一种700MPa级别高强工程机械用热轧钢带及其生产方法与流程

一种700mpa级别高强工程机械用热轧钢带及其生产方法
技术领域
1.本发明涉及工程机械用钢技术领域，具体而言，尤其涉及一种700mpa级别高强工程机械用热轧钢带及其生产方法。


背景技术：

2.目前工程机械正向着大型化、高功率、高参数方向发展。高强度工程机械用钢可以提高机械的比强度，提高工程机械的性能参数或在相同的参数条件下实现轻量化，符合工程机械用钢的发展方向。高强工程机械用钢是以c-mn钢为基础加入mo、nb、v、ti等微合金元素的低合金高强度钢。目前，高强度钢板在工程机械行业和煤矿机械行业得到广泛应用，需求厚度以4-80mm为主，其中，20mm以下厚度钢板主要为板卷开平类产品，绝大多数被应用于工程机械行业，用于制造起重机吊臂、车架等；20mm以上厚度钢板主要为中厚板类产品，多数被应用于煤矿机械行业。由于热轧板卷没有中厚板那样强的控制冷却手段，往往需要添加更多合金元素，提高了成本，并且板卷在使用过程中需要开平，残余应力对板形影响很大，为了减小或消除残余应力影响，板卷在生产过程中多采用平整矫直和热处理工艺。
3.专利cn107119238a公开了一种采用宽厚板轧机生产薄规格宽幅工程机械用700mpa级别钢板的方法，钢板中c、cr元素加入量较高，高温轧制过程中会带来较大的轧制负荷，不适合热连轧生产线，且仅提供了6.0-6.5mm厚度的宽幅钢板生产方法，未涉及较厚规格成品的生产方法，应用场景有限。
4.专利cn109136724a公开了一种低屈强比q690f工程机械用钢板及其制造方法，提供了一种屈服强度不低于690mpa，抗拉强度不低于740mpa，屈强比0.75
±
0.05，断后延伸率不低于16％，-60℃冲击功不低于150j的热轧工程机械用钢板的制造方法，其强化思路为组织强化，添加较多cr，添加b降低临界冷速以增大马氏体比例，利用zr对夹杂物进行改性，增加贝氏体与针状铁素体比例，适用于20-40mm更厚规格成品，由于其要求较好的合金控制精度与冷却强度，且终轧温度较高，因此工艺窗口较窄，较容易出现质量波动。


技术实现要素：

5.针对现有技术中热轧钢带生产存在的成本较高，性能不稳定等技术问题，本发明提供一种700mpa级别高强工程机械用热轧钢带及其生产方法。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种700mpa级别高强工程机械用热轧钢带的生产方法，包括以下步骤：
8.(1)铁水经过冶炼和连铸得到钢坯；
9.(2)将钢坯送入加热炉，入炉温度＜400℃，出炉温度为1220-1260℃，在炉时间为200-300min；
10.(3)经过再加热的钢坯送入粗轧机进行多道次粗轧，单道次轧制变形量≥20％；
11.(4)粗轧后的钢板送入精轧机进行多道次精轧，精轧开轧温度≤980℃，出口温度为850-900℃；
12.(5)精轧后的钢板进行层流冷却，采用10-20℃/s的速率将钢板冷却至终冷温度≤650℃，随后空冷至550-600℃进行卷取。
13.进一步地，步骤(1)中冶炼包括铁水预脱硫、转炉冶炼、lf精炼、rh真空精炼和钙处理。
14.进一步地，经过连铸获得的钢坯厚度为200-230mm。
15.进一步地，步骤(3)中，粗轧采用6道次轧制，粗轧后得到的中间坯的厚度为50-60mm。
16.进一步地，步骤(4)中，精轧采用6道次轧制。
17.本发明还提供了一种700mpa级别高强工程机械用热轧钢带，采用上述方法生产，所述热轧钢带为nb-ti-cr复合微合金化成分体系，化学成分按质量百分比计为：c：0.05-0.09％，si：0.05-0.35％，mn：1.60-1.90％，p：≤0.020％，s：≤0.008％，als：0.02-0.05％，nb：0.03-0.06％，ti：0.10-0.15％，cr：0.10-0.30％，n：≤0.005％，余量为fe和不可避免的杂质；所述热轧钢带厚度大于等于8mm，小于10mm。
18.本发明还提供了一种700mpa级别高强工程机械用热轧钢带，采用上述方法生产，所述热轧钢带为nb-v-ti-mo复合微合金化成分体系，化学成分按质量百分比计为：c：0.06-0.10％，si：0.05-0.35％，mn：1.60-1.90％，p：≤0.015％，s：≤0.005％，als：0.02-0.05％，nb：0.03-0.06％，v：0.06-0.10％，ti：0.07-0.10％，mo：0.10-0.20％，n：≤0.005％，余量为fe和不可避免的杂质；所述热轧钢带厚度为10～16mm。
19.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.本发明提供的700mpa级别高强工程机械用热轧钢带的生产方法，相比于传统的轧制加调质热处理生产方式，本发明提供的热连轧工艺具有流程短、效率高、成本低的特点，通过调节控轧控冷工艺参数，能够在较大范围调节强韧性匹配，大规模生产时具有较大工艺控制窗口，性能较稳定。
21.本发明提供的700mpa级别高强工程机械用热轧钢带，包括两套成分体系，充分考虑到了不同厚度规格钢带在常规热连轧生产线上需要的冷却均匀性差异，设计不同合金配比，以达到在满足性能的同时减少合金浪费的目的；本发明提供的钢带，显微组织为准多边形铁素体、微量珠光体与不同尺度析出相，在提高强度的同时能够保持良好的塑性和韧性。
22.基于上述理由本发明可在高强工程机械用热轧钢带生产领域广泛推广。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例2所述钢带的显微组织图。
25.图2为本发明实施例4所述钢带的显微组织图。
26.图3为本发明实施例3所述钢带的显微组织图。
27.图4为本发明实施例3所述钢带的析出相透射电镜照片。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明提供了一种700mpa级别高强工程机械用热轧钢带的生产方法，包括以下步骤：
30.(1)铁水经过冶炼和连铸得到钢坯；冶炼包括铁水预脱硫、转炉冶炼、lf精炼、rh真空精炼和钙处理；
31.(2)将钢坯送入加热炉，入炉温度＜400℃，出炉温度为1220-1260℃，在炉时间为200-300min；
32.(3)经过再加热的钢坯送入粗轧机进行6道次粗轧，单道次轧制变形量≥20％，粗轧后得到的中间坯的厚度为50-60mm；
33.(4)粗轧后的钢板送入精轧机进行6道次精轧，精轧开轧温度≤980℃，出口温度为850-900℃；
34.(5)精轧后的钢板进行层流冷却，采用10-20℃/s的速率将钢板冷却至终冷温度≤650℃，随后空冷至550-600℃进行卷取。
35.进一步地，经过连铸获得的钢坯厚度为200-230mm。
36.本发明提供的700mpa级别高强工程机械用热轧钢带的生产方法，其中：
37.对钢坯进行再加热的主要作用是使合金元素固溶并使合金浓度均匀化，如果钢坯加热温度偏低，会导致成品钢中的铌、钒、钛等合金元素未能形成有效固溶，从而影响析出，导致无法有效细化晶粒，使得强韧性降低；如果钢坯加热温度过高，或者入炉温度过高，则会导致成品钢的微观组织粗大，降低成品钢的强韧性，因此，本发明将再加热温度控制在1220-1260℃；
38.粗轧的主要作用是通过奥氏体动态再结晶细化晶粒，同时利用奥氏体中析出相钉扎奥氏体晶界，从而细化晶粒；较大的粗轧单道次变形量可以促进析出，减小再结晶奥氏体尺寸，动态再结晶需要变形量超过临界变形量，因此本发明将粗轧单道次变形量控制在≥20％；
39.精轧的前段依然在奥氏体再结晶区，通过动态再结晶控制晶粒尺寸；精轧后段位于奥氏体非再结晶区，目的是使再结晶奥氏体充分形变，为后续的铁素体相变提供形核能和形核质点，采用六机架轧制可以提高后几个机架的道次压下量，使未再结晶奥氏体变形量增大；
40.同时，本发明将精轧的开轧温度设定为≤980℃，能够防止再结晶奥氏体的长大，否则易造成混晶组织，同时也能够兼顾析出过程；
41.将精轧出口温度设定为860-900℃，既避开了奥氏体-铁素体两相区，以免引起混晶组织，同时也在可能的情况下尽量降低了精轧出口温度，防止相变后晶粒长大；
42.层流冷却过程中会发生铁素体相变和铁素体中的过饱和析出，为提高成品钢强
度，提高纳米级析出相的析出比例，本发明将卷取温度设定为550-600℃以促进析出；同时，由于珠光体相变会严重影响碳化物析出，本发明在层流冷却的第一段冷却时采用较高的10-20℃/s的冷却速率，以避开珠光体相变区，从而提高析出相比例，提高强化效果。
43.本发明还提供了一种700mpa级别高强工程机械用热轧钢带，采用上述方法生产，所述热轧钢带为nb-ti-cr复合微合金化成分体系，化学成分按质量百分比计为：c：0.05-0.09％，si：0.05-0.35％，mn：1.60-1.90％，p：≤0.020％，s：≤0.008％，als：0.02-0.05％，nb：0.03-0.06％，ti：0.10-0.15％，cr：0.10-0.30％，n：≤0.005％，余量为fe和不可避免的杂质；所述热轧钢带厚度大于等于8mm，小于10mm。
44.本发明还提供了一种700mpa级别高强工程机械用热轧钢带，采用上述方法生产，所述热轧钢带为nb-v-ti-mo复合微合金化成分体系，化学成分按质量百分比计为：c：0.06-0.10％，si：0.05-0.35％，mn：1.60-1.90％，p：≤0.015％，s：≤0.005％，als：0.02-0.05％，nb：0.03-0.06％，v：0.06-0.10％，ti：0.07-0.10％，mo：0.10-0.20％，n：≤0.005％，余量为fe和不可避免的杂质；所述热轧钢带厚度为10～16mm。
45.表1不同厚度规格的钢带成分
46.厚度csimnpsals8～《10mm0.05-0.090.10-0.351.60-1.90≤0.015≤0.0050.02-0.0510～16mm0.06-0.100.10-0.351.60-1.90≤0.015≤0.0050.02-0.05 nbvtimocrn8～《10mm0.03-0.06/0.10-0.15/0.10-0.30≤0.00510～16mm0.03-0.060.06-0.100.07-0.100.10-0.20/≤0.005
47.本发明提供的钢带成分设计原理为：
48.碳(c)：碳作为主要的固溶强化元素，可以提高强度，同时能与铌、钼、钒、钛等微合金元素形成碳化物，在板坯加热及轧制各个阶段防止晶粒异常长大并具有一定沉淀强化作用；但是碳含量过高会降低钢的韧塑性并影响焊接区性能，本发明将碳含量控制在0.10％以内；
49.硅(si)：硅在冶炼过程中作为还原剂与脱氧剂，过高的硅含量会降低钢的塑性、韧性与焊接性能，本发明控制硅含量不超过0.40％；
50.锰(mn)：锰的主要作用是置换固溶强化，用于弥补碳含量低造成的强度下降。同时，锰可以降低奥氏体相变温度，稳定奥氏体相，细化相变组织，降低韧脆转变温度。锰含量偏低会降低钢的强度，锰含量偏高易造成中心偏析和枝晶偏析，降低钢的冲击韧性，引起力学性能的各向异性，本发明将锰含量控制在1.60％-1.90％；
51.铌(nb)、钒(v)、钛(ti)：铌、钒、钛是主要的微合金元素，在板坯加热和热轧不同阶段析出碳氮化物起到细化晶粒和沉淀强化作用；铌的作用主要是在奥氏体中析出，钉扎奥氏体晶界，扩大奥氏体未再结晶区，增加未再结晶奥氏体变形量，从而细化晶粒；此外，铌的碳氮化物可以钉扎住奥氏体晶界，使其晶粒细化，从而提高厚度方向组织均匀性；钒可以在精轧阶段高温碳氮化物析出起到增加铁素体形核质点，细化铁素体晶粒的作用；钛在板坯加热阶段析出碳氮化物可以防止奥氏体晶粒异常长大；在再结晶轧制阶段钉扎奥氏体晶界，细化再结晶奥氏体；在后续的冷却和卷取过程中从铁素体中过饱和析出纳米级碳化物，起到弥散强化作用；综合考虑析出效果与合金成本，本发明将铌含量控制在0.03-0.06％，
钒含量控制在0.06-0.10％，钛含量控制在0.07-0.15％；为了降低氮对于钛析出的影响，将氮含量限制在0.005％以内；
52.铬(cr)、钼(mo)：铬、钼的主要作用是提高钢的淬透性，改善厚规格钢表面与心部组织的均匀性，抑制先共析铁素体转变，促进针状铁素体或低碳贝氏体转变，提高微观组织中的位错密度，提高钢的冲击功；其中铬提高淬透性的作用稍弱但成本较低，钼会促进钒、钛的第二相析出细小弥散化，从而提高钢的强韧性；本发明将厚规格(10mm以上)产品的钼含量控制在0.10-0.20％，不添加铬；薄规格(10mm及以下)产品的铬元素含量控制在0.10-0.30％，不添加钼。
53.本发明提供的700mpa级别工程机械用热轧钢带及其生产方法，所述钢带采用低碳复合微合金化的成分体系，结合控轧控冷工艺，得到的成品抗拉强度760-950mpa、屈服强度大于685mpa，延伸率15％以上，180
°
冷弯试验d＝2a合格，-20℃冲击功均值40j以上。
54.下面结合实施例1-4具体说明本发明所述的钢带及其生产方法，钢带成分及对应生产过程的工艺参数如表2-3所示，其中，实施例1-实施例2为厚度规格低于10mm的产品，采用nb-ti-cr复合微合金化成分体系，实施例3-实施例4为厚度规格为10-16mm的产品，采用nb-ti-v-mo复合微合金化成分体系，分别采用本发明提供的生产方法依次经过热连轧轧制、经过前段快速冷却的层流冷却方式，制得相应的成品钢板。
55.表2实施例1-4所述钢带对应的化学成分
[0056][0057][0058]
表3实施例1-4所述钢带对应生产方法的工艺参数
[0059][0060]
如图1-3所示，分别显示了实施例2-4所述钢带的显微组织，可以看出，钢带均包括铁素体与少量珠光体，图4为本发明实施例3所述钢带的析出相透射电镜照片，可以看出晶粒内部有很多纳米级析出相；表4列出了实施例1-4所述钢带对应的力学性能指标，说明本发明提供的钢带及其生产方法在提高了钢带强度的同时也保持了良好的塑性和韧性。
[0061]
表4实施例1-4所述钢带的力学性能指标
[0062]
性能指标屈服强度/mpa抗拉强度/mpa延伸率/％-20℃冲击功/j180
°
冷弯屈强比
实施例172380821.81032a0.89实施例272682821.883.32a0.88实施例370380119.0105.32a0.88实施例472184518.578.62a0.86
[0063]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。