产方法。
背景技术：
具有优良焊接性能的高韧性高强度调质钢是一个高技术含量、高附加值的新钢种，它 除有较高的屈服强度、抗拉强度外，还有良好的延伸性能、冷弯性能、焊接性能和抗冲击 性能，主要应用在煤机行业、工程机械行业和钢构行业。在实际应用中，具有优良焊接性 能的高韧性高强度调质钢与其他钢相比，可减少钢材的使用量，提高钢材使用寿命，节约 资源，故被世界冶金行业誉为21世纪绿色环保钢种。
但是随着社会与科技的发展，工程机械制造行业提出了大型化、轻量化的发展要求， 调质钢势必向着更高的强度级别发展，同时对调质钢的强韧性匹配、焊接性、耐磨性等也 提出更高的要求。目前已有技术生产的调制钢存在的最突出的问题是碳当量较高，达到 0.5%~0.65%甚至更高，严重影响焊接性能，钢板低温冲击韧性不稳定、合金元素添加较多 以及生产成本高导致不能满足用户的使用要求。针对传统调质钢高碳含量、高合金含量以 及高碳当量所带来的成本较高、焊接性能不甚理想等缺点，如何将碳当量控制在0.5°/。以下， 开发出低碳当量，具有良好焊接性能的新型调质高强钢以满足市场的要求，具有积极的意 义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种屈服强度》670Mpa，抗拉强度》 770Mpa,低温冲击韧性一20'C， Akv》120J，具有强度高、韧性好、优良的低温韧性、优 良的加工性能与焊接性能的调质钢及其生产方法。
本发明通过下述技术方案来实现
高强度调质钢的合金元素组成质量百分比为碳=0.07~0.11，硅=0.20~0.40，锰 =1.48~1.60，磷《0.025，硫S0.005,铌=0.04~0.06铌，钛=0.012~0.02，铝=0.02~0.06， 镍=0.18~0.40,硼=0.0008~0.0015，铌=0.04~0.06，铬=0.25~0.35，钼=0.化~0.35，钒
4=0.04~0.07，铁余量和不可避免的杂质。其中硼=0.0008~0.0015，铌=0.04~0.06，铬 =0.25~0.35，钼=0.18~0.35，钒=0.04~0.07为关键特征。
高强度调质钢的生产方法，其工艺流程为原料准备一转炉冶炼一LF精炼一VD真空 脱气_连铸一加热炉加热_粗轧_精轧一ACC控冷一淬火炉奥氏体化一淬火机水淬一回 火炉回火一成品入库。
所述LF精炼的工艺方法精炼温度二1500 165(TC;化学成分微调，造渣脱氧，精炼 时间》35分钟，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2《5.0。
所述VD真空脱气的工艺方法在0.5tor的工作真空度条件下，保持真空时间18分钟 以上；对钢水进行脱氮、氢、氧处理，出站钢水中氮含量《45PPm，氢含量《2.5PPm，氧 含量《30PPm。
所述加热炉加热的工艺方法加热温度在1200'C 126(TC之间，260mm厚度板坯要求 加热时间^4小时，均热时间^40分钟；300mm厚度板坯要求加热时间》4小时30分钟， 均热时间》50分钟。
所述ACC控冷的工艺方法冷却速度二7 14。C/S，终冷温度-550 650。C;淬火炉 奥氏体化淬火炉温度=900~960°"加热时间以板厚1.6 3.2min/mm计算，在炉保温时 间=10~30分钟。(ACC——Accelerated Controlled Cooling,加速控制冷却，主要功能 是钢板终轧后快冷，保存轧后细小的晶粒组织与控制组织的形态)
所述淬火机水淬的工艺方法高压淬火水量3600~4200m3/h，水压在6bar，淬火冷 却速度二10 25。C/S。
所述回火炉回火的工艺方法回火温度=520~670'(:，在炉保温时间以板厚T表示为 2.5T+30~50分钟。
与现有技术相比，本发明具有以下优点在现有调质线的基础之上，通过优化合金成 分设计方案，将碳当量Ceq控制在0.50。/。以下，焊接裂纹敏感系数Pcm控制在0.23e/。以下。 开发出具有优良焊接性能的高韧性高强度调质钢，可大大减少机械用钢材的使用量，提高 钢材使用寿命，节约资源，减少了环境污染。本发明适用于生产优良焊接性能的高靭性高 强度调质钢。
附图为本发明实施例的工艺流程图。图中l-原料准备，2-转炉冶炼，3-LF精炼，4-VD 真空脱气，5-连铸，6-加热炉加热，7-粗轧，8-精轧，9-ACC控冷，10-淬火炉奥氏体化，11-淬火机水淬，2-回火炉回火，13-成品入库。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照附图本发明的工艺流程为l-原料准备、2-转炉冶炼、3-LF精炼、4-VD真空脱 气、5-连铸、6-加热炉加热、7-粗轧、8-精轧、9-ACC控冷、10-淬火炉奥氏体化、11-淬火 机水淬、12-回火处理、13-成品入库。
以生产牌号为Q690E具有优良焊接性能的高韧性高强度调质钢为实施例。 本发明包括合金元素、铁余量和不可避免的杂质，合金元素的化学成分重量百分比为 碳=0.07~0.11，硅=0.20~0.40，锰=1.48~1.60，綱.025，硫-0.005，铌=0.04~0.06，钛 =0.012~0.02，铝=0.02~0.06，镍=0.18~0.40，铬=0.25~0.35，钼=0.18~0.35，硼 =0.0008~0.0015，钒=0.04~0.07。
所述l-原料准备的工艺方法常规操作。
所述2-转炉冶炼的工艺方法转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为
(85%~95%) : (5%~15%);然后加入硅锰合金Si》17.0%、 Mn》65.0%、 S《0.04%、 P《0.25%、 C《1.80/0，铁余量；中碳锰铁合金Si《1.5%、 Mn>78.0%、 S《0.03% 、 P《 0.20%、 C《1.5%，铁余量；低碳铬铁合金Cr》52服C《0.50%、 Si《3.0%、 P《0.06% S《0.05%，铁余量；铌铁合金Nb》63.0%、 Al《3.0%、 Si《3.0%、 C《0.20%、 P《0.20%、 S《0,10%、铁余量；钼铁:55.00/。《Mo《65.0%、 Si《1.5%、 S《0.10%、 P《0.05%、 C《 0.10%、 Cu《0.50%、 Sb《0.05%、 Sn《0.06%，铁余量；镍板镍99.9%~100%,杂质余量； 钒铁V》50.0%、 C《0.75%、 Si《2.5%、 P《0.10%、 S《0.05% 、 Al《0.8%、 Mn《0.50%; 硼铁14.0%《B《19.0%、 Si《4.0%、 P《0.腦、S《0.01%、 C《0.1%、 Al《6线硅铝 钡Si》35.00%、 AD 12.00%、 Ba》18.00%、 Al+Ba》30.00%、 P《0.05%、 S《0.腦;硅 ■ : Si》50.0%、 Ba〉13.5%、 Ca>12.5%、 Ba+Ca》28.0%、 P《0.腦、S《0.15%，铝铁 AD70.0%，铁余量。
所述3-LF炉精炼的工艺方法精炼温度1500~1650°C;成分微调，造渣脱氧，精炼 时间》35分钟，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2<5.0;对化学成分进行微调，使其 达到钢的内控要求。
所述4-VD炉真空脱气的工艺方法在0.5tor的真空下，保持真空时间18分钟以上； 对钢水进行脱氮、氢、氧处理，使出站钢水氮含量《45PPm，氢含量《2.5PPm，氧含量《30PPm，大幅度提高钢水纯净度。
所述5-连铸的工艺方法采用全程保护浇注，在1520 1550'C进行连铸。 所述6-加热炉加热的工艺方法:加热温度在1200 1260'C之间，加热温度在1200~1260
'C之间，260mm厚度板坯要求加热时间^4小时，均热时间^40分钟；300mm厚度板坯要
求加热时间^4小时30分钟，均热时间SO分钟。
所述7-粗轧的工艺方法开轧温度^100(TC，保证有连续3道次压下率>15%。 所述8-精轧的工艺方法每道次压下率》10%，精轧终轧温度800 850。C。 所述9-ACC控冷的工艺方法冷却速度二7 14。C/S,终冷温度550 65CTC。 所述10-淬火炉奥氏体化的工艺方法淬火炉温度二900 96(TC,加热时间以板厚
1.6~3.2min/mm计算，在炉保温时间=10~30分钟。
所述ll-淬火机水淬的工艺方法高压淬火水量3600~4200m3/h，水压在6 1化ar，
淬火冷却速度二10 25。C/S。
所述12-回火炉加火温度的工艺方法回火温度=520~670，在炉保温时间以板厚T表
示为2.5T+30 50分钟。
所述13-成品入库的工艺方法常规操作。 实施例1:
转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为(85%~95%) : (5%~15%);然 后加入硅锰合金Si》17.0%、 Mn》65.0%、 S《0.04%、 P《0.25%、 C《1.8%，铁余量；中 碳锰铁合金Si《1.5%、 Mn>78.0%、 S《0.03%、 P《0.20%、 C《1.5%，铁余量;低碳铬 铁合金Cr》52.0%、 C《0.50%、 Si《3.0%、 P《0.06%、 S《0.05%，铁余量；铌铁合金 Nb》63.0%、 Al《3.0%、 Si《3.0%、 C《0.20%、 P《0.20%、 S《0.10%、铁余量；钼铁: 55.0%《Mo《65.0%、 Si《1.5%、 S《0.10%、 P《0.05% 、 C《0.10%、 Cu《0.50%、 Sb 《0.05%、 Sn《0.06%，铁余量；镍板镍99.9%~100%，杂质余量；钒铁V》50.0%、 C 《0.75%、 Si《2.5%、 P《O.IO%、 S《0.05%、 Al《0.8%、 Mn《0.50%;硼铁14.00/o《B 《19.0%、 Si《4.0%、 P《0.腦、S《0.01o/o、 C《0.1%、 Al《6.0%;硅铝钡Si》35.00%、 Al》12.00%、 Ba》18.00%、 Al+Ba>30.00%、 P《0.05%、 S《0.腦;硅韩钡Si>50.0%、 Ba>13.5%、 Ca>12.5%、 Ba+Ca>28.0%、 P《0.10%、 S《0.15%，铝铁Al》70.0%，铁 余量。然后经过LF炉精炼，精炼温度1500~1650°C;成分微调，造渣脱氧，精炼时间》 35分钟，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2=3.0;对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求；VD炉真空脱气处理在0.5101"的真空下，保持真空时间20 25分钟之间，使 出站钢水氢含量《1.5PPm;在1520 155(TC进行连铸，铸成260mmX2100mm、 260mmX 2280mm、 300mmX2100mm、 300mmX2280薩板坯。
加热炉加热温度在1250'C左右；粗轧开轧温度》117(TC，有连续3道次压下率》15%; 精轧每道次压下率》10%,精轧终轧温度840°C; ACC冷却速度ll'C/S，终冷温度620°C;淬 火炉淬火温度950°C，淬火加热时间以板厚1.6min/mm计算，在炉保温时间=30分钟； 淬火机淬火冷却速度二14 2CrC/S;回火温度^65(TC，在炉保温时间=在炉保温时间以板 厚T表示为2.5T+30~50分钟。
采用实施例1的工艺方法生产的高强度结构用钢Q690E,具有细小均匀回火贝氏体与 回火索氏体内部金相组织，晶粒度控制在ll级以上，组织晶粒度差异控制在1.5级以内， 力学性能均匀，力学性能达到如下指标有屈服强度740Mpa，抗拉强度834Mpa，低温冲 击韧性-40'C， Akv216J的性能。
实施例2:
转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为(85~95%) : (5~15%);然后 加入硅锰合金Si》17.0%、 Mn》65.0%、 S《0.04%、 P《0.25%、 C《1.8%，铁余量；中碳 锰铁合金:Si《1.5%、 Mn》78.0%、 S《0.03%、 P《0.20%、 C《1.5%，铁余量；低碳铬铁 合金Cr》52.0%、 C《0.50%、 Si《3.0%、 P《0.06%、 S《0.05%，铁余量；铌铁合金 Nb》63.0%、 Al《3.0%、 Si《3.00/o、 C《0.20%、 P《0.20%、 S《0.10%、铁余量；钼铁: 55.0%《Mo《65.0%、 Si《1.5%、 S《0.10%、 P《0.05o/o、 C《0.10%、 Cu《0.50%、 Sb《0.05%、 Sn《0.06%，铁余量；镍板镍99.9~100%，杂质余量；钒铁V》50.0%、 C《0.75%、 Si 《2.5%、 P《0.10%、 S《0.05°/o、 Al《0.8%、 Mn《0.50o/o;硼铁14.0%《B《19.0%、 Si《 4.0%、 P《0.腦、S《0.01%、 C《0.1%、 Al《6.0%;硅铝钡:Si》35.00%、 Al》12.00%、 Ba> 18.00%、 Al+Ba》30.00%、 P《0.05%、 S《0.腦;硅韦丐钡Si》50.0%、 Ba>13.5%、 Ca>12.5%、 Ba+Ca》28.0%、 P《0.腦、S《0.15%，铝铁Al》70.0%，铁余量。然后经 过LF炉精炼，精炼温度1500~1650°C;成分微调，造渣脱氧，精炼时间》35分钟，全程 吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2=4.0;对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求；VD 炉真空脱气处理在0.5tor的真空下，保持真空时间15 22分钟之间，使出站钢水氢含量 《2.0PPm;在1520 1550。C进行连铸，铸成260簡X2100mm、 260mmX2280腿、300廳 X2100mm、 300mmX2280mm板坯。加热炉加热温度在1250'C之间；粗轧开轧温度1164'C，有连续3道次压下率》15%; 精轧每道次压下率》10%，精轧终轧温度84(TC。 ACC冷却速度lrC/S,终冷温度620'C; 淬火炉淬火温度93(TC，淬火加热时间以板厚2.4min/mm计算，在炉{呆温时间=30分钟;
淬火机淬火冷却速度^i5 2rc/s;回火温度二60(rc，在炉保温时间=在炉保温时间以板
厚T表示为2.5T+30 50分钟。
采用实施例2的工艺方法生产的高强度结构用钢Q6卯E，具有细小均匀回火贝氏体与 回火索氏体内部金相组织，晶粒度控制在ll级以上，组织晶粒度差异控制在1.5级以内， 力学性能均匀，力学性能达到如下指标有屈服强度840Mpa，抗拉强度885Mpa，低温冲 击韧性-4CTC， Akvl82J的性能。
用上述方法生产的具有优良焊接性能的高韧性高强度调质钢，具有强度高、韧性好、 优良的低温韧性、优秀的加工性能及优良的焊接性能，能够满足煤机行业、工程机械行业 和结构钢行业用钢的要求。
9
权利要求
1. 一种高强度调质钢，其特征在于合金元素组成的质量百分比为碳＝0.07～0.11，硅＝0.20～0.40，锰＝1.48～1.60，磷≤0.025，硫≤0.005，铌＝0.04～0.06，钛＝0.012～0.02，铝＝0.02～0.06，镍＝0.18～0.40，硼＝0.0008～0.0015，铌＝0.04～0.06，铬＝0.25～0.35，钼＝0.18～0.35，钒＝0.04～0.07，铁余量和不可避免的杂质。
2. —种高强度调质钢的生产方法，其特征在于工艺流程为1-原料准备、2-转炉冶炼、 3-LF精炼、4-VD真空脱气、5-连铸、6-加热炉加热、7_粗轧、8-精轧、9-ACC控冷、10-淬火炉奥氏体化、11-淬火机水淬、12-回火炉回火、13-成品入库。
3. 根据权利要求2所述的高强度调质钢的生产方法，其特征在于所述的3-LF精炼工 艺，其精炼温度1500~1650°C，精炼时间^35分钟，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度 CaO/SiO2《5.0。
4. 根据权利要求2所述的高强度调质钢的生产方法，其特征在于所述4-VD真空脱气 工艺在0.5tor的工作真空度条件下保持真空时间18分钟以上，对钢水进行脱氮、氢、 氧处理，出站钢水中氮含量^45PPm，氢含量^2.5PPm，氧含量^30PPm。
5. 根据权利要求2所述的高强度调质钢的生活方法，其特征在于5-连铸的工艺方法 采用全程保护浇注，在1520 1550'C进行连铸。
6. 根据权利要求2所述的高强度调质钢的生产方法，其特征在于所述6-加热炉加热的 工艺方法加热温度在1200 126(TC之间，260mm厚度板坯要求加热时间^4小时，均热时间^40分钟，300mm厚度板坯要求加热时间^4小时30分钟，均热时间^50分钟。
7. 根据权利要求2所述的高强度调质钢的生产方法，其特征在于所述7-粗轧的工艺方 法开轧温度》1000'C，保证有连续3道次压下率》15%。
8. 根据权利要求2所述高强度调质钢的生产方法，其特征在于所述8-精轧的工艺方法: 每道次压下率》10%，精轧终轧温度800~850'C。
9. 根据权利要求2所述的高强度调质钢的生产方法，其特征在于所述9-ACC控冷的工2艺方法冷却速度控制在7 14。C/S，返红温度控制在550 65(TC。
10.根据权利要求2所述的高强度调质钢的生产方法，其特征在于所述10-淬火炉奥氏 体化的工艺方法淬火炉温度=900~960"，加热时间以板厚1.6 3.2min/mm计算，在炉保温时间=10~30分钟。
11.根据权利要求2所述的高强度调质钢的生产方法，其特征在于所述11-淬火机水淬 的工艺方法高压淬火水量3600 4200m々h，水压在6~11bar,淬火冷却速度二10 25'C/S。
12.根据权利要求2所述的高强度调质钢的生产方法，其特征在于所述12-回火炉回火 的工艺方法回火温度=520~670匸，在炉保温时间以板厚T表示为2.5T+30 50分钟。
全文摘要
本发明公开了一种高强度调质钢及其生产方法，其合金元素组成质量百分比为碳＝0.07～0.11，硅＝0.20～0.40，锰＝1.48～1.60，磷≤0.025，硫≤0.005，铌＝0.04～0.06，钛＝0.012～0.02，铝＝0.02～0.06，镍＝0.18～0.40，铬＝0.25～0.35，钼＝0.18～0.35，硼＝0.0008～0.0015，钒＝0.04～0.07，铁余量和不可避免的杂质。生产方法的工艺流程为1-原料准备、2-转炉冶炼、3-LF精炼、4-VD真空脱气、5-连铸、6-加热炉加热、7-粗轧、8-精轧、9-ACC控冷、10-淬火炉奥氏体化、11-淬火机水淬、12-回火炉回火、13-成品入库。本发明适用于生产具有优良焊接性能的高韧性高强度调质钢。
文档编号C21C7/04GK101497971SQ200810143468
公开日2009年8月5日 申请日期2008年10月31日 优先权日2008年10月31日
发明者夏政海, 波 曹, 曹志强, 王小军, 登 罗, 肖强健 申请人:湖南华菱湘潭钢铁有限公司