專利名稱：一種屈服強(qiáng)度550MPa低碳貝氏體工程機(jī)械用鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低碳貝氏體鋼及其制備方法，屬于低合金高強(qiáng)度鋼領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
工程機(jī)械制造、架設(shè)橋梁、造船、車輛制造、航空等領(lǐng)域廣泛地使用著各種規(guī)格的鋼板。由于服役條件及焊接工藝的限制，這類用途的鋼板不僅要求材料具有足夠的強(qiáng)度和塑性，而且還要求具備一定的低溫韌性和優(yōu)良的焊接性能，以適應(yīng)野外作業(yè)和制造工藝的要求。從資源和成本核算考慮，用戶普遍要求使用高性能、低成本的金屬材料。低碳貝氏體鋼正是為滿足這一需求而研發(fā)的，已廣泛應(yīng)用于大型承重鋼結(jié)構(gòu)、大型推土機(jī)、汽車起重機(jī)、挖掘機(jī)、礦山機(jī)械、液壓支架以及電動(dòng)輪自卸車、礦車等工程機(jī)械制造等領(lǐng)域。低碳貝氏體鋼是以低碳(或超低碳)-錳-鈮-硼系為基礎(chǔ)，再適量添加其它合金元素，采用控軋控冷 +高溫回火工藝，從而開發(fā)出一系列滿足高強(qiáng)高韌性的低碳貝氏體鋼種。這類鋼的含碳量多數(shù)控制在0. 16%以下，最多不應(yīng)超過0.20%。由于低碳貝氏體組織鋼比相同含碳量的鐵素體-珠光體鋼具有更高的強(qiáng)度，因此，低碳貝氏體鋼種的研發(fā)將成為發(fā)展屈服強(qiáng)度為450 800MPa級別鋼種的主要途徑。CN101168^6提供了一種高性能低碳貝氏體結(jié)構(gòu)鋼，其化學(xué)成分為C :0. 04% 0. 07%, Si 0. 20% 0. 50%, Mn :1. 50% 1. 80%, Nb :0. 03% 0. 06%, Ti :0. 005% 0. 030%,Cr 0. 25% 0. 50%,Cu :0. 30% 0. 60%,Ni :0. 20% 0. 50%,Als :0. 010% 0. 070%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。其軋制過程采用TMCP+RPC工藝，軋前加熱溫度為 1050 1220°C，采用兩階段控軋，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度控制在彡1000°C，未再結(jié)晶區(qū)軋制溫度控制在950°C (Ar3+0°C 100°C )，未再結(jié)晶區(qū)軋制積累變形量大于50%，軋后弛豫 10 120s，隨后加速冷卻，終止冷卻溫度為380 530°C，之后空冷。CN1786245提供了一種高抗拉強(qiáng)度低碳貝氏體厚鋼板及其生產(chǎn)方法，其化學(xué)成分含量(wt% )為C :0. 052% 0. 08%、Si :0. 1 % 0. 5%、Mn 1. 65 % 1. 90 %、Nb 0. 015% 0. 060%, Ti 0. 005% 0. 03%, B :0. 0005% 0. 003%, Mo :0. 25% 0. 50%, Cu 0. 62% 0. 85%, Ni :0. 42% 0. 80%, Al :0. 015% 0. 05%，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。以成本低廉的Mn元素作為主要添加元素，將Cu、Mo、Ni、Nb、B等元素對貝氏體轉(zhuǎn)變的作用充分聯(lián)合應(yīng)用。CN1786246提供了一種高抗拉強(qiáng)度高韌性低屈強(qiáng)比貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法，主要化學(xué)成分含量(wt% )為C :0. 015% 0. 08%,Si 0.洸％ 0. 46%,Mn 1. 5% 1. 70%, Nb 0. 015 % 0. 060 %、Ti :0. 005 % 0. 03 %、B :0. 0005 % 0. 003 %、Mo :0. 2 % 0. 50%,Cu 0. 4% 0. 6%,Ni :0. 26% 0. 40%,Al :0. 015% 0. 05%，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。采用TMCP+RPC+SQ方法進(jìn)行生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度為800N/mm級別鋼板的屈強(qiáng)比達(dá)到0. 85以下。上述專利的不足在于(1)合金含量大，成本高；(2)需要采用RPC技術(shù)，降低生產(chǎn)
5效率。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1591-2008提供了一種Q550D鋼的化學(xué)成分以及力學(xué)和工藝性能要求，如表1、表2所示。表1 Q550D 化學(xué)成分(％ Wt)
權(quán)利要求
1.一種低碳貝氏體工程機(jī)械用鋼，其中鋼的化學(xué)成分重量百分比為C 0. 05 0. 10%,Si 0. 20 0. 50%,Mn :1. 50 1. 80%、S 彡 0. 010%,P^O. 018%, NbO. 02 0. 10 %、MoO. 01 0. 10 %、Ti :0. 010 0. 040%, B :0. 0010 0. 0030 Cr 0. 20 0. 50%, Al 0. 015 0. 050%，其余為Fe和微量雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的低碳貝氏體工程機(jī)械用鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分重量百分比為C 0. 05 0. 09%,Si 0. 25 0. 35%,Mn :1. 55 1. 80%、S 彡 0. 010%,P^O. 013%, Nb 0. 035 0. 05%,MoO. 05 0. 10%,Ti :0. 015 0. 035%,B :0. 0010 0. 0028%,Cr 0. 25 0. 45%,Al 0. 025 0. 050%，其余為Fe和微量雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的低碳貝氏體工程機(jī)械用鋼的制備方法，包括鐵水預(yù)處理、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH精煉、板坯連鑄，控軋控冷，其特征在于，控制鋼的化學(xué)成分重量百分比含量為C 0. 05 0. 10%,Si 0. 20 0. 50%,Mn :1. 50 1. 80%、S 彡 0. 010%,P^O. 018%, NbO. 02 0. 10 %、MoO. 01 0. 10 %、Ti :0. 010 0. 040%, B :0. 0010 0. 0030 Cr 0. 20 0. 50%, Al 0. 015 0. 050%，其余為Fe和微量雜質(zhì)；控制軋制溫度如下鋼坯出爐溫度控制在1180 1250°C，粗軋開軋溫度1100 1200°C，終軋溫度彡1020°C，粗軋后待溫空冷，精軋開軋溫度880 980°C，中間坯厚度為成品厚度的3 4倍，精軋開軋溫度880 980°C，精軋終軋溫度800 880°C，開冷溫度控制在770 830°C，終冷溫度為490 570°C，冷卻速度為9 15°C /s。
4.如權(quán)利要求3所述的低碳貝氏體工程機(jī)械用鋼的制備方法，其特征在于所述的鐵水預(yù)處理是指鐵水脫硫，處理前鐵水025%，處理后鐵水005%，鐵水溫度 1200 1300°C，脫硫完畢扒凈鐵水表面的渣。所述的鐵水預(yù)處理是指鐵水脫硫，處理前鐵水S < 0. 025%，處理后鐵水S < 0. 005%，鐵水溫度1200 1300°C，脫硫完畢扒凈鐵水表面的渣。
5.如權(quán)利要求3所述的低碳貝氏體工程機(jī)械用鋼的制備方法，其特征在于所述的轉(zhuǎn)爐冶煉是，預(yù)處理后的鐵水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐冶煉，造渣料于終點(diǎn)前3分鐘加完，終渣堿度控制在R = 4. 0 5. 0。終點(diǎn)壓槍時(shí)間60 80秒；終點(diǎn)控制C彡0. 05%,P彡0. 010%。轉(zhuǎn)爐出鋼前首先在鋼包底加入脫硫劑，采用鋁錳鈦脫氧，鋼水出至四分之一時(shí)，分批加入低碳錳鐵、硅鐵、低碳鉻鐵、鈮鐵，鋼水出至四分之三時(shí)加完；所述的脫硫劑加入量為500 700kg/爐，在放鋼1/2時(shí)開始加入至3/4時(shí)加完；所述的鋁錳鈦加入量為3 4kg/t鋼，視鋼水過氧化程度補(bǔ)加鋁錳鈦；所述造渣料選自石灰；所述低碳錳鐵為含錳75% 95%的鐵合金。所述低碳錳鐵的加入量為15 20kg/t ；。所述硅鐵為含硅65% 85%的鐵合金。所述硅鐵的加入量為2. 0 6. Okg/t ；所述低碳鉻鐵為含鉻50% 65%的鐵合金。所述低碳鉻鐵的加入量為3. 0 7. Okg/t ；所述鈮鐵為含鈮50% 65%的鐵合金。所述鈮鐵的加入量為0. 6 2. lkg/t。
6.如權(quán)利要求3所述的低碳貝氏體工程機(jī)械用鋼的制備方法，其特征在于，所述LF精煉是轉(zhuǎn)爐冶煉后的鋼水進(jìn)入精煉爐，采用鋁粒和碳化鈣進(jìn)行調(diào)渣；采用低碳錳鐵、硅鐵、低碳鉻鐵、鈮鐵合金進(jìn)行成分微調(diào)；采用喂鋁線調(diào)整成分；采用喂鈦線的方法增鈦；采用喂硼線的方法增硼。整個(gè)冶煉過程中不得裸露鋼水，防止鋼水二次氧化，精煉時(shí)間40 60min， 軟吹時(shí)間5 lOmin，精煉后喂硅鈣線進(jìn)行鈣化處理；所述的硅鈣線喂入量為250 350米/爐。
7.如權(quán)利要求3所述的低碳貝氏體工程機(jī)械用鋼的制備方法，其特征在于，所述RH 精煉中，確保RH凈空300 500mm ；RH處理時(shí)避免化學(xué)升溫，確保純脫氣時(shí)間大于10 30mino
8.如權(quán)利要求3所述的低碳貝氏體工程機(jī)械用鋼的制備方法，其特征在于所述板坯連鑄是全程保護(hù)澆注，保護(hù)渣采用超低碳保護(hù)渣，二冷采用中等強(qiáng)度冷卻模式，鋼坯緩冷72h 后送車Lo
9.如權(quán)利要求3所述的低碳貝氏體工程機(jī)械用鋼的制備方法，其特征在于，所述控軋控冷是采用二階段軋制，粗軋和精軋均采用四輥可逆式軋機(jī)完成軋制；鋼坯出爐溫度 1180 1250°C，粗軋采用7 9道次，至少保證有2個(gè)道次壓下率不低于20% ；中間坯厚度為成品厚度的3 3. 8倍，精軋開軋溫度為880 970°C，終冷溫度為490 560°C，冷卻速度為9 14°C /s。
10.如權(quán)利要求3所述的低碳貝氏體工程機(jī)械用鋼的制備方法，其特征在于包括下列步驟1)鐵水預(yù)處理鐵水脫硫嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程，處理前鐵水S < 0. 025 %，處理后鐵水S < 0. 005 %，鐵水溫度1200 1290°C，脫硫完畢扒凈鐵水表面的渣。鐵水罐扒渣裸露面積為90%，鐵水包扒渣裸露面積為90% ；2)轉(zhuǎn)爐冶煉預(yù)處理后的鐵水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐冶煉，石灰等造渣料于終點(diǎn)前3分鐘加完，終渣堿度控制在 R = 4.0 5.0。終點(diǎn)壓槍時(shí)間不小于60秒。終點(diǎn)控制C彡0.05%，P彡0.010%。轉(zhuǎn)爐出鋼前首先在鋼包底加入脫硫劑，采用鋁錳鈦脫氧，鋼水出至四分之一時(shí)，分批加入低碳錳鐵、硅鐵、低碳鉻鐵、鈮鐵，鋼水出至四分之三時(shí)加完；3)LF精煉轉(zhuǎn)爐冶煉后的鋼水進(jìn)入精煉爐，采用鋁粒和碳化鈣進(jìn)行調(diào)渣。采用低碳錳鐵、硅鐵、低碳鉻鐵、鈮鐵合金進(jìn)行成分微調(diào)。若需調(diào)整鋁采用喂鋁線調(diào)整成分；采用喂鈦線的方法增鈦；采用喂硼線的方法增硼。整個(gè)冶煉過程中不得裸露鋼水，防止鋼水二次氧化(進(jìn)站大氬氣攪拌、脫硫操作除外)，精煉時(shí)間40 60min，軟吹時(shí)間5 lOmin，精煉后喂硅鈣線進(jìn)行鈣化處理；4)RH精煉采用本處理模式操作，確保RH凈空300 500mm ；RH處理時(shí)避免化學(xué)升溫，確保純脫氣時(shí)間10 30分鐘。RH冶煉周期控制在40 60分鐘；5)板坯連鑄采用全程保護(hù)澆注，保護(hù)渣采用專用保護(hù)渣，二冷采用中冷模式，200mm斷面一級定義 Medium cooling-200，250mm 斷面一級定義 Medium cooling-250，300mm 斷面一級定義 Mediumcooling-300，二級定義 ALowC。拉速控制200mm 斷面，1. 2 1. 3m/min，250mm 斷面，·1. 0 1. lm/min, 300mm 斷面，0. 8 0. 9m/min ；鋼坯緩冷 72h 后送軋； 所述的專用保護(hù)渣為超低碳保護(hù)渣； 6)控軋控冷采用二階段軋制，粗軋和精軋均采用四輥可逆式軋機(jī)；鋼坯出爐溫度1180 1250°C， 采用控軋控冷，粗軋采用盡量少的道次，保證至少有2個(gè)道次壓下率不低于20% ；中間坯厚度為成品厚度的3 3. 5倍，精軋開軋溫度880 980°C，終冷溫度為490 570°C，冷卻速度為9 14°C /s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低碳貝氏體工程機(jī)械用鋼，化學(xué)成分及重量百分比含量為C0.05～0.10％、Si0.20～0.50％、Mn1.50～1.80％、S≤0.010％、P≤0.018％、Nb≤0.10％、Mo≤0.10％、Ti0.010～0.040％、B0.0010～0.0030％、Cr0.20～0.50％、Al0.015～0.050％，其余為Fe和微量雜質(zhì)。利用現(xiàn)有設(shè)備，經(jīng)鐵水預(yù)處理、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH精煉、板坯連鑄，通過調(diào)整部分元素含量、微合金化處理、TMCP工藝生產(chǎn)、控制軋制和水冷，不需熱處理，生產(chǎn)出具有強(qiáng)度高、低溫韌性良好的貝氏體工程機(jī)械用鋼，廣泛應(yīng)用于大型承重鋼結(jié)構(gòu)、大型推土機(jī)、汽車起重機(jī)、挖掘機(jī)、礦山機(jī)械、液壓支架以及電動(dòng)輪自卸車、礦車等工程機(jī)械制造等領(lǐng)域。
文檔編號C22C38/38GK102162065SQ20111007414
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月27日
發(fā)明者任繼銀, 吳德發(fā), 周平, 李永強(qiáng), 李燦明, 李生根, 李艷, 李輝, 楊建勛, 王建景, 高立福 申請人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司