一种厚规格低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板的生产方法专利检索-机床其他类目中不包括的金属加工专利检索查询-专利查询网

一种厚规格低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板的生产方法
申请号	CN202311513917.7	申请日	2023-11-14	公开(公告)号	CN117737368A	公开(公告)日	2024-03-22
申请人	包头钢铁(集团)有限责任公司;			发明人	薛越; 张军; 孙长玉; 李浩; 柳婕; 张帅; 隋鑫; 贺俊霞;
摘要	本发明公开了一种厚规格低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板的生产方法，成分为：C：0.15‑0.17％、Si：0.20‑0.35％、Mn：1.30‑1.50％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Nb：0.020‑0.030％、T i：0.01‑0.02％、Al s：0.25‑0.40％、B：0.0008‑0.0015％、H≤2.0ppm；O≤0.0040％、N：≤0.0050％、Ce：0.0003‑0.003％、Pcm：≤0.35％；生产工艺流程为脱硫扒渣→转炉冶炼 →LF精炼→RH精炼→ 连铸 →加热→ 轧制 →冷却→热矫→剪切→淬火→回火。本发明的目的是提高焊接性能，同时具有优异的力学性能。
权利要求	1.一种厚规格低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板的生产方法，其特征在于：所述钢板包含的质量百分比的化学成分为：C：0.15‑0.17％、Si：0.20‑0.35％、Mn：1.30‑1.50％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Nb：0.020‑0.030％、Ti：0.01‑0.02％、Als：0.25‑0.40％、B： 0.0008‑0.0015％、H≤2.0ppm；O≤0.0040％、N：≤0.0050％、Ce：0.0003‑0.003％、Pcm：≤ 0.35％；其余为铁和不可避免杂质；生产工艺流程为脱硫扒渣→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→加热→轧制→冷却→热矫→剪切→淬火→回火；其中： 1)、为保证一定的压缩比板坯质量，选用300mm厚的连铸坯,铸坯中心偏析不大于B1.0，中心疏松不大于2.5级，中间裂纹不大于1.0级； 2)、转炉出钢温度1560‑1620℃，采用单渣工艺冶炼，采用低碳锰铁和硅铝铁合金脱氧合金化，转炉渣层厚度小于50mm，出钢时保证钢包为红热周转钢包，出钢前开底吹氩气进行吹扫； 3)、精炼精准控制成分，白灰加入量≥5kg/吨钢，精炼过程必须蘸渣样，保证快速成白渣，并使白渣保持一定时间； 4)钢水进行RH炉处理，RH 真空处理时间不少于20分钟，纯脱气时间不少于5分钟，最小真空度260Pa，离位氢含量小于等于2.0ppm； 5)、连铸坯的厚度为300mm，钢水浇铸时过热度控制在15‑30℃，长水口吹氩压力≥ 0.1Mpa，中间包浸入式水口板间吹氩备压表流量达到6‑10L/min,备压表压力0.1‑0.4Bar；铸坯需要下线缓冷，缓冷时间大于48小时； 6)、板坯加热时采用三段式加热的步进式加热炉，第一加热段的加热温度1100‑1150℃，加热时间60‑80分钟；第二加热段的加热温度1200‑1280℃，加热时间80‑95min；均热温度1230‑1300℃，加热时间≥25min，总加热时间不少于190min；板坯出炉温度1210‑1250℃； 7)、轧制及冷却工艺：板坯加热好之后进行两阶段控制轧制，第一阶段轧制在粗轧机上完成，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1130‑1200℃，第一阶段轧制时设定扭矩为2400kNm，设定压下量为32mm，轧制速度为2.1‑3.4m/s，高温延伸阶段的单道次压下率不小于18％；第二阶段轧制在精轧机上完成，第二阶段开轧温度为870‑920℃，第二阶段的开轧厚度为50‑125mm，第二阶段终轧温度为810‑860℃，第二阶段轧制时设定扭矩为 2200kNm、设定轧制力为85MN、设定压下量为20mm，末道次压下率5％‑10％，以保证板形；钢板轧完后进行层流冷却，ACC水温为17‑20℃，冷却速度为14‑16℃/s，终冷温度为615‑665℃，一般头部遮蔽0‑2.0m，尾部遮蔽0‑2.5m，边部遮挡0‑2.0m，控制钢板返红后整体温度差≤50℃； 8)、热处理工艺：钢板淬火前需要抛丸处理，淬火保温温度860‑900℃，淬火保温时间大于10分钟，采用水冷；回火保温温度490‑560℃，回火保温时间大于40分钟，空气冷却；所述低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板焊接裂纹敏感性指数Pcm修订如下： Pcm(％)＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B‑120Ce。 2.根据权利要求1所述的厚规格低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板的生产方法，其特征在于：所述钢板包含的质量百分比的化学成分为：C：0.15％、Si：0.25％、Mn：1.40％、P：0.016％、S：0.006％、Als：0.30％、Nb：0.025％、Ti：0.015％、B：0.0012％、H:1.2ppm；O： 0.0028％、N：0.0040％、Ce：0.0004％、Pcm：0.19％；余量为Fe和不可避免的杂质。 3.根据权利要求1所述的厚规格低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板的生产方法，其特征在于：所述钢板包含的质量百分比的化学成分为：C：0.16％、Si：0.30％、Mn：1.40％、P：0.011％、S：0.003％、Als：0.027％、Nb：0.025％、Ti：0.020％、B：0.0013％、H：1.5ppm、O: 0.0025％、N：0.0038％、Ce：0.0003％、Pcm：0.21％；余量为Fe和不可避免的杂质。 4.根据权利要求1所述的厚规格低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板的生产方法，其特征在于：所述钢板包含的质量百分比的化学成分为：C：0.17％、Si：0.32％、Mn：1.45％、P：0.008％、S：0.002％、Als：0.035％、Nb：0.027％、Ti：0.014％、B：0.0009％、H：1.0ppm、O: 0.0020％、N：0.0031％、Ce：0.0005％、Pcm：0.20％；余量为Fe和不可避免的杂质。 5.根据权利要求1所述的厚规格低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板的生产方法，其特征在于：所述钢板的金相组织为马氏体+贝氏体+铁素体。
说明书全文	一种厚规格低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板的生产方法技术领域 [0001] 本发明涉及热轧技术领域，尤其涉及一种厚规格低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板的生产方法。背景技术 [0002] 工程机械是机械工业重要的组成部分，也是机械工业领域发展最迅速的行业。工程机械广泛地应用于国民经济的各个部门，其中主要有交通运输、能源、原材料、农用水利、城乡建设等六大领域。随着全球范围内的技术革新和工业进步，工程机械向着大型化、轻量化、高效化发展，对工程机械用钢的强度、低温韧性、抗疲劳性能、耐腐蚀性能、冷成型性能以及可焊接性能等提出了更高的要求。 [0003] 本发明要解决低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板Q550D的生产方法，采用微合金化成分控制，加入稀土元素，对轧制及冷却工艺进行精准控制，钢板性能优良且稳定，特别是厚规格钢板性能及焊接性满足用户的高标准要求，同时通过大量实验，提出稀土工程机械接用钢裂纹敏感系数计算公式，为用户使用提供依据。 [0004] 专利“一种低成本Q550D钢板及其制造方法”提供了一种TMCP+回火工艺钢板生产方法，厚规格受冷却设备影响，冷却不均匀，性能稳定性差，合金元素加入较多，成本较高。本专利采用调质工艺，厚规格性能稳定，与文献对比合金成本低，加入稀土元素，降低焊接敏感性，提升用户使用性能。 [0005] 专利“薄规格高强度调质钢Q550D生产实践”，提供了一种10‑30mm规格Q550D的生产方法，采用调质工艺。本方法针对厚规格60‑80mm的钢板，成分设计不同，C成分设计不同。成分设计添加细化晶粒元素Nb元素，焊接性及Z向性能更加优良。 [0006] 专利“一种低延迟裂纹敏感性在线淬火Q550D钢板的生产方法”，提供了一种10‑55mm规格Q550D的生产方法，采用调质在线淬火工艺，在线淬火由于冷却强度较大，板形变化剧烈，钢板易产生裂纹，造成质量隐患。本方法针对厚规格60‑80mm的钢板，合金成本低，采用调质工艺，性能更加稳定。 [0007] 随着钢板强度的提高，其焊接性能显著下降，焊接裂纹敏感性增加。特别是随着焊接线能量的提高，传统低合金高强钢的焊接热影响区性能恶化。一般高强板需要进行焊接加工后使用，目前，通过大线能量焊接提高焊接效率、降低焊接成本，成为了工程机械制造领域的热点趋势。为了改善厚板焊接热影响区性能，稀土工程机械用钢板利用炼钢过程中生成的细小、弥散分布、成分可控的氧化物夹杂改变钢的组织和晶粒度，提高钢材的焊接性能。稀土氧化物推迟了焊接过程中的贝氏体转变，抑制上贝氏体组织的生成，另一方面细小的稀土氧化夹杂抑制了奥氏体晶粒长大。此外，前期针对不同稀土、氧和硫含量对钢中夹杂物的影响以及稀土夹杂物对奥氏体晶界作用的研究表明，相比与稀土氧化物、稀土铝酸盐和稀土氧硫化物夹杂，控制钢中稀土硫化物的生成更有利于改善焊接热影响区韧性发明内容 [0008] 本发明的目的是提供一种厚规格低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板的生产方法，提高焊接性能，同时具有优异的力学性能。 [0009] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： [0010] 本发明一种厚规格低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板的生产方法，所述钢板包含的质量百分比的化学成分为：C：0.15‑0.17％、S i：0.20‑0.35％、Mn：1.30‑1.50％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Nb：0.020‑0.030％、Ti：0.01‑0.02％、Al s：0.25‑0.40％、B： 0.0008‑0.0015％、H≤2.0ppm；O≤0.0040％、N：≤0.0050％、Ce：0.0003‑0.003％、Pcm：≤ 0.35％；其余为铁和不可避免杂质；生产工艺流程为脱硫扒渣→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→加热→轧制→冷却→热矫→剪切→淬火→回火；其中： [0011] 1)、为保证一定的压缩比板坯质量，选用300mm厚的连铸坯,铸坯中心偏析不大于B1.0，中心疏松不大于2.5级，中间裂纹不大于1.0级； [0012] 2)、转炉出钢温度1560‑1620℃，采用单渣工艺冶炼，采用低碳锰铁和硅铝铁合金脱氧合金化，转炉渣层厚度小于50mm，出钢时保证钢包为红热周转钢包，出钢前开底吹氩气进行吹扫； [0013] 3)、精炼精准控制成分，白灰加入量≥5kg/吨钢，精炼过程必须蘸渣样，保证快速成白渣，并使白渣保持一定时间； [0014] 4)钢水进行RH炉处理，RH 真空处理时间不少于20分钟，纯脱气时间不少于5分钟，最小真空度260Pa，离位氢含量小于等于2.0ppm； [0015] 5)、连铸坯的厚度为300mm，钢水浇铸时过热度控制在15‑30℃，长水口吹氩压力≥0.1Mpa，中间包浸入式水口板间吹氩备压表流量达到6‑10L/min,备压表压力0.1‑0.4Bar；铸坯需要下线缓冷，缓冷时间大于48小时； [0016] 6)、板坯加热时采用三段式加热的步进式加热炉，第一加热段的加热温度1100‑1150℃，加热时间60‑80分钟；第二加热段的加热温度1200‑1280℃，加热时间80‑95min；均热温度1230‑1300℃，加热时间≥25min，总加热时间不少于190min；板坯出炉温度1210‑ 1250℃； [0017] 7)、轧制及冷却工艺：板坯加热好之后进行两阶段控制轧制，第一阶段轧制在粗轧机上完成，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1130‑1200℃，第一阶段轧制时设定扭矩为2400kNm，设定压下量为32mm，轧制速度为2.1‑3.4m/s，高温延伸阶段的单道次压下率不小于18％；第二阶段轧制在精轧机上完成，第二阶段开轧温度为870‑920℃，第二阶段的开轧厚度为50‑125mm，第二阶段终轧温度为810‑860℃，第二阶段轧制时设定扭矩为2200kNm、设定轧制力为85MN、设定压下量为20mm，末道次压下率5％‑10％，以保证板形；钢板轧完后进行层流冷却，ACC水温为17‑20℃，冷却速度为14‑16℃/s，终冷温度为615‑665℃，一般头部遮蔽0‑2.0m，尾部遮蔽0‑2.5m，边部遮挡0‑2.0m，控制钢板返红后整体温度差≤50℃； [0018] 8)、热处理工艺：钢板淬火前需要抛丸处理，淬火保温温度860‑900℃，淬火保温时间大于10分钟，采用水冷；回火保温温度490‑560℃，回火保温时间大于40分钟，空气冷却； [0019] 所述低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板焊接裂纹敏感性指数Pcm修订如下： [0020] Pcm(％)＝C+S i/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B‑120Ce。 [0021] 进一步的，所述钢板包含的质量百分比的化学成分为：C：0.15％、Si：0.25％、Mn：1.40％、P：0.016％、S：0.006％、Al s：0.30％、Nb：0.025％、Ti：0.015％、B：0.0012％、H: 1.2ppm；O：0.0028％、N：0.0040％、Ce：0.0004％、Pcm：0.19％；余量为Fe和不可避免的杂质。 [0022] 进一步的，所述钢板包含的质量百分比的化学成分为：C：0.16％、Si：0.30％、Mn：1.40％、P：0.011％、S：0.003％、Al s：0.027％、Nb：0.025％、T i：0.020％、B：0.0013％、H： 1.5ppm、O:0.0025％、N：0.0038％、Ce：0.0003％、Pcm：0.21％；余量为Fe和不可避免的杂质。 [0023] 进一步的，所述钢板包含的质量百分比的化学成分为：C：0.17％、S i：0.32％、Mn：1.45％、P：0.008％、S：0.002％、Al s：0.035％、Nb：0.027％、T i：0.014％、B：0.0009％、H： 1.0ppm、O:0.0020％、N：0.0031％、Ce：0.0005％、Pcm：0.20％；余量为Fe和不可避免的杂质。 [0024] 进一步的，所述钢板的金相组织为马氏体+贝氏体+铁素体。 [0025] 随着钢板强度的提高，其焊接性能显著下降，焊接裂纹敏感性增加。特别是随着焊接线能量的提高，传统低合金高强钢的焊接热影响区性能恶化。一般高强板需要进行焊接加工后使用，目前，通过大线能量焊接提高焊接效率、降低焊接成本，成为了工程机械制造领域的热点趋势。为了改善厚板焊接热影响区性能，稀土工程机械用钢板利用炼钢过程中生成的细小、弥散分布、成分可控的氧化物夹杂改变钢的组织和晶粒度，提高钢材的焊接性能。稀土氧化物推迟了焊接过程中的贝氏体转变，抑制上贝氏体组织的生成，另一方面细小的稀土氧化夹杂抑制了奥氏体晶粒长大。此外，前期针对不同稀土、氧和硫含量对钢中夹杂物的影响以及稀土夹杂物对奥氏体晶界作用的研究表明，相比与稀土氧化物、稀土铝酸盐和稀土氧硫化物夹杂，控制钢中稀土硫化物的生成更有利于改善焊接热影响区韧性。鉴于以上原理，通过大量实验研究提出，低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板焊接裂纹敏感性指数Pcm修订如下： [0026] Pcm(％)＝C+S i/30+(Mn+Cu+Cr)/20+N i/60+Mo/15+V/10+5B‑120Ce。 [0027] 与现有技术相比，本发明的有益技术效果： [0028] 本发明的突出优点是采用C‑Mn成分设计，加入少量的铌、钛、硼和稀土，采用调质工艺，提升了厚规格工程机械用钢板性能稳定性，同时降低了焊接裂纹敏感性，提升了钢板的焊接性能，拓宽工艺设计窗口，提升批量生产效率，稳定批量生产60mm‑80mm高强度工程机械用钢板。经实际生产并检验，其力学性能优异，各实施例的钢板强度符合标准要求，延伸率大于20％，钢板‑20℃冲击功可达140J以上，焊接接裂纹敏感性指数Pcm小于0.22％。附图说明 [0029] 下面结合附图说明对本发明作进一步说明。 [0030] 图1为钢板厚度60mm的Q550D金相200倍照片(厚度1/4处)； [0031] 图2为钢板厚度60mm的Q550D金相500倍照片(厚度1/4处)。具体实施方式 [0032] 以下结合实施例对本发明作进一步的描述。 [0033] 实施例1 [0034] 将冶炼、连铸后的拟轧制的板坯冷装放入加热炉，加热时间为206分钟，均热时间为35分钟。板坯的化学成分的质量百分含量为：C：0.15％、S i：0.25％、Mn：1.40％、P：0.016％、S：0.006％、Al s：0.30％、Nb：0.025％、T i：0.015％、B：0.0012％、H:1.2ppm；O： 0.0028％、N：0.0040％、Ce：0.0004％、Pcm：0.19％；余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为60mm的钢板，详细的轧制工艺见表1，其力学性能见表2。 [0035] 实施例2 [0036] 将冶炼、连铸后的拟轧制的板坯热装放入加热炉，加热时间为194分钟，均热时间为40分钟。板坯的化学成分的质量百分含量为：C：0.16％、S i：0.30％、Mn：1.40％、P：0.011％、S：0.003％、Al s：0.027％、Nb：0.025％、T i：0.020％、B：0.0013％、H：1.5ppm、O: 0.0025％、N：0.0038％、Ce：0.0003％、Pcm：0.21％；余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为70mm的钢板，详细的轧制工艺见表1，其力学性能见表2。 [0037] 实施例3 [0038] 将冶炼、连铸后的拟轧制的板坯热装放入加热炉，加热时间222分钟，均热时间为48分钟。板坯的化学成分的质量百分含量为：C：0.17％、Si：0.32％、Mn：1.45％、P：0.008％、S：0.002％、Al s：0.035％、Nb：0.027％、T i：0.014％、B：0.0009％、H：1.0ppm、O:0.0020％、N：0.0031％、Ce：0.0005％、Pcm：0.20％；余量为Fe和不可避免的杂质。轧制成厚度为80mm的钢板，详细的轧制及热处理工艺见表1，其力学性能见表2。 [0039] 采用该成分及工艺设计生产的调质60‑80mm低焊接裂纹敏感性稀土工程机械用钢板，化学成分及力学性能符合GB/T16270‑2009《高强度结构用调质钢板》国家标准要求，强度适当，屈强比低，延伸率优良，特别是低温冲击性能突出，用户反馈焊接性能优良。 [0040] 表1实施例1‑4的工艺参数 [0041] [0042] [0043] 表2实施例1‑4的力学性能 [0044] [0045] 本发明金相组织为马氏体+贝氏体+铁素体，具体金相照片如图1和2所示。 [0046] 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。

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