一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法

摘要

本发明公开了一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法，所述方法包括，将连铸获得的板坯进行加热、除鳞、粗轧、精轧、预矫直，获得钢板；所述板坯包括以下质量分数的化学组分，C，0.08～0.12％，Mn，1.1～1.4％，Nb，0.02～0.04％，Ti，0.01～0.03％，Cr，0.2～0.5％，Mo，0.1～0.3％，B，0.0015～0.003％；所述预矫直中，咬入速度为0.5～0.8m/s；将所述钢板在线水冷、空冷和回火，获得耐低温高强钢。本申请将热轧后的钢板直接进行淬火处理，无需冷却后再重新加热，实现了钢板余热利用，节约能源，降低了生产成本。

权利要求

1.一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括，将连铸获得的板坯进行加热、除鳞、粗轧、精轧、预矫直，获得钢板；所述板坯包括以下质量分数的化学组分：C，0.08 0.12%，Mn，1.1 1.4%，Nb，0.02 0.04%，Ti，0.01 0.03%，Cr，~ ~ ~ ~

0.2 0.5%，Mo，0.1 0.3%，B，0.0015 0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质；除鳞压力为20.5~ ~ ~ ~

23.5 MPa，所述预矫直中，咬入速度为0.5 0.8m/s，所述精轧开始温度为860 900℃，所述精~ ~

轧结束温度为800 840℃；

~

将所述钢板在线水冷、空冷和回火，获得耐低温高强钢；

所述在线水冷采用UFC+ACC的冷却模式，其中，UFC为超快速冷却，ACC为层流冷却，钢板入水温度为760 800℃，终冷温度为200 300℃，所述在线水冷速率为25℃ 30℃/min；所述~ ~ ~

空冷中，终冷温度为50 300℃，所述空冷速率为0.5 5℃/min；所述回火温度为550 650℃，~ ~ ~

回火时间t为t=（1.5 2）×h，其中，h为所述耐低温高强钢的厚度，所述耐低温高强钢的厚度~

为16 30mm。

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2.根据权利要求1所述的一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法，其特征在于，所述加热温度为1160 1200℃，所述加热时间为240 300min。

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3.根据权利要求1所述的一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法，其特征在于，所述耐低温高强钢的显微组织为贝氏体、马氏体和铁素体，所述马氏体的体积分数为60 70%，所述~

贝氏体的体积分数为20 30%，所述铁素体的体积分数为5 10%。

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说明书

一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于钢材轧制技术领域，特别涉及一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法。

背景技术

[0002] 耐低温高强钢属于高强度焊接结构钢，厚度一般为8～120mm，可广泛应用于煤矿机械、工程机械等领域。为保证产品的强度，这种耐低温高强钢普遍采用调质状态交货。其
常规生产工艺为，连铸获得的铸坯经过加热炉加热‑除磷‑轧制‑钢板冷却‑钢板离线淬火‑
钢板回火，这种常规的生产工艺由于产线设备及布置等原因，在钢板轧制工序完成之后下
线自然冷却，而后再将自然冷却后的钢板升温淬火，这样造成了轧后余热资源的极大浪费。
将热轧后的钢板直接在线淬火，可以充分的利用轧后的钢板余热，但是这会造成耐低温高
强钢板形不良。

发明内容

[0003] 针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法，以解决轧后钢板直接在线淬火，造成耐低温高强钢板形不良的问题。

[0004] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

[0005] 本发明提供了一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法，所述方法包括，

[0006] 将连铸获得的板坯进行加热、除鳞、粗轧、精轧、预矫直，获得钢板；所述板坯包括以下质量分数的化学组分，C，0.08～0.12％，Mn，1.1～1.4％，Nb，0.02～0.04％，Ti，0.01～
0.03％，Cr，0.2～0.5％，Mo，0.1～0.3％，B，0.0015～0.003％；所述预矫直中，咬入速度为
0.5～0.8m/s；

[0007] 将所述钢板在线水冷、空冷和回火，获得耐低温高强钢。

[0008] 进一步地，所述加热温度为1160～1200℃，所述加热时间为240～300min。

[0009] 进一步地，所述除鳞中，除鳞水的压力为20.5～23.5MPa。

[0010] 进一步地，所述精轧开始温度为860～900℃，所述精轧结束温度为800～840℃。

[0011] 进一步地，所述在线水冷中，钢板入水温度为760～800℃，终冷温度为200～300℃，所述在线水冷速率为25℃～30℃/min。

[0012] 进一步地，所述空冷中，终冷温度为50～300℃，所述空冷速率为0.5～5℃/min。

[0013] 进一步地，所述回火温度为550～650℃，回火时间t为t＝(1.5～2)×h，其中，h为所述耐低温高强钢的厚度，所述耐低温高强钢的厚度为16～30mm。

[0014] 进一步地，所述耐低温高强钢的显微组织为贝氏体、马氏体和铁素体，所述马氏体的体积分数为60～70％，所述贝氏体的体积分数为20～30％，所述铁素体的体积分数为5～
10％。

[0015] 本发明的有益效果至少包括：

[0016] 本发明提供了一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法，所述方法包括，将连铸获得的板坯进行加热、除鳞、粗轧、精轧、预矫直，获得钢板；所述板坯包括以下质量分数的化
学组分，C，0.08～0.12％，Mn，1.1～1.4％，Nb，0.02～0.04％，Ti，0.01～0.03％，Cr，0.2～
0.5％，Mo，0.1～0.3％，B，0.0015～0.003％；所述预矫直中，咬入速度为0.5～0.8m/s；将所
述钢板在线水冷、空冷和回火，获得耐低温高强钢。本发明将精轧后的带有热量的钢板不下
线，在线水冷，进行调质处理，这种直接在线水冷会造成钢板板形不良，因此在线水冷前进
行特定的预矫直处理，可以进一步的改善轧制之后钢板的头尾翘曲及波浪，同时在保证耐
低温高强钢具有良好强度的前提下，利用了热轧后的钢板的余热，实现了能源高效利用。

附图说明

[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他
的附图。

[0018] 图1为本发明实施例的一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法工艺步骤图。

具体实施方式

[0019] 下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明
本发明，而非限制本发明。

[0020] 在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领
域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

[0021] 除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

[0022] 本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

[0023] 本发明实施例提供了一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法，图1为本发明实施例的一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法的工艺步骤图，结合图1，所述方法包括，

[0024] S1，将连铸获得的板坯进行加热、除鳞、粗轧、精轧、预矫直，获得钢板；

[0025] 所述板坯包括以下质量分数的化学组分，C，0.08～0.12％，Mn，1.1～1.4％，Nb，0.02～0.04％，Ti，0.01～0.03％，Cr，0.2～0.5％，Mo，0.1～0.3％，B，0.0015～0.003％。

[0026] Cr在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性，提高钢的强度，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能；Mo在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性；Ti在低合金钢
中能提高塑性和韧性；微量Nb，可以在不影响钢的塑性或韧性的情况下提高钢的强度，由于
有细化晶粒作用，能提高钢的冲击韧性并降低其脆性转变温度；Mn强烈增加钢的淬透性并
与S形成熔点较高的MnS，可防止因FeS而导致的热脆现象；通过添加一定含量的B元素，可以
提高钢板的淬透性，保证得到马氏体和贝氏体组织。该合金配比能有效的提高钢板淬火和
回火状态的力学性能。

[0027] 进一步地，所述加热温度为1160～1200℃，所述加热时间为240～300min。

[0028] 经过加热，将板坯烧透，使板坯可以实现再结晶区粗轧和未再结晶区精轧，有利于轧制阶段细化晶粒，由于预矫直工艺能够改善轧制之后钢板的头尾翘曲及波浪，但增加预
矫直工艺会降低钢板的入水温度，本方案设置的精轧开轧温度和终轧温度高于常规轧制工
艺的温度，以弥补预矫直工艺带来的温降影响，使钢板在进入水冷设备之前未发生相变，这
样可以利用轧后余热实现淬火效果。

[0029] 进一步地，所述除鳞压力为20.5～23.5MPa。经过除鳞，将板坯加热过程中表面生成的氧化铁皮去除，防止轧制过程出现缺陷影响钢板的表面质量。若除鳞压力过小，板坯表
面的氧化铁皮去除不净，可能会出现麻坑、氧化铁皮压入等缺陷；若除鳞压力过大，会造成
能源浪费。

[0030] 经过粗轧后获得的中间坯的厚度为耐低温高强钢的厚度的2～2.5倍，可以保证粗轧与精轧阶段的压缩比分配要求，同时能够合理的分配粗轧机和精轧机的负荷分配。

[0031] 进一步地，所述精轧开始温度为860～900℃，所述精轧结束温度为800～840℃。

[0032] 耐低温的常规轧制中，采用线下淬火工艺，其精轧终轧温度一般为800℃以下，本申请比常规的轧制的终轧温度高，是为了抵消因为预矫直工序所带来的温降。

[0033] 进一步地，所述预矫直中，咬入速度为0.5～0.8m/s。

[0034] 咬入速度不可过快，否则改善板形效果不明显，咬入速度不可过慢，否则温降过大，且生产效率低。

[0035] S2，将所述钢板在线水冷、空冷和回火，获得耐低温高强钢。

[0036] 耐低温高强钢是高强度焊接结构钢，广泛应用于煤矿机械、工程机械，如液压支架、港口起重机、平板运输车等，其要求具有耐低温高强度。

[0037] 进一步地，所述在线水冷中，钢板入水温度为760～800℃，终冷温度为200～300℃，所述在线水冷速率为25～30℃/min。

[0038] 所述在线水冷采用UFC+ACC的冷却模式，其中，UFC为超快速冷却，ACC为层流冷却，在线水冷在冷却器中进行，冷却器内矫直速度为1～1.2m/s，这种在线水冷可以充分利用钢
板的余热，节约加热时间和热量，经过在线水冷，钢板轧制后的位错得以保留，相比于离线
淬火工艺，在线淬火钢板的强度会得到提高。如果钢板的入水温度过低，则会造成先共析铁
素体析出降低钢板的强度，如果入水温度过高，则会因为在冷却器中的温降过大产生比较
大的热应力，影响水冷后的板形。如果冷却过程的冷却速率、终冷温度达不到上述范围，水
冷后的钢板得不到预定的贝氏体、马氏体组织，而贝氏体和马氏体较硬，如贝氏体和马氏体
体积分数低，耐低温的强度会降低。

[0039] 进一步地，所述空冷中，终冷温度为50～300℃，所述空冷速率为0.5～5℃/min。

[0040] 本申请采用较低的空冷冷却速率，可使在上一步骤的水冷时在较快冷速条件下产生的相变应力和热应力均匀化，有利于控制良好的最终板形。

[0041] 进一步地，所述回火温度为550～650℃，回火时间t为t＝(1.5～2)×h，其中，h为所述耐低温高强钢的厚度，所述耐低温高强钢的厚度为16～30mm。

[0042] 通过回火主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韧性等。通过较高的回火温度和适当的回火时间，实现最终钢板
强韧性的匹配和稳定的物理尺寸。

[0043] 进一步地，所述耐低温高强钢的显微组织为贝氏体、马氏体和铁素体，所述马氏体的体积分数为60～70％，所述贝氏体的体积分数为20～30％，所述铁素体的体积分数为5～
10％。

[0044] 耐低温高强钢经过上述的处理后，含有马氏体和贝氏体组织，另外还有少量的铁素体。其中马氏体的体积分数为60～70％，马氏体组织不能过多，过多会影响耐低温高强钢
的冲击韧性，过少会降低强度。贝氏体的体积分数为20～30％，贝氏体组织在耐低温高强钢
起到均衡强度和韧性的作用。铁素体的体积分数为5～10％，其在耐低温高强钢中起提高韧
性作用。

[0045] 本发明提供了一种耐低温热轧高强钢的制备方法，采用轧制结束后钢板不下线，在线进行水冷淬火，充分利用了轧后钢板的余热，降低了生产成本，具有节能的优点，且生
产节奏快，交货周期可以缩短一周；在精轧后后在线水冷前进行预矫直，可以改善淬火后造
成的板形不良问题；采用高精轧温度，可以弥补预矫直所造成的的温降；采用低碳的成分设
计，添加适量的Mn、Cr、Mo、Nb、Ti合金元素，发挥强化作用并提高钢的淬透性，保证淬火后的
钢板组织为贝氏体和马氏体，提高了耐低温高强钢的屈服和抗拉强度。

[0046] 下面将结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

[0047] 实施例1到实施例4提供了一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法，所述方法包括，

[0048] S1，将连铸获得的板坯进行加热、除鳞、粗轧、精轧、预矫直，获得钢板，所述板坯的化学成分如表1所示。

[0049] S2，将所述钢板在线水冷、空冷和回火，获得耐低温高强钢。

[0050] 制备过程的工艺控制如表2和表3所示，耐低温高强钢的纤维组织及其纤维组织的体积分数如表4所示。

[0051] 表1

[0052]

[0053] 注：本发明实施例1到实施例4提供的板坯的化学组分除表1中的提到的化学组分，其余为Fe和不可避免的杂质。

[0054] 表2

[0055]

[0056] 表3

[0057]

[0058] 表4

[0059] 项目 马氏体，％ 贝氏体，％ 铁素体，％实施例1 65 25 10
实施例2 68 22 10
实施例3 62 28 10
实施例4 70 24 6

[0060] 对比例1

[0061] 对比例1提供了一种800MPa级耐低温高强钢的制备方法，所述方法包括，

[0062] S1，将连铸获得的板坯进行加热、除鳞、粗轧、精轧，获得钢板。

[0063] S2，将所述钢板线下空冷后，依次进行加热、水冷、空冷和回火，获得耐低温高强钢。

[0064] 其中，加热温度为900℃，水冷温度为100℃，水冷速度为30℃/s，回火温度为650℃，回火时间为60min。

[0065] 将实施例1到实施例4及对比例1所制备的耐低温高强钢的性能和板形进行检测，记录能耗，结果如表5所示。

[0066] 表5

[0067]

[0068] 本申请实施例1到实施例4制备的耐低温高强钢性能检测，其抗拉强度、屈服强度、延伸率、‑20℃冲击功和冷弯均合格，与对比例1的指标基本处于同一水平，且能耗由630千
克标煤/吨钢，降低至567千克标煤/吨钢以下，本申请在保证各项指标合格的前提下，利用
了钢板热轧后的余热，无需在淬火前进行加热，实现了节能，降低了生产成本，这种在线淬
火工艺生产的耐低温高强钢板形良好。

[0069] 最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且
还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的
要素。

[0070] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优
选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0071] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围
之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。