高表面质量且具有良好焊接性能的热扎钢板及其生产方法

摘要

本发明涉及钢板制造技术领域，具体是高表面质量且具有良好焊接性能的热扎钢板及其生产方法，所述钢板化学成分组成及质量百分含量如下：C：0.08～0.12%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.00～1.50%，Ti：0.04～0.15%，P≤0.015%，S≤0.008%，其余为Fe及不可避免的杂质，同时满足：0.30%≤Ceq≤0.38%，Pcm≤0.20%，其中Ceq和Pcm的计算公式为：Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14，Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B；所述钢板适用于厚度10~100mm厚的钢板，抗拉强度≥510MPa，其表面光洁度好，颜色发青，没有明显凹坑、麻点等缺陷，同时具有良好的焊接性能，特别适用于制作工程机械。

说明书

技术领域

本发明涉及钢板制造技术领域，具体是高表面质量且具有良好焊接性能的热扎钢板及其生产方法。

背景技术

随着工程机械行业竞争的日益激烈，国内外主要的工程机械零部件生产厂商对钢板表面质量要求也越来越高。以全球最大的土方工程机械、建筑机械和矿用设备的生产商美国卡特彼勒公司为例，其提出了钢板表面抛丸前后均不得出现鱼鳞状、蜘蛛网状花纹，原则上不允许出现红色花斑氧化铁皮，不允许修磨， 不允许出现表面凹坑。对辊印、麻坑、划伤面积及深度也提出严格的规定。除了钢板表面质量，为了保证工程机械使用安全，要求钢板母材具有良好的接性能。此类高表面质量钢板平均销售价格高于普板近千元，经济效益十分显著。

为了获得高表面质量钢板，国内钢厂多采用控制Si含量在0.2%以下，甚至要求低于0.15%，然而，Si是炼钢脱氧的必要元素，也是抑制铁素体固溶强化及碳化物形成而增加残留奥氏体稳定性，进而增加钢板延展性的元素，同时具有一定的强化作用，为了保证钢板强度，钢厂多半采用添加Nb、V、Ni等贵重合金来弥补，这是不经济不可取的。

本发明以前，在国内有关高表面质量热轧钢板多有报道，也申请了专利。如专利号为CN102764760的中国专利公开说明了一种高表面质量热轧钢板的制造方法，它通过将Si的含量控制在0.15%以下，同时对整个流程进行一定的工艺优化、过程控制，获得具有较高表面质量的热轧钢板。但其未考虑母材的焊接性能，未考虑卷曲过程、轧制节奏、横切矫直等因素对高强钢板表面质量的影响。同时其抗拉强度均低于510MPa，强度级别偏低。

中国专利号为CN106566986的专利文献，其公开了“用于制造挖掘机动臂的高表面质量热轧钢板及制造方法”，其化学成分包括：C：0.01~0.25%,Si：0.005~0.20%，Mn：0.10~2.0%，Nb：0.005~0.10%，V：0.005~0.20%,Ti:0.01~0.15%，Als:0.020~0.07%，P≤0.025%，S≤0.015%，余量为Fe和其它不可避免的杂质。其除了基本元素还添加了贵重合金Nb、V，通过传统的轧制工艺获得厚度为5～20mm,抗拉强度为485~511MPa的钢板，对于＞20mm厚钢板不适用。

如中国专利CN101947557是一种减少热轧钢板表面生成氧化铁皮的制备方法，它通过控制板坯抽钢温度、精轧开轧和终轧温度、卷曲温度和冷却方式实现减少氧化铁皮生成的目的。此种方法主要通过控制出炉温度，减少初生氧化铁皮厚度，一定程度上减少了钢板表面质量，但对于焊接性能并未提及。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术存在的不足，提供高表面质量且具有良好焊接性能的热扎钢板及其生产方法。

本发明的具体方案是：高表面质量且具有良好焊接性能的热扎钢板，所述钢板化学成分组成及质量百分含量如下：C：0.08～0.12%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.00～1.50%，Ti：0.04～0.15%，P≤0.015%，S≤0.008%，其余为Fe及不可避免的杂质，同时满足：0.30%≤Ceq≤0.38%，Pcm≤0.20%，其中Ceq和Pcm的计算公式为：Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14，Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。

本发明所述钢板厚度为10~100mm、抗拉强度≥510MPa。

本发明所述钢板的生产方法包括以下步骤：转炉顶底复合冶炼→夹杂物钙处理→LF精炼→RH炉真空处理→连铸→铸坯缓冷→铸坯加热→高压水除鳞→轧制→冷却→精整；

其中铸坯加热的温度为1170~1230℃，加热速率为8~10min/cm，保证钢中微合金元素溶入奥氏体中，同时防止奥氏体晶粒粗化。

其中高压水除鳞的工艺参数如下：除鳞压力≥25MPa，除鳞温度1000~1100℃，喷嘴与水平面呈45~75℃；

其中轧制分为两个阶段：一阶段轧制道次为4~7道次，前3道次对铸坯进行除鳞，除鳞水压≥25MPa，二阶段第1道次和末3道次对对铸坯进行除鳞，除鳞水压≥25MPa，二阶段开轧温度≤980℃，在机身除鳞过程中同时对钢板进行氮气吹扫。

本发明所述轧制工艺中，终轧有载温度为840~890℃，最后2道次的轧制速度为4~6m/s。

本发明对宽度大于3000mm的钢板进行冷却时，增加侧喷及氮气吹扫，开冷温度为700~750℃，以5~8℃每秒的冷却速度冷却至600~650℃，然后空冷至室温。

本发明铸坯缓冷采用48h缓冷，使铸坯中的氢充分扩散，减少冷却带来的内应力。

本发明生产方法中精整完毕后堆放、转运过程中对天车磁盘包裹布套保护，对横移、翻板台架垫枕木，钢板成品堆放入库后在外围覆盖一层油布，防止雨水喷溅锈蚀或油污。

以下详述本发明钢的成分设定的理由。

C：碳可以大幅度提高钢的强度，增加钢板的耐磨性，但碳也是碳当量和焊接裂纹敏感系数主要影响元素，碳含量增加，导致碳当量和焊接裂纹敏感系数大幅度增加从而影响焊接性能，因此控制在0.08～0.12%。

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也是抑制铁素体固溶强化及碳化物形成而增加残留奥氏体稳定性，进而增加钢板延展性的元素，同时具有一定的强化作用。当硅含量低于0.2%时，无法确保所述效果。硅含量当超过一定量时，钢的洁净度降低，会产生不易酸洗的氧化铁皮缺陷，同时，由于硅与氧的清合力比铁强，在焊接时容易生产低熔点硅酸盐，增加熔渣和融化金属的流动性，引起喷溅现象，降低焊接性能，因此控制在0.2~0.4%。

Mn：锰能降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却的过冷度，细化珠光体组织，以及改善其力学性能，但随着锰含量的增加，钢的热导率急剧下降，线胀系数上升，使快速加热或冷却时形成较大的内应力，工件开裂倾向增大，因此控制在1.00～1.50%。

Ti：钛是钢中的强脱氧剂，能使钢的内部组织致密，细化晶粒，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能，加入一定量的Ti还可以减少纵、横向性能差异。除此之外，钛相比铌、钒等强化元素具有较大的资源和成本优势，价格不到其十分之一，故设计Ti含量为：0.040～0.15%。

P：磷元素增加回火脆性及冷脆敏感性，使钢的焊接性能变坏，降低塑性，故设计P含量≤0.015%。

S：硫在通常情况下也是有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时易产生裂纹，硫含量高时，对焊接性能不利，降低耐腐蚀性，故设计S含量≤0.008%。

本发明相比现有技术具有以下优点：1、采用较低成本成分设计体系，无需对现有生产设备作重大改造，就可以生产出一种高表面质量且具有良好焊接性能热轧钢板的生产方法，适用于厚度为10~100mm、强度要求≥510MPa具有优良焊接性能的工程机械类用钢；2、严格控制有害元素P、S含量，辅助以一定的轧制，冷却工艺，保证钢板强度达到510MPa以上，通过对碳当量Ceq、焊接裂纹敏感系数Pcm进行严格控制，保证钢板具有良好的焊接性能；3、严格控制烧钢温度、加热速率、轧制节奏，对除鳞时机、压力进行严格规格，以及根据钢板宽度不同，开启的冷却辅助装置不同，获得一种表面发青、无麻坑、无水印，氧化铁皮薄而致密的钢板；4、堆放、转运过程中对天车磁盘包裹布套保护，对横移、翻板台架垫枕木，进一步保证钢板表面光洁度，避免机械类损伤，钢板成品堆放入库后需在外围覆盖一层油布，防止雨水喷溅锈蚀或油污；5、此类钢板钢为高附加值产品，化学成分相对简单，生产工艺过程容易操作，生产成本较低，相比普通低合金经济效益显著。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明的优点，本发明列举了10个实施例，并提供了2个对比例进行对比分析，参见表1~表3，其中：表1为本发明列举的10个实施例和2个对比例的化学成分，表2为本发明实施例与对比例的工艺参数，表3为本发明实施例与对比例的实际质量对比；

实施例1

本实施例是高表面质量且具有良好焊接性能的热扎钢板，其化学成分组成及质量百分含量如下：C：0.083%，Si：0.32%，Mn：1.43%，P：0.010%，S：0.004%，Ti：0.055%，其余为Fe及不可避免的杂质（杂质中包含残余元素Cr：0.021%，Ni：0.005%，Cu：0.021%，Mo：0.002%，V：0.0025%，B：0.00026%），所述钢板的碳当量Ceq=0.34%，焊接裂纹敏感系数Pcm=0.17%，Ceq和Pcm的计算公式为：Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14，Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。

本实施例所述钢板厚度为10mm，抗拉强度为547MPa。

本实施例所述钢板的制造方法包括以下步骤：转炉顶底复合冶炼→夹杂物钙处理→LF精炼→RH炉真空处理→连铸→铸坯缓冷→铸坯加热→高压水除鳞→轧制→冷却→精整；

其中铸坯加热的温度为1200℃，加热速率为10min/cm，保证钢中微合金元素溶入奥氏体中，同时防止奥氏体晶粒粗化。

其中高压水除鳞的工艺参数如下：除鳞压力为25MPa，除鳞温度为1035℃，喷嘴与水平面呈60℃；

其中轧制分为两个阶段：一阶段轧制7道次，前3道次对铸坯进行除鳞，除鳞水压为25.2MPa，二阶段第1道次和末3道次对对铸坯进行除鳞（表2中用1+3表示），除鳞水压为25.2MPa，二阶段开轧温度≤980℃，在机身除鳞过程中同时对钢板进行氮气吹扫。

本实施例所述轧制工艺中，终轧有载温度为885℃，二阶段最后2道次的轧制速度分别为5m/s、6m/s。

精整完毕后堆放、转运过程中对天车磁盘包裹布套保护，对横移、翻板台架垫枕木，钢板成品堆放入库后在外围覆盖一层油布，防止雨水喷溅锈蚀或油污。

参见表3，本实施例所述钢板的屈服强度为399MPa，抗拉强度为547MPa，延伸率为29%，-20℃的冲击功为196J，其表面光洁度良好、颜色发青、没有明显的凹坑、麻点、划伤、锈蚀等缺陷，其焊接性能良好，不易产生裂纹等缺陷。

实施例2-10的钢板化学成分和工艺参数是在实施例1的基础上作一定调整，详见表1、表2，实施例2-10的实际质量检测结果详见表3。

表3 本发明实施例与对比例的实物质量

从表3可以看出，本发明实施例的屈服强度、抗拉强度、延伸率及冲击功与对比例相差不大，但本发明实施例的表面质量明显更好，同时焊接性能更优异。