專利名稱：一種高強度調(diào)質(zhì)鋼板低成本制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強度調(diào)質(zhì)鋼板低成本制造方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對鋼鐵材料性能的要求越來越高。國際上工程機械向著輕型化、高參量化和長壽命的方向發(fā)展，廣泛采用高強鋼制造。近幾年，隨著煤炭業(yè)開發(fā)建設(shè)的迅速發(fā)展，強勁拉動了煤機行業(yè)的發(fā)展速度，支架結(jié)構(gòu)件材料正越來越多地采用高強度鋼材。目前Q460、Q550、Q620、Q690高強鋼板已廣泛用于礦山機械、工程機械、港口機械等領(lǐng)域。目前有關(guān)高強度鋼的制造方法也形成多項專利，這些專利普遍將添加合金元素(如Ni、Mo、Cu、Nb、V等)作為提高鋼材性能的主要途徑，合金元素添加較多以致生產(chǎn)成本較高等問題。且現(xiàn)有的制造方法需要針對每一級別鋼種設(shè)計一種成分，無法快速響應(yīng)客戶多品種、小批量訂單要求，組爐組澆困難，余材浪費嚴(yán)重。 湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司申請的CN101497971A專利(一種高強度調(diào)質(zhì)鋼及其生產(chǎn)方法)，采用了較多的貴重元素0. 18%-0. 35%的Mo (能有效增強鋼的淬透性和淬硬性，使鋼淬火后得到均勻細小的馬氏組織，顯著提高鋼的強度和韌性)，0. 18%-0.40%的Ni (增強鋼板的低溫沖擊韌性)，0. 04%-0. 06%的Nb (增強鋼板的低溫沖擊韌性)，在合金體系方面仍屬于傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)高強鋼，不具備成本優(yōu)勢。且未開發(fā)出高強鋼的柔性制造方法(其成分設(shè)計及回火工藝僅適用于Q690級別)，無法通過調(diào)整回火工藝來實現(xiàn)“一鋼多級”柔性化控制。東北大學(xué)與南京鋼鐵股份有限公司共同申請的CN102080190A專利(一種屈服強度700MPa級工程機械用調(diào)質(zhì)鋼板及其制備方法)，在成分設(shè)計中依然采用了部分的貴重合金元素0. 10%-0. 30%的Ni，0. 02%-0. 04%的Nb，不具備成本優(yōu)勢。且未開發(fā)出高強鋼的柔性制造方法(其成分設(shè)計及回火工藝僅適用于Q690級別)，無法通過調(diào)整回火工藝來實現(xiàn)“一鋼多級”柔性化控制。因此，針對上述制造方法存在的原料成本較高，成分設(shè)計及回火工藝僅適用于某一種鋼種的問題，開發(fā)一種生產(chǎn)成本較低、強韌性匹配良好、焊接性能優(yōu)良、工藝適應(yīng)性強的高強度調(diào)質(zhì)鋼板低成本制造方法，具有積極的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有的制造方法存在的生產(chǎn)成本較高和沒有相應(yīng)的柔性制造工藝問題，在傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)高強鋼板的基礎(chǔ)上，取消Ni、Mo、Cu、Nb、V等貴重合金元素添加，采用成分簡易的Mn、Cr和B合金化提高鋼板淬透性，優(yōu)化回火工藝，保證鋼板性能。其次，根據(jù)不同強度級別鋼的不同性能要求，充分發(fā)揮Cr及回火工藝在調(diào)質(zhì)鋼中的作用，采用同一成分體系簡化設(shè)計，通過調(diào)整后續(xù)熱處理工藝尤其是回火工藝的技術(shù)路線，實現(xiàn)600-800MPa級強度級別、C-E級質(zhì)量級別的“一鋼多級”柔性化控制，實現(xiàn)調(diào)質(zhì)鋼強度級別提高而生產(chǎn)成本不增加,達到技術(shù)、質(zhì)量、成本、生產(chǎn)的有效平衡。本發(fā)明的高強度調(diào)鋼板，其化學(xué)成分為(wt%) C 0. 14-0. 18%, Si :0. 10-0. 40%,Mn 1. 40-1. 70 %, Cr 0. 40-0. 60 %, Al 0. 02-0. 06 %, Ti 0. 010-0. 030 %, B
0.0010-0. 0030%, P ( 0. 015%, S彡0. 005%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法按照上述的成分制造鋼坯，將鋼坯加熱到1050 1250°C，控制軋制成規(guī)定厚度，軋后空冷至室溫；然后進行亞溫淬火加熱溫度810-850°C，保溫系數(shù)
1.6-1. 8min/mm,出爐后水淬至室溫；進一步采用四種回火工藝，分別得到4種不同性能的鋼板?；鼗鸸に?I):加熱溫度670-700°C，保溫系數(shù)2. Omin/mm,獲得的鋼板性能滿足6-60mm Q460級別0—-40°C沖擊力學(xué)性能要求?；鼗鸸に?2):加熱溫度630-660°C，保溫系數(shù)2. Omin/mm ;獲得的鋼板性能滿足6-60mm Q550級別O—-40°C沖擊力學(xué)性能要求。
·
回火工藝(3):加熱溫度590-620°C，保溫系數(shù)2. 2min/mm ;獲得的鋼板性能滿足6-60mm Q620級別O—-40°C沖擊力學(xué)性能要求。回火工藝(4):加熱溫度540-580°C，保溫系數(shù)2. 5min/mm ;獲得的鋼板性能滿足6-60mm Q690級別O—-40°C沖擊力學(xué)性能要求。各主要化學(xué)成分及含量在本發(fā)明中的作用是C :對提高鋼的強度作用明顯，是最廉價的強化元素。隨著碳含量的提高，鋼的強度提高，塑性、韌性下降，焊接性能變差，綜合考慮性能要求、冶煉成本等技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，碳含量范圍 0. 14-0. 18%。Mn:其成本低廉，可提高鋼的強度和韌性，是穩(wěn)定奧氏體元素，能有效降低奧氏體的分解速度，提高鋼的淬透性，可部分彌補取消鑰元素帶來的淬透性不足的問題。但錳含量過高，會引起鋼板帶狀組織嚴(yán)重、韌性降低和各向異性等問題，本發(fā)明中錳含量范圍
I.40-1. 70%。Cr :既能增加貝氏體的淬透性，又促使亞穩(wěn)奧氏體區(qū)域的形成。不僅促進貝氏體轉(zhuǎn)變，且使貝氏體形狀以針狀為主，形成細小的貝氏體鐵素體組織，提高鋼的屈服強度和抗拉強度。鉻和錳配合使用，可有效提高鋼的淬硬性，本發(fā)明中鉻作為重要的強化元素和增加淬透性元素替代鑰。但含量過高，亦會造成鋼的高溫回火脆性，本發(fā)明中其合適范圍0. 40-0. 60%。B :由于B具有小的原子半徑，且在Fe中的溶解度很小，基本上是沿基體組織的晶界富集，而在晶界處幾乎集中了基體組織的各種結(jié)構(gòu)缺陷，分布在缺陷處的B原子降低界面能，提高了鋼的淬透性。微量B可顯著提高鋼的淬透性，而對其他性能無明顯影響。據(jù)相關(guān)研究表明，當(dāng)硼含量> 0. 0030%時，其提高淬透性的作用不再明顯，而且會在晶界析出Fe23 (CB)6，降低鋼板韌性并引發(fā)熱脆。本發(fā)明中硼的合適范圍是0.0010-0. 0030%。本發(fā)明通過Cr、B來彌補取消Mo帶來的淬透性不足問題；通過提高Cr元素含量，優(yōu)化回火工藝控制貝氏體的形貌、分布及大小來彌補取消Nb、V、Cu、Ni等元素后帶來強度和韌性下降的問題，使得本發(fā)明在取消Ni、Mo、Nb、V、Cu等貴重合金元素添加的基礎(chǔ)上，依然能夠保證鋼板具有優(yōu)良的強度、低溫沖擊韌性等性能。本發(fā)明的有益效果是I.完全不添加Ni、Mo、Cu、Nb、V等貴重合金元素。全新的成分設(shè)計,大大節(jié)約了貴重合金化元素，合金成本大幅降低，成本優(yōu)勢顯著提升，經(jīng)濟效益明顯。
2.該成分設(shè)計具有很好的適應(yīng)性，可以結(jié)合不同的回火工藝，生產(chǎn)出滿足了 60kg級-80kg級高強鋼的性能要求的產(chǎn)品。工藝窗口寬，工藝適應(yīng)性廣，實現(xiàn)了一鋼多級柔性制造。3.板厚方向的厚度效應(yīng)不明顯。Mn+Cr+B合金化體系保證了鋼板淬透性，和傳統(tǒng)意義上添加其它貴重合金元素的高強鋼相比，未發(fā)現(xiàn)板厚方向存在明顯的厚度效應(yīng)。


圖I為實施例I采用690°C回火工藝得到的顯微組織圖；圖2為實施例2采用650°C回火工藝得到的顯微組織圖；圖3為實施例3采用610°C回火工藝得到的顯微組織圖； 圖4為實施例4采用570°C回火工藝得到的顯微組織圖。
具體實施例方式實施例I選配厚度30mm高強度調(diào)質(zhì)鋼板的化學(xué)成分，重量百分比為C :0. 16%，Si :0. 25%，Mn 1. 50%, P 0. 010%, S :0. 004%, Cr :0. 45%, Al :0. 025%, B :0. 0015%, Ti :0. 015%，其余為 Fe
及不可避免的雜質(zhì)。將合格的坯料加熱至1180°C，保溫200min，控制軋制，粗軋開軋溫度1100°C，粗軋終軋溫度980°C，精軋開軋溫度930°C，精軋終軋溫度860°C，軋后空冷至室溫。淬火加熱溫度810°C，保溫時間1.6X30+10=58min，出爐后淬火機水淬至室溫。然后進行回火處理，回火溫度690°C，回火時間2. 0X30+5=65min，獲得60kg級高強鋼(Q460C)，組織如圖I所示。其屈服強度559MPa，抗拉強度661MPa，斷后伸長率21%，(TC縱向沖擊功258J/247J/249J，_40°C縱向沖擊功 236J/229J/215J。實施例2其成分同實施例I，加熱、軋制、鋼板厚度、淬火工藝同實施例I?；鼗饻囟?50°C，回火時間2. 0X30+5=65min，獲得70kg級高強鋼(Q550D)，組織如圖2所示。其屈服強度611MPa，抗拉強度719MPa，斷后伸長率19. 5%，-20°C縱向沖擊功184J/175J/208J，-40°C縱向沖擊功 174J/147J/169J。實施例3其成分同實施例I，加熱、軋制、鋼板厚度、淬火工藝同實施例I。回火溫度610°C，回火時間2. 2X30+5=71min,獲得75kg級高強鋼(Q620D)，組織如圖3所示。其屈服強度676MPa，抗拉強度772MPa，斷后伸長率18%，_20°C縱向沖擊功157J/165J/136J，-40°C縱向沖擊功 137J/129J/113J。實施例4其成分同實施例I，加熱、軋制、鋼板厚度、淬火工藝同實施例I?；鼗饻囟?70°C，回火時間2. 5 X 30+5=80min,獲得80kg級高強鋼(Q690D/E)，組織如圖4所示。其屈服強度776MPa，抗拉強度837MPa，斷后伸長率16. 5%，-20°C縱向沖擊功116J/128J/109J, _40°C縱向沖擊功 92J/98J/89J。實施例5
選配厚度60mm經(jīng)濟型高強度調(diào)質(zhì)鋼板的化學(xué)成分，重量百分比為C :0. 17%，Si
0.31%, Mn 1. 64%, P :0. 012%, S :0. 005%, Cr :0. 52%, Al :0. 027%, B :0. 0022%, Ti :0. 018%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。將合格的坯料加熱至1200°C，保溫220min，控制軋制，粗軋開軋溫度1125°C，粗軋終軋溫度1008°C，精軋開軋溫度900°C，精軋終軋溫度850°C，軋后空冷至室溫。亞溫淬火加熱溫度850°C，保溫時間1.6X60+10=106min，出爐后淬火機水淬至室溫。然后進行回火處理，回火溫度670°C，回火時間2. 0X60+5=125min，獲得60kg級高強鋼(Q460C)。其屈服強度515MPa，抗拉強度635MPa，斷后伸長率21. 5%，(TC縱向沖擊功248J/222J/243J，-40°C縱向沖擊功 218J/183J/239J。實施例6其成分同實施例5，加熱、軋制、鋼板厚度、淬火工藝同實施例5。
·
回火溫度640 °C，回火時間2. 0X60+5=125min，獲得70kg級高強鋼(Q550D)，其屈服強度600MPa，抗拉強度705MPa，斷后伸長率18. 5%，_20°C縱向沖擊功169J/174J/145J，-40°C縱向沖擊功 153J/121J/142J。實施例7其成分同實施例5，加熱、軋制、鋼板厚度、淬火工藝同實施例5?；鼗饻囟?90 °C，回火時間2. 2X60+5=137min,獲得75kg級高強鋼(Q620D)。其屈服強度638MPa，抗拉強度751MPa，斷后伸長率17%，_20°C縱向沖擊功128J/118J/120J，-40°C縱向沖擊功 105J/91J/98J。實施例8其成分同實施例5，加熱、軋制、鋼板厚度、淬火工藝同實施例5?；鼗饻囟?40°C，回火時間2. 5 X 60+5=155min,獲得80kg級高強鋼(Q690D/E)。其屈服強度725MPa，抗拉強度800MPa，斷后伸長率16%，-20 V縱向沖擊功95J/112J/103J，_40°C縱向沖擊功 74J/81J/86J。
權(quán)利要求
1.一種高強度調(diào)質(zhì)鋼板低成本制造方法，其特征是，其化學(xué)成分為C:O. 14-0. 18wt %, Si 0. 10-0. 40wt %, Mn 1. 40-1. 70wt %, Cr 0. 40-0. 60wt %, Al 0. 02-0. 06wt %, Ti 0. 010-0. 030wt %, B 0. 0010-0. 0030wt %, P ^ 0. 015wt %,S ^ 0. 005wt%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)； 按照上述的成分制造鋼還，將鋼還加熱到1050 1250°C,控制軋制成規(guī)定厚度,車L后空冷至室溫；然后進行亞溫淬火加熱溫度810-850°C,保溫系數(shù)I. 6-1. 8min/mm,出爐后水淬至室溫；進一步采用四種回火工藝，具體如下 回火工藝(I):加熱溫度670-700°C，保溫系數(shù)2. Omin/mm，獲得的鋼板性能滿足6_60mmQ460級別O—-40°C沖擊力學(xué)性能要求； 回火工藝(2):加熱溫度630-660°C，保溫系數(shù)2. Omin/mm ;獲得的鋼板性能滿足6_60mmQ550級別O—-40°C沖擊力學(xué)性能要求； 回火工藝(3):加熱溫度590-620°C，保溫系數(shù)2. 2min/mm ;獲得的鋼板性能滿足6_60mmQ620級別O—-40°C沖擊力學(xué)性能要求； 回火工藝(4):加熱溫度540-580°C，保溫系數(shù)2. 5min/mm ;獲得的鋼板性能滿足6_60mmQ690級別O—-40°C沖擊力學(xué)性能要求。
全文摘要
一種高強度調(diào)質(zhì)鋼板低成本制造方法，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。該制造方法的成分設(shè)計在傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)高強鋼板的基礎(chǔ)上，取消了Ni、Mo、Cu、Nb、V等貴重合金元素，大大節(jié)約了貴重合金化元素，合金成本大幅降低，成本優(yōu)勢顯著提升，經(jīng)濟效益明顯。該成分設(shè)計可以結(jié)合四種不同的回火工藝，分別生產(chǎn)出滿足了6-60mm、600-800MPa強度級高強鋼的性能要求的產(chǎn)品。工藝窗口寬，工藝適應(yīng)性廣，實現(xiàn)了一鋼多級柔性制造。
文檔編號C22C38/38GK102787275SQ20121031130
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者侯東華, 周瑞, 孫衛(wèi)華, 李敏, 李梅廣, 王南輝, 王煥洋, 肖豐強, 胡淑娥 申請人:濟鋼集團有限公司