一种高强度微合金低碳贝氏体钢及其生产方法

摘要

本发明公开了一种高强度微合金低碳贝氏体钢及其生产方法，其主要化学成分质量百分比为：碳＝0.03～0.08，硅＝0.20～0.35，锰＝1.50～1.60，磷≤0.015，硫≤0.005，铌＝0.04～0.06，钛＝0.008～0.02，铝＝0.02～0.05，镍＝0.10～0.15，铬＝0.20～0.35，钼＝0.10～0.15，硼＝0.0008～0.002，钒＝0.02～0.04。生产工艺流程为：原料准备(1)、转炉冶炼(2)、LF精炼(3)、VD真空脱气(4)、连铸(5)、加热炉加热(6)、粗轧(7)、精轧(8)、ACC控冷(9)、回火处理(10)和成品入库(11)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种微合金低碳贝氏体钢及其生产方法，特别是涉及一种具有良好焊接性能的高强韧性的高强度微合金低碳贝氏体钢及其生产方法。

背景技术

高强度微合金低碳贝氏体钢是一个高技术含量、高附加值的新钢种，它除有较高的屈服强度、抗拉强度外，还有良好的延伸性能、冷弯性能、焊接性能和抗冲击性能，主要应用在煤机行业、工程机械行业和钢构行业。在实际应用中，高强度微合金低碳贝氏体钢与其他钢比；可减少钢材的使用量，提高钢材使用寿命，节约资源，故被世界冶金行业誉为21世纪绿色环保钢种。

以前生产高强度钢板绝大部分采用传统淬火加回火的调质工艺，采用调质工艺不仅增加了生产成本，而且严重地污染了环境，制约了产品质量的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种屈服强度≥570Mpa，抗拉强度≥690Mpa，低温冲击韧性-20℃，Akv≥120J，具有强度高、韧性好、优良的低温韧性、优秀的加工性能及优良的焊接性能的高强度结构用微合金低碳贝氏体钢及其生产方法。

本发明通过下述技术方案予以实现：

高强度微合金低碳贝氏体钢：包括合金元素的质量百分比为：碳≡0.03～0.08，硅≡0.20～0.35，锰≡1.50～1.60，磷≤0.015，硫≤0.005，铌，钛＝0.008～0.02，铝＝0.02～0.05，镍＝0.10～0.15，铬，钼，钒、铁余量和不可避免的杂质，合金元素的质量百分比中加入硼＝0.0008～0.002，而且铌＝0.04～0.06，铬＝0.20～0.35，钼＝0.10～0.15，钒＝0.02～0.04。

高强度微合金低碳贝氏体钢的生产方法：包括原料准备至成品入库，在原料准备和成品入库之间的工艺流程为：转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气、连铸、加热炉加热、粗轧、精轧、ACC控冷和回火处理。

所述LF精炼的工艺方法：精炼温度＝1500～1650℃；化学成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35分钟，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2≤5.0。所述VD真空脱气的工艺方法：在0.5tor的工作真空度条件下，保持真空时间15分钟以上；对钢水进行脱氮、氢、氧处理，出站钢水中氮含量≤45PPm，氢含量≤2.5PPm，氧含量≤30PPm。所述加热炉加热的工艺方法：加热温度在1190℃～1250℃之间，220mm厚度板坯要求加热时间≥3小时30分钟，均热时间≥30分钟，260mm厚度板坯要求加热时间≥4小时，均热时间≥40分钟所述ACC控冷的工艺方法：冷却速度8～15℃/S，终冷温度450～550℃。所述回火处理的工艺方法：回火温度500～600℃，在炉保温时间＝50～110分钟。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：在不改变现有的生产条件的前提下，通过优化合金成分设计方案，采用控轧控冷加回火的工艺方法取代传统的调质工艺，简化了生产环节，降低了生产成本，节约了能源、减少了环境污染。本方法适用于生产高强度微合金低碳贝氏体钢钢材。

附图说明

附图为本发明一实施例的工艺流程图。

图中：1-原料准备，2-转炉冶炼，3-LF精炼，4-VD真空脱气，5-连铸，6-加热炉加热，7-粗轧，8-精轧，9-ACC控冷，10-回火处理，11-成品入库。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

以生产牌号为Q550D高强度结构用微合金低碳贝氏体钢为例。

本发明包括合金元素、铁余量和不可避免的杂质，合金元素的化学成分质量百分比为：碳＝0.03～0.08，硅＝0.20～0.35，锰＝1.50～1.60，磷≤0.015，硫≤0.005，铌＝0.04～0.06，钛＝0.008～0.02，铝＝0.02～0.05，镍＝0.10～0.15，铬＝0.20～0.35，钼＝0.10～0.15，硼＝0.0008～0.002，钒＝0.02～0.04。

参照附图：

本发明的工艺流程为：原料准备1、转炉冶炼2、LF精炼3、VD真空脱气4、连铸5、加热炉加热6、粗轧7、精轧8、ACC控冷9、回火处理10和成品入库11。

所述原料准备1的工艺方法：常规操作。

所述转炉冶炼2的工艺方法：转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为85～95％∶5～15％；然后加入硅锰合金：Si≥17.0％、Mn≥65.0％、S≤0.04％、P≤0.25％、C≤1.8％，铁余量；中碳锰铁合金：Si≤1.5％、Mn≥78.0％、S≤0.03％、P≤0.20％、C≤1.5％，铁余量；低碳铬铁合金：Cr≥52.0％、C≤0.50％、Si≤3.0％、P≤0.06％S≤0.05％，铁余量；铌铁合金：Nb≥63.0％、Al≤3.0％、Si≤3.0％、C≤0.20％、P≤0.20％、S≤0.10％、铁余量；钼铁：：55.0％≤Mo≤65.0％、Si≤1.5％、S≤0.10％、P≤0.05％、C≤0.10％、Cu≤0.50％、Sb≤0.05％、Sn≤0.06％，铁余量；镍板：镍99.9％～100％，杂质余量；钒铁：V≥50.0％、C≤0.75％、Si≤2.5％、P≤0.10％、S≤0.05％、Al≤0.8％、Mn≤0.50％；硼铁：14.0％≤B≤19.0％、Si≤4.0％、P≤0.10％、S≤0.91％、C≤0.1％、Al≤6.0％；硅铝钡：Si≥35.00％、Al≥12.00％、Ba≥18.00％、Al+Ba≥30.00％、P≤0.05％、S≤0.10％；硅钙钡：Si≥50.0％、Ba＞13.5％、Ca＞12.5％、Ba+Ca≥28.0％、P≤0.10％、S≤0.15％，铝铁：Al≥70.0％，铁余量。

所述LF炉精炼3的工艺方法：精炼温度：1500～1650℃；成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35分钟，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2＜5.0；对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求。

所述VD炉真空脱气4的工艺方法：在0.5tor的真空下，保持真空时间15分钟以上；对钢水进行脱氮、氢、氧处理，使出站钢水氮含量≤45PPm，氢含量≤2.5PPm，氧含量≤30PPm，大幅度提高钢水纯净度。

所述连铸5的工艺方法：采用全程保护浇注，在1520～1550℃进行连铸。

所述加热炉加热6的工艺方法：加热温度在1190～1250℃之间，220mm厚度板坯要求加热时间≥3小时30分钟，均热时间≥30分钟，260mm厚度板坯要求加热时间≥4小时，均热时间≥40分钟

所述粗轧7的工艺方法：开轧温度≥1000℃，保证有连续2道次压下率≥15％。

所述精轧8的工艺方法：每道次压下率≥10％，精轧终轧温度800～850℃。

所述ACC控冷9的工艺方法：冷却速度＝8～15℃/S，终冷温度450～550℃。

所述回火处理10的工艺方法：回火温度500～600℃，在炉保温时间＝50～110分钟。

所述成品入库11的工艺方法：常规操作。

实施例1：

转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为：85％～95％比5％～15％；然后加入硅锰合金：Si≥17.0％、Mn≥65.0％、S≤0.04％、P≤0.25％、C≤1.8％，铁余量；中碳锰铁合金：Si≤1.5％、Mn≥78.0％、S≤0.03％、P≤0.20％、C≤1.5％，铁余量：低碳铬铁合金：Cr≥52.0％、C≤0.50％、Si≤3.0％、P≤0.06％、S≤0.05％，铁余量；铌铁合金：Nb≥63.0％、Al≤3.0％、Si≤3.0％、C≤0.20％、P≤0.20％、S≤0.10％、铁余量；钼铁：：55.0％≤Mo≤65.0％、Si≤1.5％、S≤0.10％、P≤0.05％、C≤0.10％、Cu≤0.50％、Sb≤0.05％、Sn≤0.06％，铁余量；镍板：镍99.9％～100％，杂质余量；钒铁：V≥50.0％、C≤0.75％、Si≤2.5％、P≤0.10％、S≤0.05％、Al≤0.8％、Mn≤0.50％；硼铁：14.0％≤B≤19.0％、Si≤4.0％、P≤0.10％、S≤0.01％、C≤0.1％、Al≤6.0％；硅铝钡：Si≥35.00％、Al≥12.00％、Ba≥18.00％、Al+Ba≥30.00％、P≤0.05％、S≤0.10％；硅钙钡：Si≥50.0％、Ba＞13.5％、Ca＞12.5％、Ba+Ca≥28.0％、P≤0.10％、S≤0.15％，铝铁：Al≥70.0％，铁余量。然后经过LF炉精炼，精炼温度：1500～1650℃；成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35分钟，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2：3.0；对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求；VD炉真空脱气处理：在0.5tor的真空下，保持真空时间20～25分钟之间，使出站钢水氢含量≤1.5PPm；在1520～1550℃进行连铸，铸成260mm×2100mm、260mm×2280mm板坯。

加热炉加热温度在1190～1250℃之间；粗轧开轧温度≥1000℃，有连续3道次压下率≥15％；精轧每道次压下率≥11％，精轧终轧温度800～820℃。ACC冷却速度8～10℃/S，终冷温度500～550℃。回火温度＝520～550℃，在炉保温时间＝50～110分钟。

采用实施例1的工艺方法生产的高强度结构用微合金低碳贝氏体钢Q550D，具有细小均匀贝氏体内部金相组织，晶粒度控制在10级以上，组织晶粒度差异控制在1.5级以内，力学性能均匀，力学性能达到如下指标：有屈服强度580Mpa，抗拉强度700Mpa，低温冲击韧性-20℃，Akv160J的性能。

实施例2：

转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为：85～95％∶5～15％；然后加入硅锰合金：Si≥17.0％、Mn≥65.0％、S≤0.04％、P≤0.25％、C≤1.8％，铁余量；中碳锰铁合金：Si≤1.5％、Mn≥78.0％、S≤0.03％、P≤0.20％、C≤1.5％，铁余量；低碳铬铁合金：Cr≥52.0％、C≤0.50％、Si≤3.0％、P≤0.06％、S≤0.05％，铁余量；铌铁合金：Nb≥63.0％、Al≤3.0％、Si≤3.0％、C≤0.20％、P≤0.20％、S≤0.10％、铁余量；钼铁：：55.0％≤Mo≤65.0％、Si≤1.5％、S≤0.10％、P≤0.05％、C≤0.10％、Cu≤0.50％、Sb≤0.05％、Sn≤0.06％，铁余量；镍板：镍99.9～100％，杂质余量；钒铁：V≥50.0％、C≤0.75％、Si≤2.5％、P≤0.10％、S≤0.05％、Al≤0.8％、Mn≤0.50％；硼铁：14.0％≤B≤19.0％、Si≤4.0％、P≤0.10％、S≤0.01％、C≤0.1％、Al≤6.0％；硅铝钡：Si≥35.00％、Al≥12.00％、Ba≥18.00％、Al+Ba≥30.00％、P≤0.05％、S≤0.10％；硅钙钡：Si≥50.0％、Ba＞13.5％、Ca＞12.5％、Ba+Ca≥28.0％、P≤0.10％、S≤0.15％，铝铁：Al≥70.0％，铁余量。然后经过LF炉精炼，精炼温度：1500～1650℃；成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35分钟，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2：4.0；对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求；VD炉真空脱气处理：在0.5tor的真空下，保持真空时间15～22分钟之间，使出站钢水氢含量≤2.0PPm；在1520～1550℃进行连铸，铸成260mm×2100mm、260mm×2280mm板坯。

加热炉加热温度在1190～1250℃之间；粗轧开轧温度≥1000℃，有连续2道次压下率≥15％；精轧每道次压下率≥10％，精轧终轧温度820～840℃。ACC冷却速度1-15℃/S，终冷温度450～500℃。回火温度＝550～580℃，在炉保温时间＝50～110分钟。

采用实施例2的工艺方法生产的高强度结构用微合金低碳贝氏体钢Q550D，具有细小均匀贝氏体内部金相组织，晶粒度控制在11级以上，组织晶粒度差异控制在1.5级以内，力学性能均匀，力学性能达到如下指标：有屈服强度590Mpa，抗拉强度710Mpa，低温冲击韧性-20℃，Akv140J的性能。

用上述方法生产的高强度结构用微合金低碳贝氏体钢，具有强度高、韧性好、优良的低温韧性、优秀的加工性能及优良的焊接性能，能够满足煤机行业、工程机械行业和钢构行业用钢的要求。