一种高强度调质钢及其生产方法

摘要

本发明公开了一种高强度调质钢及其生产方法，其合金元素组成质量百分比为：碳＝0.07～0.11，硅＝0.20～0.40，锰＝1.48～1.60，磷≤0.025，硫≤0.005，铌＝0.04～0.06，钛＝0.012～0.02，铝＝0.02～0.06，镍＝0.18～0.40，铬＝0.25～0.35，钼＝0.18～0.35，硼＝0.0008～0.0015，钒＝0.04～0.07，铁余量和不可避免的杂质。生产方法的工艺流程为：1.原料准备、2.转炉冶炼、3.LF精炼、4.VD真空脱气、5.连铸、6.加热炉加热、7.粗轧、8.精轧、9.ACC控冷、10.淬火炉奥氏体化、11.淬火机水淬、12.回火炉回火、13.成品入库。本发明适用于生产具有优良焊接性能的高韧性高强度调质钢。

权利要求

1.一种高强度调质钢的生产方法，其特征在于：合金元素组成的质量百分比为碳＝

0.07～0.11，硅＝0.20～0.40，锰＝1.48～1.60，磷≤0.025，硫≤0.005，铌＝0.04～

0.06，钛＝0.012～0.02，铝＝0.02～0.06，镍＝0.18～0.40，硼＝0.0008～0.0015，铌＝0.04～0.06，铬＝0.25～0.35，钼＝0.18～0.35，钒＝0.04～0.07，铁余量和不可避免的杂质；工艺流程为1-原料准备、2-转炉冶炼、3-LF精炼、4-VD真空脱气、5-连铸、

6-加热炉加热、7-粗轧、8-精轧、9-ACC控冷、10-淬火炉奥氏体化、11-淬火机水淬、12-回火炉回火、13-成品入库；所述的3-LF精炼工艺方法为精炼温度1500～1650℃，精炼时间≥35分钟，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2≤5.0；所述的4-VD真空脱气工艺为在

0.5tor的工作真空度条件下保持真空时间18分钟以上，对钢水进行脱氮、氢、氧处理，出站钢水中氮含量≤45PPm，氢含量≤2.5PPm，氧含量≤30PPm；所述的5-连铸的工艺方法为采用全程保护浇注，在1520～1550℃进行连铸；所述6-加热炉加热的工艺方法为加热温度在1200～1260℃之间，260mm厚度板坯要求加热时间≥4小时，均热时间≥40分钟，300mm厚度板坯要求加热时间≥4小时30分钟，均热时间≥50分钟；所述的7-粗轧的工艺方法为开轧温度≥1000℃，保证有连续3道次压下率≥15％；所述的8-精轧的工艺方法为每道次压下率≥10％，精轧终轧温度800～850℃；所述的9-ACC控冷的工艺方法为冷却速度控制在7～14℃/S，返红温度控制在550～650℃；所述的10-淬火炉奥氏体化的工艺方法为淬火炉温度＝900～960℃，加热时间以板厚1.6～3.2min/mm计算，在炉保温时间＝3

10～30分钟；所述的11-淬火机水淬的工艺方法为高压淬火水量3600～4200m/h，水压在6～11bar，淬火冷却速度＝10～25℃/S；所述的12-回火炉回火的工艺方法为回火温度＝520～670℃，在炉保温时间以板厚T表示为2.5T+(30～50)分钟。

说明书

一种高强度调质钢及其生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高强度调质钢及其生产方法，特别是涉及一种具有优良焊接性能的高韧性高强度调质钢及其生产方法。

背景技术

[0002] 具有优良焊接性能的高韧性高强度调质钢是一个高技术含量、高附加值的新钢种，它除有较高的屈服强度、抗拉强度外，还有良好的延伸性能、冷弯性能、焊接性能和抗冲击性能，主要应用在煤机行业、工程机械行业和钢构行业。在实际应用中，具有优良焊接性能的高韧性高强度调质钢与其他钢相比，可减少钢材的使用量，提高钢材使用寿命，节约资源，故被世界冶金行业誉为21世纪绿色环保钢种。

[0003] 但是随着社会与科技的发展，工程机械制造行业提出了大型化、轻量化的发展要求，调质钢势必向着更高的强度级别发展，同时对调质钢的强韧性匹配、焊接性、耐磨性等也提出更高的要求。目前已有技术生产的调制钢存在的最突出的问题是碳当量较高，达到0.5％～0.65％甚至更高，严重影响焊接性能，钢板低温冲击韧性不稳定、合金元素添加较多以及生产成本高导致不能满足用户的使用要求。针对传统调质钢高碳含量、高合金含量以及高碳当量所带来的成本较高、焊接性能不甚理想等缺点，如何将碳当量控制在0.5％以下，开发出低碳当量，具有良好焊接性能的新型调质高强钢以满足市场的要求，具有积极的意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种屈服强度≥670Mpa，抗拉强度≥770Mpa，低温冲击韧性—20℃，Akv≥120J，具有强度高、韧性好、优良的低温韧性、优良的加工性能与焊接性能的调质钢及其生产方法。

[0005] 本发明通过下述技术方案来实现：

[0006] 高强度调质钢的合金元素组成质量百分比为：碳＝0.07～0.11，硅＝0.20～0.40，锰＝1.48～1.60，磷≤0.025，硫≤0.005，铌＝0.04～0.06铌，钛＝0.012～0.02，铝＝0.02～0.06，镍＝0.18～0.40，硼＝0.0008～0.0015，铌＝0.04～0.06，铬＝
0.25～0.35，钼＝0.18～0.35，钒＝0.04～0.07，铁余量和不可避免的杂质。其中硼＝
0.0008～0.0015，铌＝0.04～0.06，铬＝0.25～0.35，钼＝0.18～0.35，钒＝0.04～
0.07为关键特征。

[0007] 高强度调质钢的生产方法，其工艺流程为：原料准备—转炉冶炼—LF精炼—VD真空脱气—连铸—加热炉加热—粗轧—精轧—ACC控冷—淬火炉奥氏体化—淬火机水淬—回火炉回火—成品入库。

[0008] 所述LF精炼的工艺方法：精炼温度＝1500～1650℃；化学成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35分钟，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2≤5.0。

[0009] 所述VD真空脱气的工艺方法：在0.5tor的工作真空度条件下，保持真空时间18分钟以上；对钢水进行脱氮、氢、氧处理，出站钢水中氮含量≤45PPm，氢含量≤2.5PPm，氧含量≤30PPm。

[0010] 所述加热炉加热的工艺方法：加热温度在1200℃～1260℃之间，260mm厚度板坯要求加热时间≥4小时，均热时间≥40分钟；300mm厚度板坯要求加热时间≥4小时30分钟，均热时间≥50分钟。

[0011] 所述ACC控冷的工艺方法：冷却速度＝7～14℃/S，终冷温度＝550～650℃；淬火炉奥氏体化：淬火炉温度＝900～960℃，加热时间以板厚1.6～3.2min/mm计算，在炉保温时间＝10～30分钟。(ACC——Accelerated Controlled Cooling，加速控制冷却，主要功能是钢板终轧后快冷，保存轧后细小的晶粒组织与控制组织的形态)

[0012] 所述淬火机水淬的工艺方法：高压淬火水量3600～4200m3/h，水压在6bar，淬火冷却速度＝10～25℃/S。

[0013] 所述回火炉回火的工艺方法：回火温度＝520～670℃，在炉保温时间以板厚T表示为：2.5T+30～50分钟。

[0014] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：在现有调质线的基础之上，通过优化合金成分设计方案，将碳当量Ceq控制在0.50％以下，焊接裂纹敏感系数Pcm控制在0.23％以下。开发出具有优良焊接性能的高韧性高强度调质钢，可大大减少机械用钢材的使用量，提高钢材使用寿命，节约资源，减少了环境污染。本发明适用于生产优良焊接性能的高韧性高强度调质钢。

附图说明

[0015] 附图为本发明实施例的工艺流程图。图中：1-原料准备，2-转炉冶炼，3-LF精炼，4-VD真空脱气，5-连铸，6-加热炉加热，7-粗轧，8-精轧，9-ACC控冷，10-淬火炉奥氏体化，
11-淬火机水淬，2-回火炉回火，13-成品入库。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0017] 参照附图：本发明的工艺流程为：1-原料准备、2-转炉冶炼、3-LF精炼、4-VD真空脱气、5-连铸、6-加热炉加热、7-粗轧、8-精轧、9-ACC控冷、10-淬火炉奥氏体化、11-淬火机水淬、12-回火处理、13-成品入库。

[0018] 以生产牌号为Q690E具有优良焊接性能的高韧性高强度调质钢为实施例。

[0019] 本发明包括合金元素、铁余量和不可避免的杂质，合金元素的化学成分重量百分比为：碳＝0.07～0.11，硅＝0.20～0.40，锰＝1.48～1.60，磷≤0.025，硫≤0.005，铌＝0.04～0.06，钛＝0.012～0.02，铝＝0.02～0.06，镍＝0.18～0.40，铬＝0.25～0.35，钼＝0.18～0.35，硼＝0.0008～0.0015，钒＝0.04～0.07。

[0020] 所述1-原料准备的工艺方法：常规操作。

[0021] 所述2-转炉冶炼的工艺方法：转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为(85％～95％)∶(5％～15％)；然后加入硅锰合金：Si≥17.0％、Mn≥65.0％、S≤0.04％、P≤0.25％、C≤1.8％，铁余量；中碳锰铁合金：Si≤1.5％、Mn≥78.0％、S≤0.03％、P≤0.20％、C≤1.5％，铁余量；低碳铬铁合金：Cr≥52.0％、C≤0.50％、Si≤3.0％、P≤0.06％S≤0.05％，铁余量；铌铁合金：Nb≥63.0％、Al≤3.0％、Si≤3.0％、C≤0.20％、P≤0.20％、S≤0.10％、铁余量；钼铁:：55.0％≤Mo≤65.0％、Si≤1.5％、S≤0.10％、P≤0.05％、C≤0.10％、Cu≤0.50％、Sb≤0.05％、Sn≤0.06％，铁余量；镍板：镍99.9％～100％，杂质余量；钒铁：V≥50.0％、C≤0.75％、Si≤2.5％、P≤0.10％、S≤0.05％、Al≤0.8％、Mn≤0.50％；硼铁：14.0％≤B≤19.0％、Si≤4.0％、P≤0.10％、S≤0.01％、C≤0.1％、Al≤6.0％；硅铝钡：Si≥35.00％、Al≥12.00％、Ba≥18.00％、Al+Ba≥30.00％、P≤0.05％、S≤0.10％；硅钙钡：Si≥50.0％、Ba>13.5％、Ca>12.5％、Ba+Ca≥28.0％、P≤0.10％、S≤0.15％，铝铁：Al≥70.0％，铁余量。

[0022] 所述3-LF炉精炼的工艺方法：精炼温度：1500～1650℃；成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35分钟，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2<5.0；对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求。

[0023] 所述4-VD炉真空脱气的工艺方法：在0.5tor的真空下，保持真空时间18分钟以上；对钢水进行脱氮、氢、氧处理，使出站钢水氮含量≤45PPm，氢含量≤2.5PPm，氧含量≤30PPm，大幅度提高钢水纯净度。

[0024] 所述5-连铸的工艺方法：采用全程保护浇注，在1520～1550℃进行连铸。

[0025] 所述6-加热炉加热的工艺方法：加热温度在1200～1260℃之间，加热温度在1200～1260℃之间，260mm厚度板坯要求加热时间≥4小时，均热时间≥40分钟；300mm厚度板坯要求加热时间≥4小时30分钟，均热时间≥50分钟。

[0026] 所述7-粗轧的工艺方法：开轧温度≥1000℃，保证有连续3道次压下率≥15％。

[0027] 所述8-精轧的工艺方法：每道次压下率≥10％，精轧终轧温度800～850℃。

[0028] 所述9-ACC控冷的工艺方法：冷却速度＝7～14℃/S，终冷温度550～650℃。

[0029] 所述10-淬火炉奥氏体化的工艺方法：淬火炉温度＝900～960℃，加热时间以板厚1.6～3.2min/mm计算，在炉保温时间＝10～30分钟。

[0030] 所述11-淬火机水淬的工艺方法：高压淬火水量3600～4200m3/h，水压在6～11bar，淬火冷却速度＝10～25℃/S。

[0031] 所述12-回火炉加火温度的工艺方法：回火温度＝520～670，在炉保温时间以板厚T表示为：2.5T+30～50分钟。

[0032] 所述13-成品入库的工艺方法：常规操作。

[0033] 实施例1：

[0034] 转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为(85％～95％)∶(5％～15％)；然后加入硅锰合金：Si≥17.0％、Mn≥65.0％、S≤0.04％、P≤0.25％、C≤1.8％，铁余量；中碳锰铁合金：Si≤1.5％、Mn≥78.0％、S≤0.03％、P≤0.20％、C≤1.5％，铁余量；低碳铬铁合金：Cr≥52.0％、C≤0.50％、Si≤3.0％、P≤0.06％、S≤0.05％，铁余量；铌铁合金：Nb≥63.0％、Al≤3.0％、Si≤3.0％、C≤0.20％、P≤0.20％、S≤0.10％、铁余量；钼铁:：55.0％≤Mo≤65.0％、Si≤1.5％、S≤0.10％、P≤0.05％、C≤0.10％、Cu≤0.50％、Sb≤0.05％、Sn≤0.06％，铁余量；镍板：镍99.9％～100％，杂质余量；钒铁：V≥50.0％、C≤0.75％、Si≤2.5％、P≤0.10％、S≤0.05％、Al≤0.8％、Mn≤0.50％；
硼铁：14.0％≤B≤19.0％、Si≤4.0％、P≤0.10％、S≤0.01％、C≤0.1％、Al≤6.0％；
硅铝钡：Si≥35.00％、Al≥12.00％、Ba≥18.00％、Al+Ba≥30.00％、P≤0.05％、S≤0.10％；硅钙钡：Si≥50.0％、Ba>13.5％、Ca>12.5％、Ba+Ca≥28.0％、P≤0.10％、S≤0.15％，铝铁：Al≥70.0％，铁余量。然后经过LF炉精炼，精炼温度：1500～1650℃；
成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35分钟，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2＝3.0；对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求；VD炉真空脱气处理：在0.5tor的真空下，保持真空时间20～25分钟之间，使出站钢水氢含量≤1.5PPm；在1520～1550℃进行连铸，铸成
260mm×2100mm、260mm×2280mm、300mm×2100mm、300mm×2280mm板坯。

[0035] 加热炉加热温度在1250℃左右；粗轧开轧温度≥1170℃，有连续3道次压下率≥15％；精轧每道次压下率≥10％，精轧终轧温度840℃；ACC冷却速度11℃/S，终冷温度620℃；淬火炉淬火温度950℃，淬火加热时间以板厚1.6min/mm计算，在炉保温时间＝30分钟；淬火机淬火冷却速度＝14～20℃/S；回火温度＝650℃，在炉保温时间＝在炉保温时间以板厚T表示为：2.5T+30～50分钟。

[0036] 采用实施例1的工艺方法生产的高强度结构用钢Q690E，具有细小均匀回火贝氏体与回火索氏体内部金相组织，晶粒度控制在11级以上，组织晶粒度差异控制在1.5级以内，力学性能均匀，力学性能达到如下指标：有屈服强度740Mpa，抗拉强度834Mpa，低温冲击韧性-40℃，Akv216J的性能。

[0037] 实施例2：

[0038] 转炉冶炼过程中加入铁水及废钢，铁水与废钢配比为：(85～95％)∶(5～15％)；然后加入硅锰合金：Si≥17.0％、Mn≥65.0％、S≤0.04％、P≤0.25％、C≤1.8％，铁余量；中碳锰铁合金：Si≤1.5％、Mn≥78.0％、S≤0.03％、P≤0.20％、C≤1.5％，铁余量；低碳铬铁合金：Cr≥52.0％、C≤0.50％、Si≤3.0％、P≤0.06％、S≤0.05％，铁余量；铌铁合金：Nb≥63.0％、A1≤3.0％、Si≤3.0％、C≤0.20％、P≤0.20％、S≤0.10％、铁余量；钼铁:：55.0％≤Mo≤65.0％、Si≤1.5％、S≤0.10％、P≤0.05％、C≤0.10％、Cu≤0.50％、Sb≤0.05％、Sn≤0.06％，铁余量；镍板：镍99.9～100％，杂质余量；钒铁：
V≥50.0％、C≤0.75％、Si≤2.5％、P≤0.10％、S≤0.05％、Al≤0.8％、Mn≤0.50％；
硼铁：14.0％≤B≤19.0％、Si≤4.0％、P≤0.10％、S≤0.01％、C≤0.1％、Al≤6.0％；
硅铝钡：Si≥35.00％、Al≥12.00％、Ba≥18.00％、Al+Ba≥30.00％、P≤0.05％、S≤0.10％；硅钙钡：Si≥50.0％、Ba>13.5％、Ca>12.5％、Ba+Ca≥28.0％、P≤0.10％、S≤0.15％，铝铁：Al≥70.0％，铁余量。然后经过LF炉精炼，精炼温度：1500～1650℃；
成分微调，造渣脱氧，精炼时间≥35分钟，全程吹氩搅拌，精炼渣碱度CaO/SiO2＝4.0；对化学成分进行微调，使其达到钢的内控要求；VD炉真空脱气处理：在0.5tor的真空下，保持真空时间15～22分钟之间，使出站钢水氢含量≤2.0PPm；在1520～1550℃进行连铸，铸成
260mm×2100mm、260mm×2280mm、300mm×2100mm、300mm×2280mm板坯。

[0039] 加热炉加热温度在1250℃之间；粗轧开轧温度1164℃，有连续3道次压下率≥15％；精轧每道次压下率≥10％，精轧终轧温度840℃。ACC冷却速度11℃/S，终冷温度620℃；淬火炉淬火温度930℃，淬火加热时间以板厚2.4min/mm计算，在炉保温时间＝30分钟；淬火机淬火冷却速度＝15～21℃/S；回火温度＝600℃，在炉保温时间＝在炉保温时间以板厚T表示为：2.5T+30～50分钟。

[0040] 采用实施例2的工艺方法生产的高强度结构用钢Q690E，具有细小均匀回火贝氏体与回火索氏体内部金相组织，晶粒度控制在11级以上，组织晶粒度差异控制在1.5级以内，力学性能均匀，力学性能达到如下指标：有屈服强度840Mpa，抗拉强度885Mpa，低温冲击韧性-40℃，Akv182J的性能。

[0041] 用上述方法生产的具有优良焊接性能的高韧性高强度调质钢，具有强度高、韧性好、优良的低温韧性、优秀的加工性能及优良的焊接性能，能够满足煤机行业、工程机械行业和结构钢行业用钢的要求。