專利名稱：一種屈服強度高于600MPa的礦井救生艙用熱軋帶鋼及制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于冶金材料技術領域，特別涉及一種屈服強度高于600MPa的礦井救生艙用熱軋帶鋼及制備方法。
背景技術：
礦井救生艙是保護井下礦工遇到事故時緊急避險的一種現代化安全保障設備，近年來礦井行業(yè)對于救生艙的市場需求越來越大，礦井救生艙裝備制造業(yè)的發(fā)展前景廣闊。目前，礦井救生艙艙體所用的鋼鐵材料主要是45鋼、Q235、Q345和Q460等普通碳素結構鋼和低合金高強鋼，這些材料的屈服強度為20(T500MPa，韌性和彎曲等指標基本滿足要求。但是由于井下的工業(yè)環(huán)境復雜，例如瓦斯爆炸時產生的高溫氣流、甲烷以及H2S等腐蝕性氣體，現有救生艙艙體材料的高溫強度以及耐腐蝕性能難以滿足救生艙的使用要求。為此，開發(fā)一種屈服強度高于600MPa的耐沖擊、耐高溫、耐腐蝕等綜合性能良好的礦井救生艙專用熱軋帶鋼成為擺在科技人員面前迫在眉睫的任務。

發(fā)明內容
針對現有的礦井救生艙用鋼存在的技術問題，本發(fā)明提供一種屈服強度高于600MPa的礦井救生艙用熱軋帶鋼及制備方法，目的在于通過適當的合金元素設計和制備方法，滿足礦井救生艙用鋼的使用要求。本發(fā)明的屈服強度高于600MPa的礦井救生艙用熱軋帶鋼化學成分按重量百分比為 C :0.04 0.08 %, Si :0.1 0.3 %，Mn: I. 5 I. 7 %，A1 :0. 01 0.05 %，Mo: 0. 4 0. 5 %, Cr:0.4 0.6 %,Nb: 0.04 0.06 %，Ti :0. 02^0. 05 %，Cu: 0. 2 0. 35 %，P 彡 0. 01 %，S 彡 0.01
%，余量為Fe。其金相組織為粒狀貝氏體，室溫屈服強度彡600 MPa，抗拉強度彡800 MPa，斷后伸長率彡18 %, 500 °C高溫拉伸屈服強度彡450MPa，抗拉強度彡650 MPa，斷后伸長率彡19 %，20 °C沖擊功> 47 J (沖擊試樣尺寸為55 mmXIO mmX5 mm),冷彎性能合格,工業(yè)環(huán)境下的耐大氣腐蝕性指數I > 4. 5，焊接冷裂紋敏感系數Pm ( 0. 26 %。本發(fā)明的屈服強度高于600MPa的礦井救生艙用熱軋帶鋼的制備方法按以下步驟進行
(1)按設定的化學成分重量百分比C:0.04 0.08 %，Si :0. To. 3 %，Mn: I. 5 I. 7 %，Al :0. OTO. 05 %，Mo: 0. 4 0. 5 %，Cr :0. 4 0. 6 %，Nb: 0. 04 0. 06 %，Ti :0. 02 0. 05 %，Cu: 0.2 0.35 %，P ^ 0.01 %, S ^ 0. 01 %，余量為Fe冶煉鋼水并鑄成鑄坯，鑄坯厚度為150 250 mm ;
(2)將鑄坯加熱至120(Tl250°C，保溫I h，粗軋:T5道次，粗軋開軋溫度為1120 1170°C，終軋溫度為980 1070 °C，獲得厚度為30 50 mm的中間坯；(3)對中間坯進行精軋5 7道次，精軋開軋溫度為950 1030°C，終軋溫度為780 860°C，精軋每道次壓下量控制在15 40 %，獲得厚度為4 14 mm的帶鋼；
(4)精軋后的帶鋼以1(T40°C/s的速度冷卻至45(T700 °C，卷取獲得4 14 mm厚的熱軋帶鋼產品。本發(fā)明中合金元素的設計考慮了以下幾點
C是鋼中最有效的固溶強化元素之一，但隨著C含量的增加會降低其成型性及焊接性，而低的C含量有利于保證鋼材具有良好的塑形和韌性，因此，C的含量控制在較低范圍內；
Mn是常見的脫氧劑和脫硫劑，能夠固溶強化和相變強化作 用，降低na相變溫度，有利于熱軋過程中細化鐵素體晶粒，同時Mn元素還能改善鋼的沖擊韌性，降低韌脆轉變溫度。但Mn的含量過高容易形成偏析帶，造成鋼的組織和硬度不均勻，并且降低點焊能力，所以Mn的含量控制在I. 6 %左右；
Si是鋼中常用的脫氧劑，固溶于鐵素體中，可以有效地提高鐵素體的強度，但對鐵素體的延性有不利影響,但Si的含量過高有害于板材表面質量，降低材料的塑韌性。因此，Si的含量控制在0. 2 %左右；
Al是鋼中常用的脫氧定氮劑，屬于鐵素體形成元素，可以形成細小彌散的AlN作為形核質點，細化晶粒，但Al的含量過高容易形成氧化鋁夾雜，有損塑韌性和焊接性能，因此，Al的含量控制在0. 03 %左右；
Mo能顯著增加材料的淬透性，在高強鋼中加入Mo，強烈阻礙先共析鐵素體的析出和長大，將珠光體和貝氏體轉變的C曲線明顯分離開，使相同冷卻條件下更易發(fā)生貝氏體轉變，以獲得良好的性能，因此，Mo的含量控制在0. 45 %左右；
Cr能提高鋼的淬透性，同時能提高耐腐蝕性和抗氫致裂紋能力，而且能提高鋼的耐磨損性能。同時Cr元素還能降低C的擴散速度，抑制鐵素體和珠光體轉變，使貝氏體轉變向低溫區(qū)移動，降低貝氏體相變點，因此，Cr的含量控制在0. 5 %左右；
Nb是控制軋制中最有利的元素，能夠有效延遲奧氏體再結晶，提高奧氏體再結晶溫度，從而阻止奧氏體晶粒長大，細化晶粒。通過軋制及冷卻工藝參數的調整，可以使部分固溶態(tài)的Nb在鐵素體中以碳氮化物的形式沉淀析出，對鐵素體起到析出強化的作用。尤其在Mo存在的情況下，Nb的析出更加細小彌散，沉淀強化作用也更加明顯。微量Nb與Cu、B等元素的相互作用，大大降低相變溫度，使貝氏體相變能夠在較低的溫度下進行轉變，相變后得到細小的貝氏體板條，因此，Nb的含量控制在0. 05 %左右；
Ti在低合金高強度鋼中加入微量Ti，可以提高鋼的強度，改善鋼的冷成型性能和焊接性能，主要利用Ti與C、N很好的親和性，形成的TiN，在板坯加熱和軋制過程中通過抑制奧氏體晶粒粗化從而獲得細化的奧氏體晶粒，另外，TiN顆粒能夠抑制焊接熱影響區(qū)的晶粒粗化，從而提高焊接熱影響區(qū)的低溫韌性。TiC可以在較低的溫度析出，從而產生沉淀強化效果，但是過量的Ti會損害鋼的韌性，因此，Ti的含量控制在0. 035 %左右；
Cu能夠有效提高鋼的耐大氣腐蝕性能，從而是耐候鋼中必不可少的添加元素。其次，Cu能夠在40(T650 °C形成細小的e -Cu析出，以析出強化的形式有效提高強度，Cu還可以改善鋼的焊接性能和成型性能，但過量的Cu會增大鋼的熱裂傾向，因此，Cu的含量控制在0. 28 %左右；S和P S元素是造成鋼材熱脆的主要雜質元素，并易產生偏析造成帶狀組織，硫化物夾雜有損材料的塑韌性，而P元素造成鋼材的冷脆，即降低材料的低溫韌性，并容易產生偏析。因此，S和P的含量應分別小于0. 01 % ；
采用控制軋制和控制冷卻工藝的依據通過高溫區(qū)的奧氏體再結晶控制軋制，充分細化奧氏體晶粒；精軋終軋溫度控制在78(T860 °C，使軋制過程中產生較大的累積應變；通過軋后快速冷卻及適當溫度卷取，得到粒狀貝氏體組織。粒狀貝氏體組織中分布著許多由殘余奧氏體或馬氏體組成的顆粒狀小島，對基體起到第二相強化的作用，改善加工硬化能力，降低屈強比，使材料在提高強度的同時，具有良好的塑形和韌性。本發(fā)明熱軋帶鋼金相組織為粒狀貝氏體，室溫屈服強度≥600 MPa，抗拉強度≥800 MPa，斷后伸長率≥18 %, 500 °C高溫拉伸屈服強度≥450MPa，抗拉強度≥650MPa，斷后伸長率≥19 %, 20 °C沖擊功>47 J (沖擊試樣尺寸為55 mmXIO mmX5 mm)，冷彎性能合格，工業(yè)環(huán)境下的耐大氣腐蝕性指數I > 4. 5，焊接冷裂紋敏感系數P ^ 0. 26 %。與現有的普通碳素鋼相比，更加滿足了礦井救生艙用熱軋帶鋼的工業(yè)使用需求。


圖I為本發(fā)明實施例I的熱軋帶鋼的金相組織 圖2為本發(fā)明實施例2的熱軋帶鋼的金相組織 圖3為本發(fā)明實施例3的熱軋帶鋼的金相組織圖。
具體實施例方式對本發(fā)明實施例的熱軋帶鋼的金相組織觀察采用的是Leica DMIRM型光學顯微鏡;
室溫拉伸、500 °C高溫拉伸、180°彎曲試驗(D=3a)均是在在CMT5105-SANS微機控制電子萬能實驗機上進行；
其中室溫拉伸試樣按GB/T228-2002制成矩形截面標準拉伸試樣，500 °C高溫拉伸試樣按GB/T4338-1995制成矩形截面標準拉伸試樣，20 1沖擊試驗設備為Instron 9250HV落錘沖擊試驗機，沖擊試樣尺寸為55 mmXIO mmX5 mm。實施例I
(1)按設定的化學成分重量百分比C : 0. 05 %, Si :0.2 %,Mn 1. 5 %，A1 0. 01%, Mo
0.4 %，Cr 0. 5 %，Nb :0. 04 %，Ti :0. 05 %，Cu :0. 2 %，P 彡 0. Ol %，S 彡 0. Ol %，余量為Fe，在200噸轉爐上冶煉鋼水并鑄成180 mmX 1300 mmX 10020 mm的鑄坯；
(2)將鑄坯加熱至1200°C，保溫Ih，在2050 mm熱連軋機上軋制粗軋3道次，粗軋開軋溫度為1120 °C，終軋溫度為980°C，獲得厚度為30mm的中間坯；
(3)對中間坯進行精軋6道次，精軋開軋溫度為950°C，終軋溫度為780 °C，精軋每道次壓下量控制在15 40 %，獲得厚度為4 mm的帶鋼，精軋機架間采用水冷；
(4)精軋后的帶鋼以40°C/s的速度冷卻至450 °C，卷取，最終獲取的熱軋帶鋼產品厚度為4 mm。其金相組織如圖I所示，全部為粒狀貝氏體組織，貝氏體板條界面和原奧氏體晶界變得不清晰，鐵素體基體上分布的島狀物細小彌散。
力學性能檢測結果為屈服強度616 MPa，抗拉強度812 MPa,斷后伸長率18. 7 % ；500 °C高溫拉伸屈服強度461 MPa，抗拉強度667 MPa，斷后伸長率20. 2 % ；20 °C沖擊功52J(沖擊試樣尺寸為55 mmXIO mmX5 mm),冷彎測試合格；工業(yè)環(huán)境下的耐大氣腐蝕性指數1=4. 9，焊接冷裂紋敏感系數Pm=O. 19 %。實施例2
(1)按設定的化學成分重量百分比C:0. 06 %，Si :0. 3 %，Mn :1. 6 %，Al :0. 04 %，Mo:0. 45 %，Cr :0. 6 %，Nb :0. 05 %，Ti :0. 02 %，Cu :0. 25 %，P≤0. Ol %，S ≤ 0. Ol %，余量為Fe，在200噸轉爐上冶煉鋼水并鑄成200 mmX 1300 mmX 10020 mm的鑄坯；
(2)將鑄坯加熱至1230°C，保溫Ih，在2050 mm熱連軋機上軋制粗軋4道次，粗軋開軋溫度為1150 °C，終軋溫度為1020°C，獲得厚度為41 mm的中間坯；
(3)對中間坯進行精軋7道次，精軋開軋溫度為1000°C，終軋溫度為820 °C，精軋每道次壓下量控制在15 40 %，獲得厚度為8 mm的帶鋼，精軋機架間采用水冷；
(4)精軋后的帶鋼以28°C/s的速度冷卻至610°C，卷取，最終獲取的熱軋帶鋼產品厚度為 8 mnin其金相組織如圖2所示，全部為粒狀貝氏體組織，貝氏體板條界面和原奧氏體晶界變得不清晰，鐵素體基體上分布的島狀物細小彌散。力學性能檢測結果為屈服強度612 MPa，抗拉強度809 MPa,斷后伸長率18. 9 % ；500 °C高溫拉伸屈服強度459 MPa，抗拉強度661 MPa，斷后伸長率19. 8 % ；20 °C沖擊功51J(沖擊試樣尺寸為55 mmXIO mmX5 mm),冷彎測試合格；工業(yè)環(huán)境下的耐大氣腐蝕性指數1=5. 7，焊接冷裂紋敏感系數Pem=O. 22 %。實施例3
(1)按設定的化學成分重量百分比c:0. 08 %, Si 0. I %，Mn I. 7 %，A1 0. 05 %，Mo 0. 5 %，Cr 0. 4 %，Nb :0. 06 %，Ti :0. 04 %，Cu :0. 35 %，P ≤ 0. Ol %，S ≤ 0. Ol %，余量為Fe，在200噸轉爐上冶煉鋼水并鑄成250 mmX 1300 mmX 10020 mm的鑄坯；
(2)將鑄坯加熱至1250°C，保溫Ih，在2050 mm熱連軋機上軋制粗軋5道次，粗軋開軋溫度為1170 °C，終軋溫度為1070°C，獲得厚度為50 mm的中間坯；
(3)對中間坯進行精軋5道次，精軋開軋溫度為1030°C，終軋溫度為860 °C，精軋每道次壓下量控制在15 40 %，獲得厚度為14 mm的帶鋼，精軋機架間采用水冷；
(4)精軋后的帶鋼以10°C/s的速度冷卻至700°C，卷取，最終獲取的熱軋帶鋼產品厚度為 14 mm。其金相組織如圖3所示，主要為粒狀貝氏體組織，夾雜有少量準多邊形鐵素體，貝氏體板條界面和原奧氏體晶界變得不清晰，鐵素體基體上分布的島狀物細小彌散，但不十分均勻。最終獲取的熱軋帶鋼產品厚度為14 mm，力學性能檢測結果為屈服強度607 MPa,抗拉強度807 MPa，斷后伸長率19. 5 % ；500 °C高溫拉伸屈服強度457 MPa，抗拉強度658MPa，斷后伸長率19. 6 % ；20 °C沖擊功49 J (沖擊試樣尺寸為55 mmXIO mmX5 mm)，冷彎測試合格；工業(yè)環(huán)境下的耐大氣腐蝕性指數1=5. 7，焊接冷裂紋敏感系數Pm=O. 24 %。
權利要求
1.一種屈服強度高于600MPa的礦井救生艙用熱軋帶鋼，其特征是其化學成分按重量百分比為 C :0.04 0.08 %, Si :0.1 0.3 %,Mn: I. 5 I. 7 %，A1 :0. OTO. 05 %，Mo: 0. 4 0. 5%，Cr :0. 4 0.6 %，Nb: 0. 04 0. 06 %，Ti :0.02 0.05 %，Cu: 0. 2 0. 35 %，P ^ 0. 01 %，S^ 0.01 %，余量為 Fe ； 其金相組織為粒狀貝氏體，室溫屈服強度彡600 MPa，抗拉強度彡800 MPa，斷后伸長率彡18 %, 500 °C高溫拉伸屈服強度彡450MPa，抗拉強度彡650 MPa，斷后伸長率彡19%，20 °C沖擊功>47 J，工業(yè)環(huán)境下的耐大氣腐蝕性指數I >4. 5，焊接冷裂紋敏感系數Pcm 彡 0. 26 %。
2.根據權利要求I所述的一種屈服強度高于600MPa的礦井救生艙用熱軋帶鋼的制備方法，其特征在于按照以下步驟進行 (1)按設定的化學成分重量百分比C:0.04 0.08 %，Si :0. TO. 3 %，Mn: I. 5 I. 7 %，Al :0. OTO. 05 %, Mo: 0.4 0.5 %, Cr :0. 4 0.6 %，Nb: 0. 04 0. 06 %，Ti :0.02 0.05 %，Cu: 0.2 0.35 %，P ^ 0.01 %, S ^ 0. 01 %，余量為Fe冶煉鋼水并鑄成鑄坯，鑄坯厚度為150 250 mm ; (2)將鑄坯加熱至120(Tl250°C，保溫I h，粗軋:T5道次，粗軋開軋溫度為1120 1170°C，終軋溫度為980 1070 °C，獲得厚度為30 50 mm的中間坯； (3)對中間坯進行精軋5 7道次，精軋開軋溫度為950 1030°C，終軋溫度為780 860°C，精軋每道次壓下量控制在15 40 %，獲得厚度為4 14 mm的帶鋼； (4)精軋后的帶鋼以1(T40°C/s的速度冷卻至45(T700 °C，卷取獲得4 14 mm厚的熱軋帶鋼產品。
全文摘要
一種屈服強度高于600MPa的礦井救生艙用熱軋帶鋼及其制備方法，屬于冶金材料技術領域。本發(fā)明的熱軋帶鋼的成分按重量百分比為C:0.04~0.08%，Si:0.1~0.3%，Mn:1.5~1.7%，Al:0.01~0.05%，Mo:0.4~0.5%，Cr:0.4~0.6%，Nb:0.04~0.06%，Ti:0.02~0.05%，Cu:0.2~0.35%，P≤0.01%，S≤0.01%，余量為Fe；其金相組織為粒狀貝氏體，室溫屈服強度≥600MPa，抗拉強度≥800MPa，斷后伸長率≥18%，500℃高溫拉伸屈服強度≥450MPa，抗拉強度≥650MPa，斷后伸長率≥19%，20℃沖擊功＞47J，冷彎性能合格，工業(yè)環(huán)境下的耐大氣腐蝕性指數I≥4.5，焊接冷裂紋敏感系數Pcm≤0.26%。其制備方法是按設定成分冶煉鋼水并鑄成鑄坯，加熱后進行粗軋，然后精軋，精軋后帶鋼厚度為4~14mm，經快速冷卻后獲得成品熱軋帶鋼。本發(fā)明熱軋帶鋼具有良好的室溫和高溫力學性能及耐腐蝕性能。
文檔編號B21B37/00GK102766820SQ201210247090
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權日2012年7月17日
發(fā)明者李濤, 李長生, 馬彪 申請人:東北大學