专利名称：一种42CrMo合金结构钢特厚板及其生产方法
技术领域：
本发明属于钢材制造技术领域，具体涉及一种42CrMo合金结构钢特厚板及其生
产方法。
背景技术：
高强度宽厚钢板是钢铁产业发展政策中明确提出要鼓励生产的产品。它属资源节约型钢材，同时也是比较典型的高技术含量、高附加值产品，广泛用于能源、交通、建筑、工程机械等国民经济各个重要领域，具有很大的市场潜力。随着钢材需求行业的技术升级，对钢材的性能也不断提出新的更高的要求。宽厚钢板是钢铁产品类别中归属于中厚板的一类主导产品，一般泛指采用宽厚板轧机生产的宽度在3000 mm以上，厚度在4 mm以上的钢板。 由于宽厚钢板的平面尺寸及厚度都比较大，宽厚板的产品适用性强，在制作大型容器、设备和钢结构时比其余产品利用率高，更经济合理，因此被许多行业用户广泛选用。80mm-150mm 厚度的合金结构钢42CrMo，因具有较高的强度和韧性，切削加工性能好，一般用于制造松土器单齿支角齿杆、截面较大的轴和主轴、高负荷的操纵轮、螺栓、齿轮，化工用高压导管等。 由于42CrMo合金添加量较大钢板容易发生偏析、疏松等缺陷，加上特厚板淬透性差，因此生产该合金结构特厚钢板难度较大。
发明内容
本发明目的是提供一种能够可靠地保证42CrMo合金结构钢特厚板的生产质量， 强度高、韧性和切削加工性能好，而且适合大生产操作的42CrMo合金结构钢特厚板及其生产方法。实现本发明的目的所采取的技术方案是一种42CrMo合金结构钢优质结构钢特厚板是由如下质量百分比的化学成分冶炼轧制而成=C 0. 39 0. 43,Si 0. 17 0. 30,Mn 0. 60 0. 75、P 彡 0. 018、S ^ 0. 005、Cr :0. 95 1. 15、Mo :0. 15 0. 25、Als :0. 015 0. 030，其余为 i^e。一种生产所述42CrMo合金结构钢特厚板的工艺方法，包括以下步骤优质铁水熔炼、KR铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、真空脱气处理、铸锭、加热和轧制，所述优质铁水熔炼采用电炉或平炉冶炼；
所述KR铁水预处理步骤中，到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度 (20mm，铁水经KR搅拌脱硫，脱硫周期彡21min、脱硫温降彡20°C，达到铁水中按质量百分比含 S 彡 0. 005 wt%、；
所述转炉冶炼步骤中，采用100/120吨顶底复吹转炉，入炉铁水中按质量百分比含 S彡0. 005 wt%、含P彡0. 080 wt%，铁水温度彡1270°C，铁水装入量误差控制在士 lt，过程枪位按前期1. 0-1. 3m、中期1. 2-1. 6m、后期1. 0-1. Im控制，造渣碱度R控制在2. 5-4. 0范围内，出炉钢水中按质量百分比含碳彡0. 05wt%，含P彡0. 015wt%，含S彡0. 012wt% ；出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度< 30mm，转炉出钢过程中全程吹氩，氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在300 500mm， 离氩站温度不得低于1570°C ；
所述LF炉精炼步骤中，精炼过程中全程吹氩，加入精炼渣料的碱度为4. 0 6. 0，加热时间按两次控制，第一次加热7 12min，第二次加热6 10 min，粘渣次数> 6次，加硅钙线前必须关闭氩气，不采用真空脱气上钢温度为1565士 15°C或采用真空脱气上钢温度为 1610士 15°C ；
所述真空脱气处理步骤中，VD真空度< 67Pa，保压时间> 15min，破真空后软吹2 5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露，在线包抽真空1. 7min,关闭氩气，加覆盖剂，保证铺满钢液面，上钢温度1565 士 15°C ；
所述铸锭步骤中，中间包预热过热度控制在15 50°C，本体浇注时间控制在12 20min，冒口浇注时间控制在2 6 min，钢锭脱模后堆冷M 60小时； 所述加热步骤中，钢锭入炉后焖钢2h，IOOO0C以下升温速度小于100°C /h, IOOO0C以上升温速度小于130°C /h，钢锭最高加热温度控制在彡1320°C ；
所述轧制步骤中，采用2阶段轧制，一阶段开轧温度控制在1050°C 1150°C，二阶段开轧温度彡950°C，单道次压下量15 20mm，累计压下率彡65%，终轧温度控制在800 920°C，钢板堆垛缓冷，堆冷温度彡250°C，堆冷时间彡12小时。本发明的42CrMo合金结构钢特厚板，通过适当调整合金元素的含量和比例，严格控制P、S含量，配合本发明的生产工艺，使其既能保证钢板的高强度、高韧性和良好的切削加工性能等要求，又能简化生产工艺、缩短生产流程、降低生产能耗，适合大生产操作。在上述设计方案中，各化学元素的作用是
C 是钢中最基础的强化元素，提高强度，但C影响钢的焊接性能和影响韧性，综合考虑，碳的含量需控制的低一些。Si 是固溶强化元素，对提高钢板的强度有利。
Mn 是固溶强化元素，对提高钢板的强度和韧性均有利。P:对焊接不利，且具有一定的冷脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量低。S:易形成MnS类夹杂物，具有一定的热脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量低。Cr 能增加钢的淬透性，有二次硬化作用，可提高钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；能增加钢的热强性，提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能。Mo:适量的加入起到固溶强化的作用，能有效降低Y — α相变速率，抑制多边形铁素体和珠光体形核，促进高密度位错亚结构的针状铁素体或微细结构超低碳贝氏体形核，保证钢板高强度高韧性。Al 可以起到细化晶粒强化作用。本发明的42CrMo合金结构钢特厚板及其生产方法，通过适当调整合金元素的含
4量和比例，严格控制P、S含量，配合本发明的生产工艺，生产的钢板具有较高的强度和韧性，切削加工性能好，其屈服强度控制在950 llOOMPa，抗拉强度控制在1150 1300 MPa，；伸长率控制在13%-17% ； 20°C V型冲击功控制在100 150 J ；高温回火状态布氏硬度180 210J，性能指标完全满足了标准及客户要求，同时能简化生产工艺、缩短生产流程、降低生产能耗，特别适合大生产操作。
具体实施例方式本发明的42CrMo合金结构钢特厚板及其生产方法包含如下质量百分比的化学成分包括如下质量百分比的化学成分(单位，wt%) =C :0. 39 0. 43、Si :0. 17 0. 30、Mn 0. 60 0. 75、P 彡 0. 018、S ^ 0. 005、Cr :0. 95 1. 15、Mo :0. 15 0. 25、Als :0. 015 0. 030，其余为 i^e。本发明42CrMo合金结构钢特厚板的生产工艺采用转炉冶炼、模铸缓冷的方法生产42CrMo高强韧性特厚钢板。其工艺流程为优质铁水、KR铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、真空脱气处理、铸锭、推钢式加热炉、3800m轧机轧制、精整、外检、探伤、入库。下面结合实施例对该特厚钢板的生产方法做进一步说明。实施例1
所述42CrMo合金结构钢特厚板制造宽度3800mm、厚度80mm，采用下述质量百分比的化学成分制造:C :0. 39 0. 43,Si :0. 17 0. 30,Mn :0. 60 0. 75,P 彡 0. 018,S 彡 0. 005、 Cr 0. 95 1. 15,Mo :0. 15 0. 25, Als :0. 015 0. 030，其余为 Fe。所述42CrMo合金结构钢特厚板的工艺方法，包括以下步骤优质铁水熔炼、KR铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、真空脱气处理、铸锭、加热、轧制、精整和退火，其中优质铁水熔炼采用电炉或平炉冶炼；
1)将由平炉熔炼的优质铁水进行KR预处理当铁水到站时必须进行扒前渣和扒后渣， 铁水液面渣层厚度为20mm，并进行KR搅拌脱硫，脱硫周期为21min、脱硫温降20°C，脱硫后的铁水按质量百分比含S量为0. 005 wt%02)转炉冶炼，采用100/120吨顶底复吹转炉，入炉铁水中按质量百分比含S量为 0. 005 wt%、含P量为0. 080 wt%，铁水温度为1270°C，过程枪位按前期1. 0m、中期1. 2m、后期1. Om控制，造渣碱度R控制在2. 5，出炉钢水中按质量百分比含碳量为0. 05wt%，含P量为0. 015wt%，含S量为0. 012wt% ；出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，渣层厚度为30mm，转炉出钢过程中全程吹氩，氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量为200NL/min， 钢液面裸眼直径控制在300mm，离氩站温度为1570°C ；
3) LF炉精炼将转炉冶炼的铁水倒入LF精炼炉内，精炼过程中须进行全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节。加入精炼渣料的碱度按4. 0控制；精炼脱氧剂以电石、 铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入；精炼加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，第一次加热7min，第二次加热6min，第二次加热过程中要求根据造渣情况补加脱氧剂；粘渣次数6次，离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气；上钢温温度为1610士 15°C。4)真空脱气处理VD真空度为67Pa，保压时间为15min，同时包底吹氩搅拌，破真空后软吹2min，软吹过程中钢水不得裸露。正常在线包抽真空时间(抽真空前钢水温度一目标离站温度)控制在1. 7min ；然后加覆盖剂，保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气， 上钢温度控制为1565 士 15°C。5)所述铸锭步骤中，中间包预热过热度控制在15°C，本体浇注时间控制在12min，冒口浇注时间控制在2 min，钢锭脱模后堆冷M小时；
6)所述加热步骤中，钢锭入炉后焖钢2h，IOOO0C以下升温速度为95°C/h, 1000°C以上升温速度为125°C /h，钢锭最高加热温度控制在1300°C ；
7)所述轧制步骤中，采用2阶段轧制，一阶段开轧温度控制在1050°C，采用高温低速大压下轧制，二阶段开轧温度950°C，采用小压下压制，单道次压下量20mm，累计压下率70%， 终轧温度控制在800°C，钢板堆垛缓冷，堆冷温度250°C，堆冷时间12小时。实施例2
所述42CrMo合金结构钢特厚板制造宽度3800mm、厚度120mm，采用下述质量百分比的化学成分制造:C :0. 39 0. 43、Si :0. 17 0. 30、Mn :0. 60 0. 75、P 彡 0. 018、S (0. 005、Cr 0. 95 1. 15、Mo :0. 15 0. 25、Als :0. 015 0. 030，其余为 Fe。其生产方法与实施例1基本相同，其区别仅在于步骤1)中，铁水液面渣层厚度为15mm，脱硫周期为ISmin、脱硫温降为18°C，脱硫后的铁水按质量百分比含S量为0. 004 wt% ；步骤2)中， 所述转炉冶炼步骤中，采用100/120吨顶底复吹转炉，入炉铁水中按质量百分比含S量为
0.004 wt%、含P量为0. 070 wt%，铁水温度为1300°C，过程枪位按前期1. 2m、中期1. 4m、后期
1.05m控制，造渣碱度R控制在2. 0，出炉钢水中按质量百分比含碳量为0. 055wt%，含P量为0. 013wt%，含S量为0. 010wt% ；出钢结束前渣层厚度为25mm，在氩站吹氩流量为350NL/ min，钢液面裸眼直径控制在400mm，离氩站温度为1600°C ；步骤3)中，加入精炼渣料的碱度为5.0;第一次加热时间为9min，加热至？ °C，待温？ min，第二次加热为8min，粘渣次数为7次；不采用真空脱气；步骤5中，中间包预热过热度控制在30°C，本体浇注时间控制在 16min,冒口浇注时间控制在4 min，钢锭脱模后堆冷40小时；步骤6中，1000°C以下升温速度为90°C /h, IOOO0C以上升温速度为120°C /h，钢锭最高加热温度控制在1280°C ；步骤 7中，一阶段开轧温度控制在1100°C，二阶段开轧温度900°C，单道次压下量18mm，累计压下率67%，终轧温度控制在860°C，堆冷温度280°C，堆冷时间18小时。实施例3
所述42CrMo合金结构钢特厚板制造宽度3800mm、厚度150mm，采用下述质量百分比的化学成分制造:C :0. 39 0. 43、Si :0. 17 0. 30、Mn :0. 60 0. 75、P 彡 0. 018、S (0. 005、Cr 0. 95 1. 15、Mo :0. 15 0. 25、Als :0. 015 0. 030，其余为 Fe。其生产方法与实施例1基本相同，其区别仅在于步骤1)中，铁水液面渣层厚度为12mm，脱硫周期为 16min、脱硫温降为14°C，脱硫后的铁水按质量百分比含S量为0. 002 wt% ；步骤2)中，入炉铁水中按质量百分比含S量为0. 003wt%、含P量为0. 060 wt%，铁水温度为1350°C，过程枪位按前期1.3m、中期1.6m、后期1. Im控制，造渣碱度R控制在4. 0，出炉钢水中按质量百分比含碳量为0. 06wt%，含P量为0. 010wt%，含S量为0. 008wt% ；出钢前渣层厚度为20mm， 在氩站吹氩流量为500NL/min，钢液面裸眼直径控制在500mm，离氩站温度为1650°C ；步骤 3)中，加入精炼渣料的碱度为6. 0 ；第一次加热12min，第二次加热lOmin，第二次加热过程中要求根据造渣情况补加脱氧剂；粘渣次数8次；步骤4中，VD真空度为60 ，保压时间为20min，破真空后不吹氩气；步骤5中，中间包预热过热度控制在50°C，本体浇注时间控制在 20min,冒口浇注时间控制在6 min，钢锭脱模后堆冷60小时；步骤6中，所述加热步骤中， 钢锭入炉后焖钢2h，IOOO0C以下升温速度80°C /h, IOOO0C以上升温速度为110°C /h，钢锭最高加热温度控制在1250°C ；步骤7中，一阶段开轧温度控制在1150°C，二阶段开轧温度 IOOO0C，单道次压下量15mm，累计压下率为65%，终轧温度控制在920°C，钢板堆垛缓冷，堆冷温度300°C，堆冷时间M小时。 发明人分别对80mm、120mm、150mm厚的42CrMo钢特厚板各试验10批次，通过合理的化学成分设计，LF+VD工艺来保证钢质的洁净度，并通过加热、轧制、缓冷等工艺有效实施，成功地获得了 80mm-150mm高强度42CrMo钢，生产的钢板具有较高的强度和韧性，切削加工性能好，其屈服强度控制在950 llOOMPa，抗拉强度控制在1150 1300 MPa,；伸长率控制在13%-17% ； 200C V型冲击功控制在100 150 J ；高温回火状态布氏硬度180 210J，性能指标完全满足了标准及客户要求，机械性能具体见下表。
权利要求
1.一种42CrMo合金结构钢特厚板，其特征在于它是由如下质量百分比的化学成分冶炼轧制而成:C :0. 39 0. 43,Si :0. 17 0. 30,Mn :0. 60 0. 75,P 彡 0. 018,S 彡 0. 005、 Cr 0. 95 1. 15,Mo :0. 15 0. 25, Als :0. 015 0. 030，其余为 Fe。
2.一种生产权利要求1所述42CrMo合金结构钢特厚板的工艺方法，包括以下步骤优质铁水熔炼、KR铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、真空脱气处理、铸锭、加热和轧制；其特征在于所述KR铁水预处理步骤中，到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度 (20mm，铁水经KR搅拌脱硫，脱硫周期彡21min、脱硫温降彡20°C，达到铁水中按质量百分比含 S 彡 0. 005 wt%、；所述转炉冶炼步骤中，采用100/120吨顶底复吹转炉，入炉铁水中按质量百分比含 S彡0. 005 wt%、含P彡0. 080 wt%，铁水温度彡1270°C，铁水装入量误差控制在士 lt，过程枪位按前期1. 0-1. 3m、中期1. 2-1. 6m、后期1. 0-1. Im控制，造渣碱度R控制在2. 5-4. 0范围内，出炉钢水中按质量百分比含碳彡0. 05wt%，含P彡0. 015wt%，含S彡0. 012wt% ；出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度< 30mm，转炉出钢过程中全程吹氩，氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在300 500mm， 离氩站温度不得低于1570°C ；所述LF炉精炼步骤中，精炼过程中全程吹氩，加入精炼渣料的碱度为4. 0 6. 0，加热时间按两次控制，第一次加热7 12min，第二次加热6 10 min，粘渣次数彡6次，加硅钙线前必须关闭氩气，不采用真空脱气上钢温度为1565士 15°C或采用真空脱气上钢温度为 1610士 15°C ；所述真空脱气处理步骤中，VD真空度< 67Pa，保压时间> 15min，破真空后软吹2 5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露，在线包抽真空1. 7min,关闭氩气，加覆盖剂，保证铺满钢液面，上钢温度1565 士 15°C ；所述铸锭步骤中，中间包预热过热度控制在15 50°C，本体浇注时间控制在12 20min，冒口浇注时间控制在2 6 min，钢锭脱模后堆冷M 60小时； 所述加热步骤中，钢锭入炉后焖钢2h，IOOO0C以下升温速度小于100°C /h, IOOO0C以上升温速度小于130°C /h，钢锭最高加热温度控制在彡1320°C ；所述轧制步骤中，采用2阶段轧制，一阶段开轧温度控制在1050°C 1150°C，二阶段开轧温度彡950°C，单道次压下量15 20mm，累计压下率彡65%，终轧温度控制在800 920°C，钢板堆垛缓冷，堆冷温度彡250°C，堆冷时间彡12小时。
全文摘要
本发明公开了一种42CrMo合金结构钢特厚板，它是由C、Si、Mn、Cr、Mo、Als和Fe七种化学成分冶炼轧制而成。该合金结构钢特厚板通过适当调整合金元素的含量和比例，严格控制P、S含量，配合本发明的生产工艺，生产的钢板具有较高的强度和韧性，切削加工性能好，完全满足了标准及客户要求，同时能简化生产工艺、缩短生产流程、降低生产能耗，特别适合大生产操作。
文档编号C21C5/35GK102409238SQ20111017645
公开日2012年4月11日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者于飒, 刘庆波, 崔冠军, 张强, 张立新, 朱书成, 李亮亮, 李忠波, 袁永旗, 许少普, 贾涛, 赵迪, 高照海 申请人:南阳汉冶特钢有限公司