一种1760MPa超高强抗弹钢及其制造方法与流程

文档序号:12415008阅读:375来源:国知局

本发明属于钢铁冶炼技术领域,具体涉及一种抗拉强度大于1760MPa的抗弹击或防护应用的超高强合金钢的制造方法。



背景技术:

近年来,许多民用运钞车、银行库门、军用运兵车、警用装甲及部队装甲车等国防工程用装备的制造,对1760MPa级超高强抗弹钢的使用越来越多。过去大多数采用进口材料制造,或者用国产的Q690级钢板,其屈服强度只约690MPa,抗拉强度在780-950MPa区间,强度远远满足不了超高强抗弹钢要求,并且,在制造焊接过程要求钢板具有较低的表面剩磁性。因此迫切需要开发一种强度更高、低温冲击韧性好、易焊接、低剩磁、高硬度的1760MPa级超高强抗弹钢钢板。

CN101376945披露了一种2000Mpa级超高强度高韧性钢板及其制造方法,该方法以重量百分比计其化学成分包含:C0.2-0.6%、Si:1.0-3.0%、Mn:1.0-5.0%、Mo:0.1-0.6%,余量为Fe和不可避免杂质。上述钢板的制造方法包括冶炼、浇铸、加热、轧制、冷却、其特征在于,在所述轧制过程中,开轧温度为1150-1200℃,当轧件厚度达到成品钢板厚度的2-3倍时,在辊道上待温至1100-1150℃,随后进行第二阶段轧制,第二阶段轧制道次变形率为10-25%,终轧温度为1000-1050℃。

结果表明,以上述的方法制造所得的钢板抗拉强度在2000MPa以上,屈强比在0.495以上;屈服强度在1000MPa 以上,可作为超高强度制品用钢。

上述的方法采用控轧控冷工艺制造,没有涉及热处理关键环节,虽然其抗拉强度达到了2000 MPa以上,但是并不适合抗弹击的防护应用。

CN 102181795 A披露了一种超高强度防弹钢板及其制造工艺,一种超高强度防弹钢板,其化学成分按重量百分比计为:C 0.30 ~ 0.5、Si 0.40 ~0.60、Mn 1.50 ~ 1.80、P ≤ 0.025、S ≤ 0.01,任选的Cr、Ni、Mo 中的至少两种元素,它们的含量满足Cr+Ni+Mo ≤ 2.5,其中Nb、V、Ti,三种元素任选1-2 种,B 是必含元素,它们的含量满足Nb+V+Ti+B ≤ 0.20,其余是Fe。

上述的超高强度防弹钢板制造工艺,其特征在于:步骤一锻造和轧制工艺,用常规冶金工艺制得钢坯,在1180 ~ 1250℃加热, 1000 ~ 1150℃进行开轧,终轧温度850 ~ 900℃,轧后卷取然后空冷至室温形成坯件;

步骤二冲压工艺,将热轧板材开卷,校平剪切成1x2m 的热处理板坯;将1x2m 的热处理板坯放入含有5%-10% 的H2、80%-90% 的经脱硫、脱水处理的天然气、5%-10% 的裂解甲醇的保护气氛的轨道式加热炉中加热,加热温度为900 ~ 950℃奥氏体化温度,加热保温时间按板坯厚度计为1 ~ 1.5 分/mm ;出炉后3 ~ 5 秒钟内平移至安装在压机上的带冷却通道的平板模具中,模具表面温度20 ~ 30℃ ;启动液压机在200 ~ 300 吨的压力下将板材压力淬火,液压设备在达到压力后保压20 ~ 30 秒;然后再在模具中通水冷却,其中对用于制造2.2mm

B 级钢板的模具,水流入该模子中的压力为5 ~ 6 巴,出口压力为3 ~ 4 巴,水流的速度为1.5 ~ 2m/s,工件表面温度在100 ~ 120℃时移出模具空冷;对用于制造3.7mm C 级钢板的模具,水流入该模子中的压力为7 ~ 8 巴,出口压力为5.5 ~ 7 巴,水流的速度为1.5 ~ 3m/s,工件表面温度在100 ~ 150℃时移出模具空冷。

上述的钢板是锻造和轧制卷板,第二步骤是冲压成形处理,采用该工艺制造超高强度防弹钢板,需投入设备、较大的场地、人力,这必然会增加成本,另外该工艺比较耗时,会增加时间成本。

另外上述的工艺所针对的钢板的厚度小于6mm,如果是针对于大于6mm厚的钢板,并不适用。



技术实现要素:

本发明针对国防装备用超高强钢板的需求,改善了低级别钢材Q690强度与耐磨性技标的不足,采用低P、S,包含Mo、Cr、Ni、B合金设计,利用转炉快速冶炼,经过LF炉外精炼和RH脱气精炼,改进钢水纯净度,提供一种经过控制轧制、淬火和回火技术改善钢板强度、低温冲击韧性的方法,获得回火马氏体金相组织的钢板。

本发明的工艺步骤是:

KR铁水预处理;转炉冶炼;LF转炉外精炼;RH转炉外真空脱气二次精炼;板坯连铸;板坯加热;粗轧;精轧;淬火;回火。

更具体的,本发明的工艺步骤如下:

KR铁水预处理→转炉冶炼→脱氧合金化→CAS搅拌→LF精炼→RH脱气→CCM连铸→切割定尺检查→板坯堆垛缓冷48小时→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→精轧→矫直→抛丸→淬火→回火→矫直→切割、取样→检验→成品。

本发明的方法所生产的钢板其主要成分:C:0.26-0.38%;Si:0.40-0.65%;Mn:0.50-1.40%;P≤0.020%;S≤0.002%;Cr:0.85-1.80%;Ni:0.25-0.60%;Mo:0.20-0.60%;B:0.0008-0.0025%;Ti:0.020-0.035%;其余为Fe及不可避免的杂质。

作为更进一步的说明,其Cr+Ni+Mo总含量≥1.20%。

本发明的1760MPa超高强抗弹钢的制造方法,具体包括下述的步骤:

(1)KR铁水预处理:S含量控制低于0.002%;

(2)转炉冶炼:BOF氧气氩气顶底复吹脱C,采用液压滑板挡渣;

(3)LF炉外精炼:加热时间15-18分钟;

(4) RH真空脱气:小于200Pa真空度下处理20分钟,喂线后氩气软吹10-12分钟;

(5)板坯加热:均热温度范围1180-1200℃,均热时间范围3.8-4.0小时。

(6)四辊粗轧机粗轧:开轧温度1020-1050℃;

(7)四辊精轧机精轧:开轧温度范围980-1000℃, 终轧温度范围800-850℃,高压水喷打1-3次,减薄表面氧化铁皮。

(8)淬火:加热温度880-900℃,水冷冷却速度范围25-35℃/s。形成高密度亚结构合金,获得细小均匀的马氏体显微组织;

(9)回火:200-280℃回火180-240分钟。

本发明的有益效果在于,采用本发明生产6-25mm超高强合金钢板,达到了优异的强韧性匹配,-40℃低温冲击韧性优良。通过控制轧制、淬火及回火热处理,金相主要为回火马氏体组织,抗拉强度≥1760MPa,屈服强度≥1270MPa,-40℃横向低温冲击功≥20J,表面布氏硬度≥490HBW,表面剩磁≤30GS。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明作进一步说明,但不构成对本发明的限制。

实施例1

板坯熔炼成份为:

C:0.28%;Si:0.45%;Mn:0.63%;P:0.013%;S:0.002%;Cr:0.97%;Ni:0.55%;Mo:0.25%;B:0.0012%;Ti:0.023%,Cr+Ni+Mo:1.77%,其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明的1760MPa超高强抗弹钢的制造方法,具体包括下述的步骤:

KR铁水预处理→转炉冶炼→脱氧合金化→CAS搅拌→LF转炉外精炼→RH转炉外真空脱气二次精炼→CCM板坯连铸→切割定尺检查→板坯堆垛缓冷48小时→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→精轧→矫直→抛丸→淬火→回火→矫直→切割、取样→检验→成品。

其中主要的工艺参数如下:

(1)KR铁水预处理:S含量控制低于0.002%;

(2)转炉冶炼:BOF氧气氩气顶底复吹脱C,采用液压滑板挡渣;

(3)LF转炉外精炼:加热时间15-18分钟;

(4)RH转炉外真空脱气二次精炼:小于200Pa真空度下处理20分钟,喂线后氩气软吹10-12分钟;

CCM板坯连铸:浇注温度1516—1536℃,拉速0.75-0.95m/min,过热度10-30℃,高碳保护渣,二冷自动配水;

(5)板坯加热:均热温度范围1180℃,均热时间范围3.88小时;

(6)四辊粗轧机粗轧:开轧温度1030℃;

(7)四辊精轧机精轧:开轧温度范围980℃, 终轧温度范围840℃,高压水喷打3次,减薄表面氧化铁皮。

(8)淬火:加热温度890℃,水冷冷却速度范围32℃/s,形成高密度亚结构合金,获得细小均匀的马氏体显微组织;

(9)回火:210℃回火185分钟。

脱氧合金化、CAS搅拌、切割定尺检查、板坯堆垛缓冷48小时、高压水除鳞、矫直、抛丸、切割、取样、检验、成品,均为常规处理。

其中,高压水除鳞的条件是:25Mpa;

钢板性能:

规格:钢板厚度6mm;屈服强度(MPa):1410;抗拉强度(MPa):1790;断后伸长率(%):10;V型横向冲击功(-40℃): 25J、28J、23J(试样尺寸5*10*55mm);表面布氏硬度(HBW):496;钢板表面剩磁(GS):12。

本申请与背景技术中的CN 102181795 A披露的一种超高强度防弹钢板及其制造工艺相比,所存在的差异主要是工艺步骤不同,具体分析如下:

CN102181795 A:第二步骤冲压成形;

而本申请不需要热冲压成形,经过冶炼,轧制成平板再行特殊热处理获得最终合格性能和产品。

与CN102181795 A相比,本申请不需要冲压成形,因而节省了场地、设备、人力,而且还节省了时间,从而节省了成本。

本申请的钢板厚度为6-25mm,如果采用CN102181795 A的工艺,较难生产出厚度为6-25mm的钢板。

实施例2

板坯熔炼成份为:

C:0.31%,Si:0.48%,Mn:0.66%,P:0.015%,S:0.001%, Cr:0.99%;Ni:0.38%;Mo:0.30%;B:0.0018%;Ti:0.030%,Cr+Ni+Mo:1.67%,其余为Fe及不可避免的杂质。

冶炼的步骤同实施例1,具体的工艺参数有所不同,板坯均热温度(℃):1200;均热时间(小时):4.0;粗轧温度(℃):1050;精轧开轧温度(℃):1000;精轧终轧温度(℃):850;高压水喷打次数(次):2;淬火加热温度(℃):900;冷却速度(℃/s):33;回火温度(℃):220,回火时间(分钟):200;

钢板性能:

规格:钢板厚度12mm;屈服强度(MPa):1420;抗拉强度(MPa):1770;断后伸长率(%):9;V型横向冲击功(-40℃): 27J、29J、28J(试样尺寸10*10*55mm);表面布氏硬度(HBW):492;钢板表面剩磁(GS):8;

实施例3

板坯熔炼成份为:

C:0.34%,Si:0.50%,Mn:0.71%,P:0.015%,S:0.001%, Cr:1.04%;Ni:0.40%;Mo:0.27%;B:0.0015%;Ti:0.022%,Cr+Ni+Mo:1.71%,其余为Fe及不可避免的杂质。

板坯均热温度(℃):1190;均热时间(小时):4.2;粗轧温度(℃):1040;精轧开轧温度(℃):990;精轧终轧温度(℃):851;高压水喷打次数(次):3;淬火加热温度(℃):896;冷却速度(℃/s):33;回火温度(℃):200,回火时间(分钟):190;

钢板性能:

规格:钢板厚度25mm;屈服强度(MPa):1320;抗拉强度(MPa):1786;断后伸长率(%):10;V型横向冲击功(-40℃): 31J、36J、35J(试样尺寸10*10*55mm);表面布氏硬度(HBW):495;钢板表面剩磁(GS):10。

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