抗拉强度1500MPa级马氏体热轧宽带钢及其生产方法

摘要

本发明涉及抗拉强度1500MPa级马氏体热轧宽带钢及其生产方法，其化学组分及重量百分比含量为：C：0.13～0.17%，Si：0.40～0.60%，Mn：1.30～1.60%，P≤0.025%，S≤0.020%，Nb：0.020～0.050%，Ti：0.02～0.05%，B：0.0010～0.0030%，Als：0.010～0.060%，N≤0.005%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。生产方法为：按照设定成分冶炼钢水，钢水经连铸工序得到板坯；将板坯加热至1240～1300℃，经过高压水除鳞、控制轧制、控制冷却、卷取工序得到热轧宽带钢。本发明所生产的热轧卷板屈服强度＞1000MPa，抗拉强度＞1500MPa，延伸率≥10%；用于挖掘机剪刃热轧卷板，省略淬火工序，节约生产成本。

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及抗拉强度1500MPa级马氏体热轧宽带钢及其生产方法。

背景技术

耐磨钢作为一种专用钢大约始于十九世纪后半叶，目前行业内所生产挖掘机铲刃用钢属耐磨钢领域，为能达到具有较高强度及塑性，在冶炼过程中要求得到马氏体组织，因此行业内对热轧原料均采用淬火加回火的调质热处理方式来加以获得。

如热轧来料组织为马氏体组织，将免除淬火工序，极大的节省了加工时间及加工费用，将是挖掘机剪刃生产厂家热切盼望的。但由于热轧生产工艺特点，各轧制参数在一定范围内波动，导致对成品微观组织控制难度加大，且其轧制完成后层流冷却阶段，暨决定最终成品的微观组织阶段停留时间较短，因此轧制过程中找到最佳工艺控制参数，将是本发明的重点内容。

发明内容                                            

本发明的目的在于免除挖掘机铲刃生产过程中一道热处理淬火工艺，通过控轧轧制及控制冷却工艺，提供一种抗拉强度1500MPa级马氏体热轧宽带钢及其生产方法。

本发明的目的之一是提供一种抗拉强度1500MPa级马氏体热轧宽带钢，所述马氏体热轧宽带钢化学组分及重量百分比含量为：C：0.13～0.17%，Si：0.40～0.60%，Mn：1.30～1.60%，P≤0.025%，S≤0.020%，Nb：0.020～0.050%，Ti：0.02～0.05%，B：0.0010～0.0030%，Als：0.010～0.060%，N≤0.005%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

本发明的另一目的在于提供一种上述抗拉强度1500MPa级马氏体热轧宽带钢的生产方法，包括下述步骤：

1）按照质量百分比为：C：0.13～0.17%，Si：0.40～0.60%，Mn：1.30～1.60%，P≤0.025%，S≤0.020%，Nb：0.020～0.050%，Ti：0.02～0.05%，B：0.0010～0.0030%，Als：0.010～0.060%，N≤0.005%，余量为Fe及不可避免杂质的设定成分冶炼钢水，钢水经RH真空脱气、连铸工序得到板坯；

2）将板坯加热至1240～1300℃，经过高压水除鳞、控制轧制、控制冷却、卷取工序得到热轧宽带钢；所述控制轧制工序包括粗轧、热卷箱卷取、精轧。

本发明所述粗轧经5道轧制后，出口温度为1080～1140℃。

本发明所述精轧采用7架轧机轧制，入口温度1050～1110℃，出口温度为880～920℃。

本发明所述控制冷却包括控制冷却速度及卷取温度，层流冷却速度60～80℃/S，卷取温度100～200℃。

本发明所述高压水除鳞压力18～22MPa。

本发明的设计思路如下：

各合金元素的作用及机理：

C: C是强化作用非常好且廉价的固溶强化元素，根据本钢种的应用情况，主要用作挖掘机铲刃，一般采用焊接加工成型，因此要求材料在满足强度要求的同时，具有良好的耐磨性能及焊接性能，如果其含量小于0.12％，则不能满足材料强度的要求；如果其含量大于0.20％，则不能满足材料的良好焊接性能。所以，将其含量限定在0.13～0.17％范围。

Si: Si能提高钢的淬透性，有减少奥氏体向马氏体转变时体积变化的作用，从而有效控制淬火裂纹的产生；在低温回火时能阻碍碳的扩散，延缓马氏体分解及碳化物聚集长大的速度，使钢在回火时硬度下降较慢，显著提高钢的回火稳定性及强度。所以，将其含量限定在0.40～0.60%范围。

Mn: Mn是提高强度和韧性最有效的元素。如果其含量小于0.80％，则不能满足材料强度要求；但是添加多量的锰，会对产品的成分偏析产生不利影响。鉴于此，将其上限定为1.60％，所以，将其含量限定在1.30～1.60％范围。

P：为了避免材料的焊接性能、冲压成形性能、韧性、二次加工性能发生恶化，设定其含量上限为0.025％。

S：S是非常有害的元素。钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的冲击韧性是十分不利的，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。基于对钢板冲压成形工艺和制造成本的考虑，拟将钢中硫含量控制在0.020％以下。

Nb、Ti：有效细化晶粒、提高强度和韧性的元素，以碳化物和碳氮化物的形式存在于钢中。Nb可明显提高奥氏体未再结晶温度，对细化晶粒有强烈的作用。Ti是碳化物形成元素，对提高钢的强度有明显的作用，本发明尽量控制Nb含量为0.020～0.050%、Ti含量为0.02～0.05%。

B：钢中加入微量B便可显著提高钢的淬透性能，同时钢中形成的碳硼化合物提高有利于提高其塑韧性。但硼含量超过一定量时，组织中产生硼相，降低材料的塑韧性，B含量为0.0010～0.0030%。

Als: Al是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。Al还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。但Al超过一定量时将影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能，因此，Als含量为0.010～0.060%。

N: N在钢中以氮化物或碳氮化物的形式存在，尤其是易与钢中钛形成氮化钛，对钢的塑性及疲劳性能产生不利影响，为此在本发明中，N含量控制≤0.005%。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明所生产的热轧宽带钢屈服强度＞1000MPa，抗拉强度＞1500 MPa，延伸率≥10%，组织为马氏体加微量的铁素体及贝氏体；2、本发明所生产的马氏体组织抗拉强度1500MPa级用于挖掘机剪刃热轧卷板，为下一步调质热处理，省略一步淬火加工工序，简化了加工步骤，极大节省了加工时间及加工费用。

附图说明

图1为本发明所生产宽带钢的显微组织。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

抗拉强度1500MPa级马氏体热轧宽带钢，化学组分及重量百分比含量为：C：0.14%，Si：0.46%，Mn：1.35%，P：0.011%，S：0.003%，Nb：0.020%，Ti：0.03%，B：0.0012%，Als：0.017%，N：0.0036%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

生产方法包括下述步骤：

1）按照上述设定成分冶炼钢水，钢水经RH真空脱气、连铸工序得到板坯；

2）将板坯加热至1265℃，经过压力19MPa高压水除鳞，粗轧经5道轧制后，出口温度为1105℃，经热卷箱卷取，精轧采用7架轧机轧制，精轧入口温度1075℃，出口温度为890℃；以冷速为75℃/S进行层流冷却，153℃卷取得到热轧宽带钢。

实施例2

抗拉强度1500MPa级马氏体热轧宽带钢，化学组分及重量百分比含量为：C：0.17%，Si：0.54%，Mn：1.53%，P：0.009%，S：0.003%，Nb：0.034%，Ti：0.048%，B：0.0029%，Als：0.031%，N：0.0044%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

生产方法包括下述步骤：

1）按照上述设定成分冶炼钢水，钢水经RH真空脱气、连铸工序得到板坯；

2）将板坯加热至1293℃，经过压力19MPa高压水除鳞，粗轧经5道轧制后，出口温度为1133℃，经热卷箱卷取，精轧采用7架轧机轧制，精轧入口温度1100℃，出口温度为916℃；速度77℃/S进行层流冷却，140℃卷取得到热轧宽带钢。

实施例3

抗拉强度1500MPa级马氏体热轧宽带钢，化学组分及重量百分比含量为：C：0.15%，Si：0.45%，Mn：1.41%，P：0.007%，S：0.004%，Nb：0.031%，Ti：0.040%，B：0.0020%，Als：0.021%，N：0.0032%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

生产方法包括下述步骤：

1）按照上述设定成分冶炼钢水，钢水经RH真空脱气、连铸工序得到板坯；

2）将板坯加热至1282℃，经过压力18MPa高压水除鳞，粗轧经5道轧制后，出口温度为1122℃，经热卷箱卷取，精轧采用7架轧机轧制，精轧入口温度1092℃，出口温度为902℃；速度70℃/S进行层流冷却，190℃卷取得到热轧宽带钢。

实施例4

抗拉强度1500MPa级马氏体热轧宽带钢，化学组分及重量百分比含量为：C：0.13%，Si：0.40%，Mn：1.30%，P：0.025%，S：0.020%，Nb：0.020%，Ti：0.02%，B：0.0010%，Als：0.010%，N：0.005%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

生产方法包括下述步骤：

1）按照上述设定成分冶炼钢水，钢水经RH真空脱气、连铸工序得到板坯；

2）将板坯加热至1240℃，经过压力20MPa高压水除鳞，粗轧经5道轧制后，出口温度为1080℃，经热卷箱卷取，精轧采用7架轧机轧制，精轧入口温度1050℃，出口温度为880℃；速度60℃/S进行层流冷却，100℃卷取得到热轧宽带钢。

实施例5

抗拉强度1500MPa级马氏体热轧宽带钢，化学组分及重量百分比含量为：C：0.17%，Si：0.60%，Mn：1.60%，P：0.025%，S：0.020%，Nb：0.050%，Ti：0.05%，B：0.0030%，Als：0.060%，N：0.0050%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

生产方法包括下述步骤：

1）按照上述设定成分冶炼钢水，钢水经RH真空脱气、连铸工序得到板坯；

2）将板坯加热至1290℃，经过压力22MPa高压水除鳞，粗轧经5道轧制后，出口温度为1130℃，经热卷箱卷取，精轧采用7架轧机轧制，精轧入口温度1100℃，出口温度为920℃；速度80℃/S进行层流冷却，200℃卷取得到热轧宽带钢。

附图1为本发明生产的抗拉强度1500MPa级马氏体热轧宽带钢的显微组织图，马氏体含量大于90%，余量为铁素体加贝氏体小于10%。

对本申请中实施例1-5进行力学性能检测，结果如表1所示。实例1～5所生产马氏体组织热轧卷板屈服强度1096～1210MPa，抗拉强度1530～1705MPa，延伸率10.5～13%，具有良好的力学强度及塑性匹配。

表1 实例1～5对应热轧卷板力学性能