100-150mm合金結(jié)構(gòu)鋼4140厚板及生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種100-150mm合金結(jié)構(gòu)鋼4140厚板及其生產(chǎn)方法，包含如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分（單位，wt%）：C：0.39～0.42、Si：0.20～0.30、Mn：0.85～0.95、P≤0.010、S≤0.003、Als：0.020～0.040、Cr：0.9-1.0、Mo：0.17-0.23，其它為Fe和殘留元素。通過KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、吹氬處理、LF精煉、VD精煉、模鑄、鋼錠緩冷、鋼錠清理、加熱、控軋、堆冷、熱處理、緩冷工藝，嚴格控制鋼中P、S等影響鋼板塑韌性的有害元素含量，保證了4140鋼種100-150mm厚度鋼板內(nèi)部殘余應(yīng)力最小化，內(nèi)部質(zhì)量合格，各項性能指標達到標準要求。通過合理的淬火+回火工藝，保證了4140鋼板各項性能滿足要求。
【專利說明】100-150mm合金結(jié)構(gòu)鋼4140厚板及生產(chǎn)工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于中厚鋼板生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到一種100-150mm合金結(jié)構(gòu)鋼4140
厚板及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在公知的技術(shù)中，IOOmm以上厚度合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)過程困難，若過程控制不當(dāng)容易造成鋼板開裂、報廢，且鋼板各項性能、硬度及使用要求達不到指標，給客戶加工使用帶來不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)簡便、應(yīng)用廣泛地100_150mm厚度合金結(jié)構(gòu)鋼4140厚板及其生產(chǎn)方法。
[0004]一種100_150mm合金結(jié)構(gòu)鋼4140厚板，包含如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分(單位，wt%):C:0.39 ~0.42、Si:0.20 ~0.30、Mn:0.85 ~0.95、P^0.010、S^0.003、Als:
0.020 ~0.040、Cr:0.9-1.0、Mo:0.17-0.23，其它為 Fe 和殘留元素。
[0005]所述化學(xué)成分的碳當(dāng)量< 0.85。
[0006]為達到上述目的，所述100_150mm合金結(jié)構(gòu)鋼4140厚板的生產(chǎn)方法，它包括如下
步驟:
a.KR鐵水預(yù)處理:到站鐵水必須扒前渣與扒后渣，保證液面渣層厚度< 20mm，脫硫劑加入量為每IOOt鋼水800KG，脫硫攪拌頭使用次數(shù)在50爐以內(nèi)，鐵水經(jīng)KR攪拌脫硫后保證鐵水S≤0.008%,脫硫溫降≤20 0C ；
b.轉(zhuǎn)爐冶煉:入爐鐵水S≤0.008%、P≤0.060%,鐵水溫度≥1300°C，鐵水裝入量誤差按±0.5t來控制，廢鋼嚴格采用優(yōu)質(zhì)高合金鋼邊角料，過程槍位按前期1.0-1.3m、中期1.2-1.6m、后期1.0-1.1m控制，造渣堿度R按2.5-3.5控制，出鋼目標P≤0.010%、C≤0.05%、S≤0.003%,出鋼過程中向鋼包內(nèi)硅鋁鋇鈣、錳鐵合金、硅鐵合金和石灰、螢石；出鋼前用擋渣塞擋前渣出鋼，出鋼結(jié)束前采用擋渣錐擋渣，保證渣層厚度< 30mm，轉(zhuǎn)爐出鋼過程中要求全程吹氬；
C.吹気處理:気站一次性加入招線，在IS站要求強吹IS 5-8min,流量300-500NL/min,鋼液面裸眼直徑控制在300~500mm，離氬站溫度不得低于1580°C ；
d.LF精煉:精煉過程中全程吹気，加入禮:料，堿度按4.0-6.0控制,加入脫氧劑,加熱米用電流進行加熱，若埋弧效果明顯加熱時間按兩次控制，一加熱10-12min、一加熱過程按照成分配比連續(xù)性加入合金，二加熱6-8min，二加熱過程中補加脫氧劑，加大氬氣流量，使鋼水充分翻騰，合金均勻化，并要求粘渣次數(shù)大于5次，離站前加入硅鈣線，加硅鈣線前必須關(guān)閉氬氣，采用真空脫氣，上鋼溫度1610±10°C ；
e.VD精煉:VD真空度必須達到67Pa以下，保壓時間必須≤22min，破真空后軟吹
3-5min，軟吹過程中鋼水不得裸露，在線包抽真空時間30_50min，抽真空結(jié)束后進行定H，保證H含量在l.SPPm以下，覆蓋劑保證鋪滿鋼液面，加覆蓋劑前必須關(guān)閉氬氣，上鋼溫度1560±15°C ；
f.模鑄:上線使用前錠模溫度<100°C，澆注溫度控制在1545-1550°C，澆注時中注管上口與鋼包下水口的距離控制在< 150mm，澆注前，模鑄保護渣一半采取草繩吊掛的方式掛在錠模中，吊掛高度高于錠模底部300~400mm，另一半在開澆后3~4min內(nèi)加完，澆注到距離帽口 1/3位置時，向每個錠模內(nèi)添加50Kg碳化稻殼，澆注完畢后，先用氧管將帽口內(nèi)的碳化稻殼鋪平后，再向每個錠內(nèi)添加50-80Kg的碳化稻殼，并用氧管均勻鋪平；澆注完畢60min內(nèi)，要對每支錠及時補加40Kg以上的碳化稻殼保證帽口部位不見紅，同時要求在注畢l_2h內(nèi)，向每個錠模內(nèi)補加40-80Kg的碳化稻殼；
g.鋼錠緩冷:鋼錠脫模后立即吊入緩冷內(nèi)進行緩冷，緩冷溫度400-500°C，緩冷時間48-72h ； h.鋼錠清理:鋼錠緩冷結(jié)束后用火焰槍對鋼錠寬度1/2位置進行清理，清理寬度控制在30-50CM，清理深度控制在5-10mm ；
1.加熱:加熱溫度及加熱時間如下:鋼錠入庫溫度≤700°C，燜鋼溫度450-500°C，時間4h，升溫至一加熱速度100°C /S，當(dāng)溫度升至900°C時保溫8h，升溫至二加熱速度100-120°C/S，溫度升至1000°C時升溫速度不限，溫度升至1260-1800°C時保溫13h，然后進行翻鋼，翻鋼后重新升溫2h至1260-1280°C，然后保溫2h出鋼；
j.控軋:采用兩階段軋制，累計壓下率≥60%，開軋溫度1000°C~1050°C，粗軋階段道次壓下量控制在35-45mm，晾鋼厚度為H (成品厚度)+60mm,精軋開軋溫度840_880°C，終軋溫度800~830°C，軋后不進行快速冷卻，直接送往矯直機進行矯平；
k.堆冷:軋后堆入緩冷坑進行堆垛緩冷，堆冷溫度不低于450°C，堆冷時間>48小時，拆垛時表面溫度需≤1200C ；
1.熱處理:在外部機械化爐進行淬火+回火處理，淬火時爐內(nèi)溫度910-930°C，保溫系數(shù)2.0-2.5min/mm，淬火方式采用油淬，入淬火池鋼板溫度≥860°C，淬火30_60min至常溫，淬火后放入外部機械化爐進行回火，回火溫度550-570°C，保溫系數(shù)4.0-4.2min/mm,出爐后空冷；
m.緩冷:熱處理后將鋼板堆垛緩冷，并用石棉布將鋼板四周包裹。
[0007]由于本發(fā)明通過KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、吹氬處理、LF精煉、VD精煉、模鑄、鋼錠緩冷、鋼錠清理、加熱、控軋、堆冷、熱處理、緩冷工藝，在保證4140成分的基礎(chǔ)上，嚴格控制鋼中P、S等影響鋼板塑韌性的有害元素含量，通過LF精煉吸附夾雜物、VD真空脫氫、鋼錠緩冷，同時嚴格控制軋鋼的加熱制度，軋制過程中嚴格控制終軋溫度，采用鋼板堆垛緩冷，熱處理采用調(diào)質(zhì)處理等方法，保證了 4140鋼種100-150mm厚度鋼板內(nèi)部殘余應(yīng)力最小化，內(nèi)部質(zhì)量合格，各項性能指標達到標準要求。在冶煉過程中，嚴格控制鋼中P (磷)、S (硫)等有害元素，保證鋼水的純凈度基本達到潔凈鋼水平。鋼錠脫模后采用緩冷的方式，有效減輕了原始鋼錠內(nèi)部應(yīng)力，在后續(xù)軋制加熱過程中，采用燜鋼-升溫-保溫-升溫-保溫的方式，適當(dāng)降低加熱溫度，不僅消除了鋼水凝固過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，而且避免鋼錠內(nèi)部原始奧氏體晶粒過分長大，為鋼錠在軋制過程中晶粒的細化奠定堅實基礎(chǔ)。在軋制過程中，通過采用國內(nèi)先進的TMCP軋制技術(shù)和鋼板堆垛緩冷技術(shù)，能夠保證4140鋼板原始組織良好，通過合理的淬火+回火工藝，保證了 4140鋼板各項性能滿足要求。【具體實施方式】
[0008]本發(fā)明所述100_150mm合金結(jié)構(gòu)鋼4140厚板包含如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分(單位，wt%):C:0.10 ~0.17,Si:0.25 ~0.45,Mn:1.10 ~1.40,P ( 0.015,S ( 0.005、Als:
0.015 ~0.035、Nb:0.015 ~0.045、Ti:0.010 ~0.020，其它為 Fe 和殘留元素。
[0009]碳當(dāng)量[Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]..( 0.40。
[0010]為達到上述目的，本發(fā)明的生產(chǎn)方法包括:KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、吹氬處理、LF精煉、VD精煉、模鑄、鋼錠緩冷、鋼錠清理、加熱、控軋、堆冷、熱處理、緩冷工藝。在所述KR鐵水預(yù)處理中，到站鐵水必須扒前渣與扒后渣，保證液面渣層厚度< 20mm，脫硫劑加入量為每IOOt鋼水800KG，脫硫攪拌頭使用次數(shù)在50爐以內(nèi)，鐵水經(jīng)KR攪拌脫硫后保證鐵水S≤0.008%,脫硫溫降≤200C ;在所述轉(zhuǎn)爐冶煉中，入爐鐵水S≤0.008%、P≤0.060%,鐵水溫度> 1300°C，鐵水裝入量誤差按±0.5t來控制，廢鋼嚴格采用優(yōu)質(zhì)高合金鋼邊角料，過程槍位按前期1.0-1.3m、中期1.2-1.6m、后期1.0-1.1m控制，造渣堿度R按2.5-3.5控制，出鋼目標P≤0.010%、C≤0.05%、S≤0.003%,出鋼過程中向鋼包內(nèi)硅鋁鋇鈣、錳鐵合金、硅鐵合金和石灰、螢石。出鋼前用擋渣塞擋前渣出鋼，出鋼結(jié)束前采用擋渣錐擋渣，保證渣層厚度< 30mm，轉(zhuǎn)爐出鋼過程中要求全程吹氬；在所述吹氬處理中，氬站一次性加入鋁線，在氬站要求強吹氬5-8min，流量300-500NL/min，鋼液面裸眼直徑控制在300~500mm，離氬站溫度不得低于1580°C ;在所述LF精煉中，精煉過程中全程吹氬，加入渣料，堿度按
4.0-6.0控制，加入脫氧劑，加熱采用電流進行加熱，若埋弧效果明顯加熱時間按兩次控制，一加熱10_12min、一加熱過程按照成分配比連續(xù)性加入合金，二加熱6_8min，二加熱過程中補加脫氧劑，加大氬氣流量，使鋼水充分翻騰，合金均勻化，并要求粘渣次數(shù)大于5次，離站前加入硅鈣線，加硅鈣線前必須關(guān)閉氬氣，采用真空脫氣，上鋼溫度1610±10°C ;在所述VD精煉中，VD真空度必須達到67Pa以下，保壓時間必須≤22min，破真空后軟吹3_5min，軟吹過程中鋼水不得裸露，在線包抽真空時間30-50min，抽真空結(jié)束后進行定H，保證H含量在1.8PPm以下，覆蓋劑保證鋪滿鋼液面，加覆蓋劑前必須關(guān)閉氬氣，上鋼溫度1560±15°C ；在所述模鑄中，上線使用前錠模溫度< 100°C，澆注溫度控制在1545-1550°C，澆注時中注管上口與鋼包下水口的距離控制在< 150mm，澆注前，模鑄保護渣一半采取草繩吊掛的方式掛在錠模中，吊掛高度高于錠模底部300~400mm，另一半在開澆后3~4min內(nèi)加完，澆注到距離帽口 1/3位置時，向每個錠模內(nèi)添加50Kg碳化稻殼，澆注完畢后，先用氧管將帽口內(nèi)的碳化稻殼鋪平后，再向每個錠內(nèi)添加50-80Kg的碳化稻殼，并用氧管均勻鋪平；澆注完畢60min內(nèi)，要對每支錠及時補加40Kg以上的碳化稻殼保證帽口部位不見紅，同時要求在注畢l_2h內(nèi)，向每個錠模內(nèi)補加40-80Kg的碳化稻殼；在所述鋼錠緩冷中，鋼錠脫模后立即吊入緩冷內(nèi)進行緩冷，緩冷溫度400-500°C，緩冷時間48-72h ;在所述鋼錠清理中，鋼錠緩冷結(jié)束后用火焰槍對鋼錠寬度1/2位置進行清理，清理寬度控制在30-50CM，清理深度控制在5-10_ ;在所述加熱中，加熱溫度及加熱時間如下:鋼錠入庫溫度< 700°C，燜鋼溫度450-500°C，時間4h，升溫至一加熱速度100°C /S，當(dāng)溫度升至900°C時保溫8h，升溫至二加熱速度100-120°C /S，溫度升至1000°C時升溫速度不限，溫度升至1260-1800°C時保溫13h，然后進行翻鋼，翻鋼后重新升溫2h至1260-1280°C，然后保溫2h出鋼；在所述控軋中，采用兩階段軋制，累計壓下率> 60%，開軋溫度1000°C~1050°C，粗軋階段道次壓下量控制在35-45mm，晾鋼厚度為H (成品厚度)+60mm,精軋開軋溫度840_880°C，終軋溫度800~8300C，軋后不進行快速冷卻，直接送往矯直機進行矯平；在所述堆冷中，軋后堆入緩冷坑進行堆垛緩冷，堆冷溫度不低于450°C，堆冷時間>48小時，拆垛時表面溫度需≤120°C ；在所述熱處理中，在外部機械化爐進行淬火+回火處理，淬火時爐內(nèi)溫度910-930°C，保溫系數(shù)2.0-2.5min/mm，淬火方式采用油淬，入淬火池鋼板溫度≥860°C，淬火30_60min至常溫，淬火后放入外部機械化爐進行回火，回火溫度550-570°C，保溫系數(shù)4.0-4.2min/mm,出爐后空冷；熱處理后將鋼板堆垛緩冷，并用石棉布將鋼板四周包裹。
[0011]實施例1
通過KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、吹氬處理、LF精煉、VD精煉、模鑄、鋼錠緩冷、鋼錠清理、加熱、控軋、堆冷、熱處理、緩冷工藝，獲得一種100-150mm合金結(jié)構(gòu)鋼4140厚板，它包含如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分(單位，wt%):C:0.39、Si:0.20、Mn:0.85、P:0.010、S:0.003、Als:0.02、Cr:0.9、Μο:0.17，其它為 Fe 和殘留元素。
[0012]實施例2
通過KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、吹氬處理、LF精煉、VD精煉、模鑄、鋼錠緩冷、鋼錠清理、加熱、控軋、堆冷、熱處理、緩冷工藝，獲得一種100-150mm合金結(jié)構(gòu)鋼4140厚板，它包含如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分(單位，wt%):C:0.42、Si:0.30、Mn:0.95、P:0.008、S:
0.002, Als:0.04, Cr:1.0, Mo:0.23，其它為 Fe 和殘留元素。
[0013]機械力學(xué)性能分析
成分及機械力學(xué)性能按ASTM A29/A29M-4執(zhí)行，機械力學(xué)性能具體見下表。
[0014]100_150mm合金結(jié)構(gòu)鋼4140厚板機械力學(xué)性能
【權(quán)利要求】
1.一種100-150mm合金結(jié)構(gòu)鋼4140厚板，其特征在于所述100-150mm合金結(jié)構(gòu)鋼4140厚板包含如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分:C:0.39~0.42,S1:0.20~0.30,Mn:0.85~0.95、P ≤ 0.010, S ≤ 0.003、Als:0.020 ~0.040, Cr:0.9-1.0, Mo:0.17-0.23，其它為 Fe 和殘留元素。
2.一種如權(quán)利要求1所述100-150mm合金結(jié)構(gòu)鋼4140厚板的生產(chǎn)方法，它包括如下步驟: a.KR鐵水預(yù)處理:到站鐵水必須扒前渣與扒后渣，保證液面渣層厚度≤20mm，脫硫劑加入量為每100t鋼水800KG，脫硫攪拌頭使用次數(shù)在50爐以內(nèi)，鐵水經(jīng)KR攪拌脫硫后保證鐵水S≤ 0.008%，脫硫溫降≤20°C ；b.轉(zhuǎn)爐冶煉:入爐鐵水SS 0.008%、P ≤ 0.060%，鐵水溫度≥ 1300°C，鐵水裝入量誤差按±0.5t來控制，廢鋼嚴格采用優(yōu)質(zhì)高合金鋼邊角料，過程槍位按前期1.0-1.3m、中期1.2-1.6m、后期1.0-1.1m控制，造渣堿度R按2.5-3.5控制，出鋼目標P≤0.010%、C≤0.05%、S≤0.003%,出鋼過程中向鋼包內(nèi)硅鋁鋇鈣、錳鐵合金、硅鐵合金和石灰、螢石；出鋼前用擋渣塞擋前渣出鋼，出鋼結(jié)束前采用擋渣錐擋渣，保證渣層厚度≤ 30mm，轉(zhuǎn)爐出鋼過程中要求全程吹氬；c.吹氬處理:氬站一次性加入鋁線，在氬站要求強吹IS 5-8min,流量300_500NL/min,鋼液面裸眼直徑控制在300~500mm,離氬^占溫度不得低于1580°C ；d.LF精煉:精煉過程中全程吹氬，加入渣料，堿度按4.0-6.0控制，加入脫氧劑，加熱采用電流進行加熱，若埋弧效果明顯加熱時間按兩次控制，一加熱10-12min、一加熱過程按照成分配比連續(xù)性加入合金，二加熱6-8min，二加熱過程中補加脫氧劑，加大氬氣流量，使鋼水充分翻騰，合金均勻化，并要求粘渣次數(shù)大于5次，離站前加入硅鈣線，加硅鈣線前必須關(guān)閉氬氣，采用真空脫氣，上鋼溫度1610±10°C ;e.VD精煉:VD真空度必須達到67Pa以下，保壓時間必須≥22min，破真空后軟吹3_5min，軟吹過程中鋼水不得裸露，在線包抽真空時間30-50min，抽真空結(jié)束后進行定H，保證H含量在1.8PPm以下，覆蓋劑保證鋪滿鋼液面，加覆蓋劑前必須關(guān)閉氬氣，上鋼溫度1560±15°C ；f.模鑄:上線使用前錠模溫度≤100°C，澆注溫度控制在1545-1550°C，澆注時中注管上口與鋼包下水口的距離控制在≤150_，澆注前，模鑄保護渣一半采取草繩吊掛的方式掛在錠模中，吊掛高度高于錠模底部300~400mm,另一半在開燒后3~4min內(nèi)加完,燒注到距離帽口 1/3位置時，向每個錠模內(nèi)添加50Kg碳化稻殼，澆注完畢后，先用氧管將帽口內(nèi)的碳化稻殼鋪平后，再向每個錠內(nèi)添加50-80Kg的碳化稻殼，并用氧管均勻鋪平；澆注完畢60min內(nèi)，要對每支錠及時補加40Kg以上的碳化稻殼保證帽口部位不見紅，同時要求在注畢l_2h內(nèi)，向每個錠模內(nèi)補加40-80Kg的碳化稻殼；g.鋼錠緩冷:鋼錠脫模后立即吊入緩冷內(nèi)進行緩冷，緩冷溫度400-500°C，緩冷時間 48-72h ； h.鋼錠清理:鋼錠緩冷結(jié)束后用火焰槍對鋼錠寬度1/2位置進行清理，清理寬度控制在30-50CM，清理深度控制在5-10mm ； . 1.加熱:加熱溫度及加熱時間如下:鋼錠入庫溫度≤700°C，燜鋼溫度450-500°C，時間4h，升溫至一加熱速度100°C /S，當(dāng)溫度升至900°C時保溫8h，升溫至二加熱速度100-120°C /S，溫度升至1000°C時升溫速度不限，溫度升至1260-1800°C時保溫13h，然后進行翻鋼，翻鋼后重新升溫2h至1260-1280°C，然后保溫2h出鋼； j.控軋:采用兩階段軋制，累計壓下率≥60%，開軋溫度1000°C~1050°C，粗軋階段道次壓下量控制在35-45mm，晾鋼厚度為H+60mm，精軋開軋溫度840-880°C，終軋溫度800~830°C，軋后不進行快速冷卻，直接送往矯直機進行矯平； k.堆冷:軋后堆入緩冷坑進行堆垛緩冷，堆冷溫度不低于450°C，堆冷時間>48小時，拆垛時表面溫度需≤1200C ；L.熱處理:在外部機械化爐進行淬火+回火處理，淬火時爐內(nèi)溫度910-930°C，保溫系數(shù)2.0-2.5min/mm,淬火方式采用油淬，入淬火池鋼板溫度≥860°C，淬火30_60min至常溫，淬火后放入外部機械化爐進行回火，回火溫度550-570°C，保溫系數(shù)4.0-4.2min/mm,出爐后空冷； m.緩冷:熱處理后將鋼板堆垛緩冷，并用石棉布將鋼板四周包裹。
【文檔編號】C22C38/14GK103725966SQ201310730214
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】朱書成, 李亮亮, 許少普, 康文舉, 楊東 申請人:南陽漢冶特鋼有限公司