一种抗延迟断裂超高强度钢板的生产方法与流程

本发明属于炼钢技术领域，特别涉及一种抗延迟断裂超高强度钢板的生产方法。

背景技术：

随着工程机械装备向大量化和轻量化发展，超高强钢得到广泛应用。目前国际上超高强钢碳当量高，冷裂倾向大，在切割下料前要求预热处理，切割后一般采取加盖保温材料保温或通过热处理消除应力来避免产生冷裂纹。切割前预热、切割后热处理会增加能源消耗和生产成本；同时，加工工序的增加，对企业的生产效率产生较大影响。

为了节约能源成本，提高生产效率，部分工程机械制造企业在切割下料前省去加热工序，切割后不保温或不热处理，导致切割面着色或磁粉探伤不合，缺陷为钢板厚度方向1/2处微裂纹，裂纹较为平直，呈现典型的应力裂纹特征。产生这一缺陷的原因有：第一，钢板中存在造成应力集中的缺陷，如非金属夹杂物、疏松和气孔等；第二，内应力大：高碳当量的超高强度钢在加热和冷却时因热胀冷缩的不同步产生较大的热应力，冷却过程发生马氏体和贝氏体相变产生相变应力，这两种应力在钢板内夹杂等缺陷处产生应力集中，当应力超过其抗拉强度时则发生开裂，这种裂纹深度一般在0.5-1mm之间，需进行打磨补救，造成工序成本增加，甚至部分零件报废等后果。

为适应市场需求，满足客户严苛的使用条件，需提高钢水纯净度，减少材料内部缺陷，从而提高材料抗延迟断裂性能。本发明从成分设计上减小产生冷裂倾向，通过合理的精炼工艺对夹杂物进行控制，配合合理轧制和热处理技术，生产出具有良好抗延迟断裂性能的洁净钢，并实现批量生产。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种抗延迟断裂超高强度钢板的生产方法，使所生产钢板在火焰切割和等离子切割前无需预热，切割后不需保温或后热，切割面质量良好，着色探伤无缺陷。

本发明的技术方案：

一种抗延迟断裂超高强度钢板的生产方法，钢的生产工艺路线为：铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸→加热→轧制→淬火→回火→精整→性能检验→探伤，其特征在于：钢的化学组成百分含量为：C=0.14~0.20，Si=0.15～0.35，Mn=1.0～1.50，P≤0.015，S≤0.003，Nb=0.020~0.040，V=0.040~0.070，Ti=0.010~0.025，Als=0.020～0.045， Cr=0.10～0.60，Mo=0.30～0.70，Ni=0.20~0.50，B=0.0008~0.0025，CEV≤0.53，余量为Fe和其它微量元素，气体含量H≤0.0002%，N≤0.005%，O≤0.0015%；包括下列工艺步骤：

（1）转炉出钢过程加入足量的硅锰合金和铝合金，并使用合成渣进行渣洗，出钢结束后喂入铝线，控制钢液中Als%≥0.040%。

（2）LF冶炼过程采用CaO、CaC₂、Al₂O₃造渣，并通过向渣面撒铝粒和向钢水喂入铝线脱氧；冶炼过程全程吹氩，造白渣后进行大氩气强搅拌5~10 min；钢水出站前喂入钙线100~200m；LF冶炼结束时钢液中控制Als%≥0.060%，硫含量≤0.005%。

（3）钢水在VD真空处理过程中全程吹氩气，在50～70Pa压力下保持12～20min，确保钢水中氢含量控制在0.0002%以下，硫含量≤0.003%；破真空后喂入钙线80~150m，控制钙硫比Ca/S≥1.2，保持软吹状态15～30min。

（4）连铸浇注过程中，大包长水口和浸入式水口采取氩气密封，中包使用中包盖板和中包覆盖剂隔绝空气。

（5）板坯加热温度控制在1170～1250℃，粗轧开轧温度≥1070℃，轧制过程采用两阶段大压下轧制，粗轧必须保证有三道次压下率大于20%；精轧开轧温度在880~900℃之间，终轧温度在800~850℃之间，轧后通过Mulpic快速冷却，冷却速率30~35℃/S，终冷温度200~350℃。

（6）淬火： 890～910℃，淬火时间为板厚mm×(1.8～2.1)min/mm，水冷。

（7）回火：钢板淬火后24小时内装炉回火；回火温度580～640℃，回火时间为板厚mm×(2.0～2.5)min/mm，空冷。

本发明通过对转炉冶炼、LF精炼和真空处理等工艺调整，保证钢水纯净度，并通过钙硫比的控制抑制连铸凝固过程中MnS的析出；连铸低过热度、氩气保护浇注、合理轻压下使用生产出高质量的板坯；两阶段大压下轧制充分细化晶粒；淬火后钢板高温回火充分消除应力。最终所生产钢板在火焰切割和等离子切割前无需预热，切割后不需保温或后热，切割面质量良好，着色探伤零缺陷。所以本发明具有以下优点：低碳当量设计，产生冷裂纹倾向小；板坯低倍质量好，C类中心偏析≤1.0级；钢水纯净度高，粗系夹杂等级≤0.5，细系夹杂等级≤1.0级，H≤0.0002，N≤0.005，O≤0.0015；合适的轧制和热处理工艺，钢板晶粒细小，残余应力小；钢板等离子切割或火焰切割前不需预热，切割后不需保温或热处理，切割面着色探伤无缺陷。

附图说明

图1为普通超高强度钢板不预热切割着色探伤照片。

图2为普通超高强度钢板不预热切割裂纹缺陷金相照片。

图3为板坯低倍照片。

图4为16mm抗延迟断裂超高强度钢板着色探伤照片。

图5为50mm抗延迟断裂超高强度钢板着色探伤照片。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的内容。

实施例一：炼制16mm超高强度钢板

钢的组成含量质量百分比为：C=0.15，Si=0.28，Mn=1.35，P=0.011，S=0.0021，Nb=0.030，V=0.055，Ti=0.020，Als=0.040， Cr=0.17，Mo=0.32，Ni=0.32，B=0.0018，CEV=0.51，余量为Fe和其它微量元素。气体含量：H=0.00015，N=0.0032，O=0.0012。

钢的生产工艺步骤为：

（1）转炉出钢过程加入硅锰合金2115kg和212kg铝铁脱氧、403kg石灰、105kg合成渣，脱氧剂和合成渣料在出钢四分之一开始加入，出钢到四分之三加完。出钢后喂入230m的Al线， Als含量0.045。

（2）钢水进LF炉冶炼，按照7.5kg/t渣量加入石灰和合成渣，并加入40kgCaC₂和100kgAl粒进行扩散脱氧，冶炼前期～中期喂入300m长度Al线，钢水中Als含量0.065。LF冶炼末期喂入纯钙线150m，软吹10min，钢水中硫含量0.0045。

（3）钢水进VD进行真空处理，处理过程中全程吹氩气，在65Pa压力下保持15min，钢水中H含量1.5ppm；硫含量0.0018；破真空后喂入钙线120m，钙硫比Ca/S=1.4，保持软吹状态18min。

（4）连铸浇注过热度12～15℃，全程氩气保护浇注。

（5）轧制：板坯热装，加热温度1200℃，开轧温度1090℃，粗轧连续三道次压下率分别为20.7%、22.6%、24.5%。精轧开轧温度890℃，终轧温度840℃，终冷温度270℃。

（6）淬火：890℃温度下32min，水冷。

（7）回火：钢板淬火后0.5小时后回火，610℃温度下35min，空冷。

（8）机械性能检验如表1。

（9）钢板按照GB/T2970标准探伤Ⅰ级合格；火焰切割面着色探伤零缺陷。

表1 实施例一16mm超高强度钢板机械性能检测数据

实施例二：炼制50mm超高强度钢板

钢的组成含量质量百分比为：C=0.14，Si=0.25，Mn=1.38，P=0.012，S=0.0018，Nb=0.025，V=0.053%，Ti=0.022，Als=0.042， Cr=0.20，Mo=0.40，Ni=0.33，B=0.0017，CEV=0.52，余量为Fe和其它微量元素。气体含量：H=0.00013，N=0.0036，O=0.0009。

钢的生产工艺步骤与参数为：

（1）转炉出钢过程加入硅锰合金2089kg和215kg铝铁脱氧、408kg石灰、110kg合成渣，脱氧剂和合成渣料在出钢四分之一开始加入，出钢到四分之三加完。出钢后喂入220m的Al线， Als含量0.042。

（2）钢水进LF炉冶炼，按照7.5kg/t渣量加入石灰和合成渣，并加入50kgCaC₂和90kgAl粒进行扩散脱氧，冶炼前期～中期喂入320m长度Al线，钢水中Als含量0.061。LF冶炼末期喂入纯钙线150m，软吹10min，钢水中硫含量0.003%。

（3）钢水进VD进行真空处理，处理过程中全程吹氩气，在65Pa压力下保持15min，钢水中H含量1.3ppm；硫含量0.0014%；破真空后喂入钙线105m，钙硫比Ca/S=1.3，保持软吹状态23min。

（4）连铸浇注过热度10～13℃，全程氩气保护浇注。

（5）轧制：板坯热装，加热温度1210℃，开轧温度1090℃，粗轧连续三道次压下率分别为20.1%、20.8%、22.3%。精轧开轧温度880℃，终轧温度835℃，终冷温度300℃。

（6）淬火：890℃温度下90min，水冷。

（7）回火：钢板淬火后2小时后回火，610℃、100min、空冷。

（8）机械性能检验如表2。

（9）钢板按照GB/T2970标准超声波探伤Ⅰ级合格；火焰切割面着色探伤零缺陷。

表2 实施例二50mm超高强度钢板机械性能检测数据