一种提高稀土高强钢冲击韧性的工艺的制作方法

本发明涉及热处理中厚板技术领域，尤其是涉及一种提高稀土高强钢冲击韧性的工艺。

背景技术：

高强度结构钢，广泛应用于煤矿机械、工程机械，如液压支架、港口起重机、平板运输车等，均要求具有高强度和较好的低温冲击韧性。因此,近年来许多科研人员致力于改善高强钢的强韧性,在保证高强度的基础上提高其冲击韧性.从而获得综合机械性能更好好的高强钢板。目前大多数钢铁企业采用离线淬火+高温回火的调质工艺，回火后空冷至室温。

稀土元素作为包头地区的特色资源，其对钢铁冲击韧性也有显著提升作用，随着近些年钢铁行业去产能和转型升级的推动，发挥稀土资源优势，提高稀土钢的市场地位必然成为重要课题，目前的研究多限于阐明稀土变质夹杂或者强调稀土元素的单独作用。

技术实现要素：

本发明针对稀土存在下对低合金高强钢微观组织结构的影响，研究得到稀土铈ce可以改善夹杂物的形态和净化晶界，提高晶界的强度,减少裂纹通过缺陷的贯通而扩展的可能,从而提高冲击韧性，也可以细化奥氏体晶界从而改善冲击韧性，同时添加稀土铈ce能够使钢的韧脆转变温度降低10℃左右。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种提高稀土高强钢冲击韧性的工艺，包括如下步骤：kr脱硫扒渣→转炉冶炼→lf精炼→rh精炼及稀土处理→连铸→加热→轧制→加速冷却→热处理；

其中：

kr脱硫及转炉冶炼包括：铁水预处理后铁水硫含量s≤0.010％，温度≥1280℃。铁水入转炉前将渣扒干净，转炉终点控制c-t协调出钢，p≤0.010％,s≤0.015％，出钢时间4-7min,出钢1/5时加入；加铝铁对钢液进行脱氧，除al以外的合金按正常要求添加,出钢2/5量加完合金,出钢过程中视终点氧含量加入适量的改质剂和石灰；

炉外精炼包括：lf炉精炼采用氧化物冶金技术对钢液进行造渣和脱氧操作,快速造白渣，且保证白渣时间15min以上，稳定渣碱度；lf精炼出站前尽量将合金配加至目标要求范围，保证s含量低于0.003％，喂丝吹氩5min后加入b-fe＝0.018-0.020；

rh精炼及稀土处理包括：rh尽量不调整成分，所有成分调整要在lf完成，rh真空处理15-17分钟在料仓中加入稀土合金，稀土合金加入量为35kg/炉，稀土加入后rh深真空循环时间保证15min以上，氩气软吹时间保证10min以上。

连铸包括：强化大包-中包-结晶器之间保证密闭性和中包液面覆盖剂厚度，强化中包氩气吹扫，避免连铸过程中吸气，全程增n量控制在5ppm以内；液相线1520℃,中包过热度控制23-33℃,连铸拉速采用中板铸坯生产拉速执行稳态浇铸,生产连铸坯厚度250mm,连铸全程实行保护浇铸；

加热包括：加热温度1220-1260℃,出炉板坯心部温度大于1180℃,确保均热段保温≥40分钟，保证钢坯烧透、均匀；

轧制工艺包括：两阶段控轧，一阶段开轧温度大于1100℃，压下率60％～70％；二阶段开轧温度860～900℃，每道次压下率均≥12％，最后三道次累计压下率不小于≥40％；轧后水冷：终冷温度650～750℃，堆垛缓冷；

热处理工艺包括：为淬火+回火，淬火温度为910±10℃，在炉时间按照t＝1.4min×厚度+保温时间计算，厚度单位为mm，淬火后空冷至室温；回火温度600-640℃,在炉时间按照t＝2.6min×厚度+保温时间计算，回火后使用高压水喷洒钢板表面，钢板温度降至300℃以下出炉；厚度单位为mm。

进一步的，所述高强钢按质量百分比包括如下的化学成分：c＝0.08-0.15％，si＝0.3-0.5％，mn＝1.5-1.8％，p≤0.015％，s≤0.015％，als＝0.015-0.03％，cr＝0.2-0.3％，v＝0.4-0.8％，ti＝0.01-0.02％，nb＝0.03-0.06％，mo＝0.2-0.3％，ce≥0.0003ppm，其余为fe及不可避免的杂质。

进一步的，所述高强钢按质量百分比包括如下的化学成分：c＝0.14％，si＝0.32％，mn＝1.5％，p＝0.013％，s＝0.002％，als＝0.023％，v＝0.43％，ti＝0.014，cr＝0.25％，nb＝0.044％，mo＝0.244，ce＝0.0005ppm，其余为fe及不可避免的杂质。

进一步的，热处理工艺中淬火炉保温温度为910℃左右，保温时间大于20分钟。

进一步的，热处理工艺中回火炉保温温度为400℃以上，保温时间大于10分钟。

进一步的，热处理工艺中钢板温度降至300℃以下出炉后空冷。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明首先通过添加稀土元素，改善晶界，强化回火脆化状态的奥氏体晶界，阻止低温状态下冲击产生的延晶界断裂，有效提高钢材的冲击韧性；同时，回火后使用高压水喷洒钢板表面，快速降低钢板温度，由于细化了奥氏体晶粒并使晶界呈锯齿状，增大了晶界面积，回火时减轻了碳及氮、磷等杂志对晶界的污染，从而能减轻第二类回火脆性。

本方法通过添加稀土元素提高了钢板的低温冲击韧性，其次通过回火后将钢板快速冷却，将稀土元素固化在晶界表面，不但可以有效的降低钢板的韧脆转变温度，而且有效的抑制第二类回火脆性，提升了钢板的低温冲击韧性的同时，增加了高强钢钢板的性能稳定性，显著提高性能合格率。

附图说明

图1为实施例1中高强钢冲击断口示意图；

图2为实施例1中高强钢中心处金相组织示意图；

图3为实施例2中高强钢中心处金相组织示意图。

具体实施方式

实施例1

生产690mpa级高强钢板生产工艺，钢的成分质量百分组成为：c＝0.14％,si＝0.32％,mn＝1.5％,p＝0.013％,s＝0.002％,als＝0.023％,nb＝0.044％,v＝0.043％,ti＝0.014％,cr＝0.41％,mo＝0.244％，ce＝0.0005ppm；

主要工艺步骤及参数如下:

入炉铁水必须先进行铁水预处理,处理后铁水硫含量s≤0.010％，温度≥1250℃，铁水入转炉前必须将渣扒干净，转炉冶炼过程加入铁水及废钢,铁水与废钢配比为铁水85％左右,废钢15％左右。转炉终点控制c-t协调出钢，p≤0.012％,s≤0.015％，严格挡渣出钢，出钢时间4-7min,出钢1/5时加入合金,出钢2/5量加完合金,出钢过程中视终点氧含量加入适量的改质剂和石灰，氧不少于250m，并视装入量、终点c、钢水氧化性的变化进行适当调整，然后将钢水运送到lf精炼炉进行精炼操作。

lf精炼对钢液进行造白渣和脱氧操作,确保钢中氧、硫等元素的含量控制在较低的水平，快速造白渣，且保证白渣时间15min以上，稳定渣碱度；lf精炼出站前尽量将合金配加至目标要求范围，ot≤20ppm，n≤40ppm，保证s含量低于0.003％。

rh真空处理4分钟后在料仓中加入稀土合金，加入10％的铈铁合金，加入量为31.5公斤/炉，稀土加入后rh深真空循环时间保证15min以上，氩气软吹时间保证10min以上。

该钢种液相线1520℃,中包过热度控制23-33℃,连铸拉速采用中板铸坯生产拉速执行稳态浇铸,生产连铸坯厚度250mm,连铸全程实行保护浇铸；强化大包-中包-结晶器之间保证密闭性和中包液面覆盖剂厚度，强化中包氩气吹扫，防止钢液二次氧化和增氮。下线铸坯进行24小时以上的堆冷。

加热制度：加热段温度不高于1260℃，均热温度1220℃～1260℃，确保均热段保温≥40分钟，保证钢坯烧透、均匀。轧制工艺：两阶段控轧，一阶段开轧温度大于1100℃，压下率60％～70％；二阶段开轧温度860～900℃，每道次压下率均≥12％，最后三道次累计压下率不小于≥40％；轧后水冷，终冷温度650～750℃，堆垛缓冷。为减少钢材内部疏松缺陷，适当增加粗轧单道次压下量，轧后在保证板型的情况下,尽量提高冷速，通过加速冷却,控制相变组织,细化晶粒,为随后的调质处理做好组织准备。

热处理：产出成品经精准切割后走热处理工艺。钢板经抛丸机以消除钢板表面的氧化铁皮；经辊底式无氧化淬火炉，淬火炉保温温度为910℃左右，保温时间大于20分钟，保证温度控制精确，加热均匀，钢板无氧化；经辊底式回火炉，回火炉保温温度为400℃以上，保温时间大于10分钟，热处理过程中应保证温度控制精确，加热均匀。回火后使用高压水喷洒钢板表面，钢板温度降至300℃以下出炉后空冷。

按上述技术方案生产的钢板性能如表1：

表1力学性能典型值

按本技术方案生产的高强钢钢板做-40℃夏比冲击试验，低温冲击断口为韧性断口，如图1所示。金相显微组织如图2所示，从金相显微组织可以看出，组织为回火索氏体组织，组织均匀，为典型的淬火+回火组织。还可以看出该钢板已经完全淬透。

实施例2

生产690mpa级高强钢板生产工艺，钢的成分质量百分组成为：c＝0.13,si＝0.31,mn＝1.51,p＝0.013,s＝0.002,al＝0.023,nb＝0.042,v＝0.044,ti＝0.013,cr＝0.41,mo＝0.247，ce＝0.0003ppm。

主要工艺步骤及参数如下:

入炉铁水必须先进行铁水预处理,处理后铁水硫含量s≤0.010％，温度≥1250℃，铁水入转炉前必须将渣扒干净，转炉冶炼过程加入铁水及废钢,铁水与废钢配比为铁水85％左右,废钢15％左右。转炉终点控制c-t协调出钢，p≤0.012％,s≤0.015％，严格挡渣出钢，出钢时间4-7min,出钢1/5时加入合金,出钢2/5量加完合金,出钢过程中视终点氧含量加入适量的改质剂和石灰，氧不少于250m，并视装入量、终点c、钢水氧化性的变化进行适当调整，然后将钢水运送到lf精炼炉进行精炼操作。

lf精炼对钢液进行造白渣和脱氧操作,确保钢中氧、硫等元素的含量控制在较低的水平，快速造白渣，且保证白渣时间15min以上，稳定渣碱度；lf精炼出站前尽量将合金配加至目标要求范围，ot≤20ppm，n≤40ppm，保证s含量低于0.003％。

rh真空处理4分钟后在料仓中加入稀土合金，加入10％的铈铁合金，加入量为31.5公斤/炉，稀土加入后rh深真空循环时间保证15min以上，氩气软吹时间保证10min以上。

该钢种液相线1520℃,中包过热度控制23-33℃,连铸拉速采用中板铸坯生产拉速执行稳态浇铸,生产连铸坯厚度250mm,连铸全程实行保护浇铸；强化大包-中包-结晶器之间保证密闭性和中包液面覆盖剂厚度，强化中包氩气吹扫，防止钢液二次氧化和增氮。下线铸坯进行24小时以上的堆冷。

加热制度：加热段温度不高于1260℃，均热温度1220℃～1260℃，确保均热段保温≥40分钟，保证钢坯烧透、均匀。

轧制工艺：两阶段控轧，一阶段开轧温度大于1100℃，压下率60％～70％；二阶段开轧温度860～900℃，每道次压下率均≥12％，最后三道次累计压下率不小于≥40％；轧后水冷，终冷温度650～750℃，堆垛缓冷。为减少钢材内部疏松缺陷，适当增加粗轧单道次压下量，轧后在保证板型的情况下,尽量提高冷速，通过加速冷却,控制相变组织,细化晶粒,为随后的调质处理做好组织准备。

热处理：产出成品经精准切割走热处理工艺。钢板经disa抛丸机以消除钢板表面的氧化铁皮；经loi辊底式无氧化淬火炉，淬火炉保温温度为910℃左右，保温时间大于20分钟，保证温度控制精确，加热均匀，钢板无氧化；经loi辊底式回火炉，回火炉保温温度为400℃以上，保温时间大于10分钟，热处理过程中应保证温度控制精确，加热均匀。回火后使用高压水喷洒钢板表面，钢板温度降至300℃以下出炉后空冷。

按上述技术方案生产的钢板性能如表2：

表2力学性能典型值

按本技术方案生产的高强钢钢板，金相显微组织如图3所示，从金相显微组织可以看出，组织为回火索氏体组织，组织均匀，为典型的淬火+回火组织。

以上实例可以看出，采用上述的成分和工艺生产的高强钢板力学性能远高于国家标准，满足相关行业对高强度钢板低温冲击韧性的要求以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。