本發(fā)明屬于冶金工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種工程機(jī)械用高強(qiáng)度鋼材的生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù):
高強(qiáng)度鋼作為一種特種鋼材,集中體現(xiàn)了一個(gè)國家冶金水平的高低,高強(qiáng)度鋼材按用途可分為高強(qiáng)度壓力容器用調(diào)質(zhì)鋼板、高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼、高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼等,同時(shí)鐵路列車原油運(yùn)輸槽罐及水電站壓力鋼管的需求也很大,目前我國高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板供應(yīng)中的大部分仍然是從國外進(jìn)口的。
高強(qiáng)度鋼的定義是相對于時(shí)代要求的技術(shù)進(jìn)步程度而在變化的。一般講,屈服強(qiáng)度在1370mpa以上,抗拉強(qiáng)度在1620mpa以上的合金鋼超高強(qiáng)度鋼。按其合金化程度和顯微組織可分為低合金中碳馬氏體強(qiáng)化超高強(qiáng)度鋼、中合金中碳二次沉淀硬化型超高強(qiáng)度鋼、高合金中碳ni—co型超高強(qiáng)度鋼、超低碳馬氏體時(shí)效硬化型超高強(qiáng)度鋼、半奧氏體沉淀硬化型不銹鋼等。
其中,超低碳馬氏體時(shí)效硬化型超高強(qiáng)度鋼,通常稱馬氏體時(shí)效鋼;鋼的基體為超低碳的鐵鎳或鐵鎳鈷馬氏體;其特點(diǎn)是,馬氏體形成時(shí)不需要快冷,可變溫及等溫形成;具有體心立方結(jié)構(gòu);硬度約為hrc20,塑性很好;加熱時(shí)不出現(xiàn)低碳馬氏體中發(fā)生的回火現(xiàn)象,并有很大的逆轉(zhuǎn)變溫度遲滯,因而可以在較高溫度進(jìn)行馬氏體基體內(nèi)的時(shí)效硬化。在這樣的高鎳馬氏體中含有能引起時(shí)效強(qiáng)化的合金元素,借助于時(shí)效強(qiáng)化,從過飽和的馬氏體中析出彌散分布的金屬間化合物,使鋼獲得高強(qiáng)度和高韌性。按鎳含量,馬氏體時(shí)效鋼分為25%ni、20%ni、18%ni和12%ni等類型。18%ni型應(yīng)用較廣,為含有鉬、鈦等強(qiáng)化原素的超低碳鐵-鎳(18%)-鉆(8.5%)合金,包括3個(gè)牌號:18%ni(200)、18%ni(250)、和18%ni(300)(200、250、300為抗拉強(qiáng)度等級,單位為ksi)。這種鋼是通過金屬間化合物的析出使鋼強(qiáng)化。借無碳的馬氏體基體取得高塑性,最后達(dá)到很高的強(qiáng)度塑性配合。這類鋼具有良好的成形性能、焊接性能和尺寸穩(wěn)定性,熱處理工藝也較簡單,用于航空、航天器構(gòu)件和冷擠、冷沖壓模具等。但是這種鋼材成分配比要求嚴(yán)格,鍛造難度大,生產(chǎn)成本高昂,不適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。
目前高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝大多采用“中板軋機(jī)熱軋+離線淬火+離線回火”的工藝進(jìn)行生產(chǎn)。如國內(nèi)90年代初,武漢鋼鐵公司首先采用“離線淬火+回火”工藝生產(chǎn)高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板,填補(bǔ)了國內(nèi)空白,部分高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼可替代進(jìn)口,但是應(yīng)用該工藝的生產(chǎn)成本依然相對較高,且生產(chǎn)的鋼材強(qiáng)度也不夠大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對以上問題,本發(fā)明的目的在于提供一種工程機(jī)械用高強(qiáng)度鋼材的生產(chǎn)工藝,應(yīng)用該工藝生產(chǎn)的鋼材強(qiáng)度高,具有優(yōu)異的低溫韌性,且生產(chǎn)成本相對較低,可以滿足工程機(jī)械用鋼的需求。
一種工程機(jī)械用高強(qiáng)度鋼材的生產(chǎn)工藝,其特征在于:所述鋼材化學(xué)成分組成按質(zhì)量比如下:
c:0.21-0.25%,cr:0.75-0.83%,
ca:0.64-0.72%,al:0.30-0.45,
si:0.32-0.35%,ni:0.15-0.22%,
re:0.17-0.23%,y:0.14-0.19%,
ti:0.12-0.17%,zr:0.38-0.42%,
ge:0.16-0.22%,b:0.45-0.48%,
w:0.34-0.46%,mo:0.16-0.21%,
mg:0.17-0.24%,mn:0.51-0.64%,s≤0.04%,p≤0.06%,
稀土金屬:0.13-0.26%,余量為fe;還包括下列生產(chǎn)加工的工藝步驟:
(1)鋼水預(yù)處理:按上述成分組成比例投入物料,在高爐中冶煉得到含有所需各元素的鋼水,轉(zhuǎn)爐出鋼過程中按比例加入足量的硅錳合金和鋁合金,并使用合成渣進(jìn)行渣洗,出鋼結(jié)束后喂入鋁線,控制鋼水中ald的含量低于0.30%;lf冶煉過程采用cao、al2o3造渣,冶煉過程全程吹入氬氣,造白渣后攪拌5-10min,lf冶煉結(jié)束后控制鋼水中al含量在0.30-0.45%之間,mn含量在0.51-0.64%之間;鋼水在vd真空處理過程中全程吹氬氣,在50-70pa狀態(tài)下保持12-20min,確保鋼水中氫含量低于0.002%,破真空后保持軟吹狀態(tài)15-30min。
(2)連鑄和加熱軋制:鋼水在連鑄澆注過程中,大包長水口和浸入式水口采取氬氣密封,中包使用包蓋板和中包覆蓋劑隔絕空氣;澆注后的鋼坯的溫度加熱到1130-1220℃之間,軋制過程采用兩階段軋制,粗軋開軋溫度≥1050℃,精軋溫度控制在850-890℃之間。
(3)淬火處理:鋼材軋后通過mulpic冷卻系統(tǒng)快速冷卻,冷卻速率為25-35℃/s,冷卻后溫度在220-350℃之間;在輸出管道上設(shè)置采用u型上集管和直管下集管的柱狀層流冷卻裝置,冷卻裝置分成快冷區(qū)和精調(diào)冷卻區(qū),采用強(qiáng)冷連續(xù)水喝強(qiáng)冷間隔水兩種冷卻策略,最小冷卻速率為20℃/s,冷卻后采用溫矯和冷矯保證離線回火熱處理前鋼板不平整度小于10mm/全板寬。
(4)回火處理:將鋼材通過回火爐加熱到1200℃左右,出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到950℃左右,然后經(jīng)第一道冷卻工序?qū)摪謇鋮s到500-550℃,經(jīng)第二道冷卻工序?qū)摬睦鋮s到常溫。
優(yōu)選的,稀土金屬的組成和質(zhì)量百分比為:nd:10-15%,pr:9-15%,ce:12-15%,er:3-5%,gd:4-8%,pm:2-4%,余量為la。
優(yōu)選的,步驟(1)中鋼水的冶煉溫度在1580-1650℃之間。
優(yōu)選的,步驟(2)中粗軋過程必須保證壓下率≥20%。
優(yōu)選的,步驟(3)中鋼材在所述mulpic冷卻系統(tǒng)中快速冷卻時(shí)間不超過55s。
優(yōu)選的,步驟(4)中的第一冷卻工序采用水冷、風(fēng)冷與氣霧冷相結(jié)合的方式,先采用水冷以14℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻到900-950℃,然后采用風(fēng)冷以7℃/s的冷卻速率將板坯冷至600-650℃,最后采用氣霧冷卻以3℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻至500-550℃。
優(yōu)選的,步驟(4)中的第二道冷卻工序采用水冷和風(fēng)冷結(jié)合的方式,先采用風(fēng)冷以4℃/s的冷卻速率將鋼板水冷至300-350℃,再采用水冷以7℃/s的冷卻速率將鋼材冷卻至室溫。
優(yōu)選的,步驟(4)中鋼材在回火爐中加熱后保溫時(shí)間為5-8min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,該發(fā)明具有如下有益效果:通過不同冶煉物料的準(zhǔn)確添加,保證鋼水中各元素配比更精確,保證合金的精度更高,為下一步處理提供了條件。通過對轉(zhuǎn)爐冶煉、lf精煉和真空處理工藝進(jìn)行調(diào)整,保證了鋼水的純凈度,并通過低過熱度的連鑄過程,在氬氣氛圍保護(hù)下進(jìn)行澆注,可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼坯,為對鋼材進(jìn)行高強(qiáng)的熱處理工藝的進(jìn)行奠定了更好的基礎(chǔ)。
本發(fā)明利用mulpic快速冷卻系統(tǒng)精準(zhǔn)控制整個(gè)淬火過程,在快冷區(qū)和精調(diào)冷卻區(qū)采用不同的不同的冷卻策略,降溫效果更好,似的淬火后的鋼材強(qiáng)度和硬度更好,提升鋼材的品質(zhì)。
回火過程中,應(yīng)用兩道工序進(jìn)行兩級降溫,水冷、風(fēng)冷和氣霧冷的綜合應(yīng)用,既保證了回火的效果,提高了鋼材的韌性和延展性,使得鋼材的加工性能更好,也節(jié)約了能源和成本,非常綠色環(huán)保。
具體實(shí)施方式
以下對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是,此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明,并不用于限制本發(fā)明。
實(shí)施例1
(1)鋼水預(yù)處理:按成分組成成分:fe:96%;c:0.23%,cr:0.80%,ni:0.17%,re:0.21%,y:0.17%,ti:0.16%,zr:0.39%,ge:0.21%,b:0.47%,w:0.42%,mo:0.20%,mg:0.22%,s:0.07%,p:0.04%的比例投入物料,在高爐中冶煉得到含有所需各元素的鋼水,鋼水的冶煉溫度為1590℃,轉(zhuǎn)爐出鋼過程中按比例加入足量的硅錳合金和鋁合金,并使用合成渣進(jìn)行渣洗,出鋼結(jié)束后喂入鋁線,控制鋼水中ald的含量低于0.30%;lf冶煉過程采用cao、al2o3造渣,冶煉過程全程吹入氬氣,造白渣后攪拌8min,lf冶煉結(jié)束后控制鋼水中al含量為0.45%,mn含量為0.64%;鋼水中還加入稀有金屬元素,含量為0.16%,其中稀土金屬中各成分占比為nd:15%,pr:9%,ce:15%,er:5%,gd:8%,pm:3%,la:45%;鋼水在vd真空處理過程中全程吹氬氣,在65pa狀態(tài)下保持17min,確保鋼水中氫含量低于0.002%,破真空后保持軟吹狀態(tài)22min。
(2)連鑄和加熱軋制:鋼水在連鑄澆注過程中,大包長水口和浸入式水口采取氬氣密封,中包使用包蓋板和中包覆蓋劑隔絕空氣;澆注后的鋼坯的溫度加熱到1200℃,軋制過程采用兩階段軋制,粗軋開軋溫度為1075℃,粗軋過程必須保證壓下率為23%,精軋溫度控制在890℃。
(3)淬火處理:鋼材軋后通過mulpic冷卻系統(tǒng)快速冷卻,冷卻速率為29℃/s,冷卻后溫度為270℃,冷卻時(shí)間為47s;在輸出管道上設(shè)置采用u型上集管和直管下集管的柱狀層流冷卻裝置,冷卻裝置分成快冷區(qū)和精調(diào)冷卻區(qū),采用強(qiáng)冷連續(xù)水喝強(qiáng)冷間隔水兩種冷卻策略,最小冷卻速率為20℃/s,冷卻后采用溫矯和冷矯保證離線回火熱處理前鋼板不平整度為8mm/全板寬。
(4)回火處理:將鋼材通過回火爐加熱到1200℃左右,加熱后保溫7min,出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到950℃左右,然后經(jīng)第一道冷卻工序?qū)摪謇鋮s到550℃,經(jīng)第二道冷卻工序?qū)摬睦鋮s到常溫。第一冷卻工序采用水冷、風(fēng)冷與氣霧冷相結(jié)合的方式,先采用水冷以14℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻到900℃,然后采用風(fēng)冷以7℃/s的冷卻速率將板坯冷至650℃,最后采用氣霧冷卻以3℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻至520℃。第二道冷卻工序采用水冷和風(fēng)冷結(jié)合的方式,先采用風(fēng)冷以4℃/s的冷卻速率將鋼板水冷至330℃,再采用水冷以7℃/s的冷卻速率將鋼材冷卻至室溫。
實(shí)施例2
(1)fe:95%;c:0.25%,cr:0.82%,ni:0.20%,re:0.25%,y:0.17%,ti:0.16%,zr:0.39%,ge:0.21%,b:0.50%,w:0.42%,mo:0.30%,mg:0.22%,s:0.07%,p:0.04%的比例投入物料,在高爐中冶煉得到含有所需各元素的鋼水,鋼水的冶煉溫度為1590℃,轉(zhuǎn)爐出鋼過程中按比例加入足量的硅錳合金和鋁合金,并使用合成渣進(jìn)行渣洗,出鋼結(jié)束后喂入鋁線,控制鋼水中ald的含量低于0.30%;lf冶煉過程采用cao、al2o3造渣,冶煉過程全程吹入氬氣,造白渣后攪拌8min,lf冶煉結(jié)束后控制鋼水中al含量為0.45%,mn含量為0.65%;鋼水中還加入稀有金屬元素,含量為0.16%,其中稀土金屬中各成分占比為nd:12%,pr:9%,ce:13%,er:5%,gd:8%,pm:3%,la:50%;鋼水在vd真空處理過程中全程吹氬氣,在65pa狀態(tài)下保持18min,確保鋼水中氫含量低于0.002%,破真空后保持軟吹狀態(tài)20min。
(2)連鑄和加熱軋制:鋼水在連鑄澆注過程中,大包長水口和浸入式水口采取氬氣密封,中包使用包蓋板和中包覆蓋劑隔絕空氣;澆注后的鋼坯的溫度加熱到1170℃,軋制過程采用兩階段軋制,粗軋開軋溫度為1120℃,粗軋過程保證壓下率為22%,精軋溫度控制在860℃。
(3)淬火處理:鋼材軋后通過mulpic冷卻系統(tǒng)快速冷卻,冷卻速率為25℃/s,冷卻后溫度在220℃,冷卻時(shí)間為45s;在輸出管道上設(shè)置采用u型上集管和直管下集管的柱狀層流冷卻裝置,冷卻裝置分成快冷區(qū)和精調(diào)冷卻區(qū),采用強(qiáng)冷連續(xù)水喝強(qiáng)冷間隔水兩種冷卻策略,最小冷卻速率為20℃/s,冷卻后采用溫矯和冷矯保證離線回火熱處理前鋼板不平整度為7mm/全板寬。
(4)回火處理:將鋼材通過回火爐加熱到1180℃,加熱后保溫8min,出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到950℃,然后經(jīng)第一道冷卻工序?qū)摪謇鋮s到550℃,經(jīng)第二道冷卻工序?qū)摬睦鋮s到常溫。第一冷卻工序采用水冷、風(fēng)冷與氣霧冷相結(jié)合的方式,先采用水冷以14℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻到950℃,然后采用風(fēng)冷以7℃/s的冷卻速率將板坯冷至600℃,最后采用氣霧冷卻以3℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻至550℃。第二道冷卻工序采用水冷和風(fēng)冷結(jié)合的方式,先采用風(fēng)冷以4℃/s的冷卻速率將鋼板水冷至300℃,再采用水冷以7℃/s的冷卻速率將鋼材冷卻至室溫。
實(shí)施例3
(1)鋼水預(yù)處理:按成分組成成分:fe:95%;c:0.25%,cr:0.83%,ni:0.22%,re:0.23%,y:0.19%,ti:0.17%,zr:0.42%,ge:0.22%,b:0.48%,w:0.46%,mo:0.21%,mg:0.24%,s:0.04%,p:0.06%的比例投入物料,在高爐中冶煉得到含有所需各元素的鋼水,鋼水的冶煉溫度為1650℃,轉(zhuǎn)爐出鋼過程中按比例加入足量的硅錳合金和鋁合金,并使用合成渣進(jìn)行渣洗,出鋼結(jié)束后喂入鋁線,控制鋼水中ald的含量為0.28%;lf冶煉過程采用cao、al2o3造渣,冶煉過程全程吹入氬氣,造白渣后攪拌10min,lf冶煉結(jié)束后控制鋼水中al含量為0.45%,mn含量為0.64%;鋼水中還加入稀有金屬元素,含量為0.13%,其中稀土金屬中各成分占比為nd:15%,pr:15%,ce:15%,er:5%,gd:8%,pm:2%,la:40%;鋼水在vd真空處理過程中全程吹氬氣,在70pa狀態(tài)下保持20min,確保鋼水中氫含量低于0.002%,破真空后保持軟吹狀態(tài)30min。
(2)連鑄和加熱軋制:鋼水在連鑄澆注過程中,大包長水口和浸入式水口采取氬氣密封,中包使用包蓋板和中包覆蓋劑隔絕空氣;澆注后的鋼坯的溫度加熱到1170℃,軋制過程采用兩階段軋制,粗軋開軋溫度為1090℃,粗軋過程必須保證壓下率為20%,精軋溫度控制為880℃。
(3)淬火處理:鋼材軋后通過mulpic冷卻系統(tǒng)快速冷卻,冷卻速率為30℃/s,冷卻后溫度為350℃,冷卻時(shí)間50s;在輸出管道上設(shè)置采用u型上集管和直管下集管的柱狀層流冷卻裝置,冷卻裝置分成快冷區(qū)和精調(diào)冷卻區(qū),采用強(qiáng)冷連續(xù)水喝強(qiáng)冷間隔水兩種冷卻策略,最小冷卻速率為20℃/s,冷卻后采用溫矯和冷矯保證離線回火熱處理前鋼板不平整度為8mm/全板寬。
(4)回火處理:將鋼材通過回火爐加熱到1200℃左右,加熱后保溫6min,出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到950℃左右,然后經(jīng)第一道冷卻工序?qū)摪謇鋮s到550℃,經(jīng)第二道冷卻工序?qū)摬睦鋮s到常溫。第一冷卻工序采用水冷、風(fēng)冷與氣霧冷相結(jié)合的方式,先采用水冷以14℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻到950℃,然后采用風(fēng)冷以7℃/s的冷卻速率將板坯冷至650℃,最后采用氣霧冷卻以3℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻至550℃。第二道冷卻工序采用水冷和風(fēng)冷結(jié)合的方式,先采用風(fēng)冷以4℃/s的冷卻速率將鋼板水冷至350℃,再采用水冷以7℃/s的冷卻速率將鋼材冷卻至室溫。
性能測試
根據(jù)《工程機(jī)械用高強(qiáng)度耐磨鋼板》國家標(biāo)準(zhǔn),工程機(jī)械用鋼應(yīng)符合以下的力學(xué)性能測試標(biāo)準(zhǔn):
表1:本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能
測試本實(shí)施例的各項(xiàng)力學(xué)性能,得到如下測試數(shù)據(jù),
表2:本實(shí)施例各項(xiàng)力學(xué)性能測試結(jié)果
與國家標(biāo)準(zhǔn)的性能要求對比,本實(shí)施例生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼材,性能普遍超過nm450編號的要求,接近nm500號鋼材的標(biāo)準(zhǔn),具有優(yōu)異的抗拉伸性能以及較優(yōu)秀的延展性,結(jié)果證明本發(fā)明提供的是一種非常優(yōu)秀的工程機(jī)械用高強(qiáng)度鋼材的生產(chǎn)工藝。
以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是,本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改,這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。