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专利名称：一种以V代Mo的低成本Q550D钢板及其生产方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202211557471.3

专利申请（专利权）人：南阳汉冶特钢有限公司
权利人地址：河南省南阳市西峡县回车镇古庄河村

专利发明（设计）人：许少普,薛艳生,李忠波,朱书成,刘庆波,康文举,杨阳,李嘎子,王勇,朱先兴

专利摘要：本发明属于宽厚板生产领域，具体涉及一种以V代Mo的低成本Q550D钢板及其生产方法。所述钢板的厚度为50～80mm，包括如下质量含量的化学成分(单位，wt％)：C：0.10～0.17、Si：0.10～0.25、Mn：1.50～1.67、P≤0.010、S≤0.005、Als：0.020～0.050、Nb：0.020～0.045、Cr：0.4～0.9、V：0.050～0.080、Ti：0.010～0.020、B：0.0018～0.0022，其它为Fe和残留元素；其组织以贝氏体为主，含少量马氏体和铁素体。本发明在保证性能的前提下，优化合金组合、缩短生产周期，降低生产成本，具有较好的市场推广价值。

主权利要求：
1.一种以V代Mo的低成本Q550D钢板的生产方法，其特征在于，钢板的厚度为50～80mm，包括如下质量含量的化学成分(单位，wt％)：C：0.10～0.17、Si：0.10～0.25、Mn：1.50～
1.67、P≤0.010、S≤0.005、Als：0.020～0.050、Nb：0.020～0.045、Cr：0.4～0.9、V：0.050～
0.080、Ti：0.010～0.020、B：0.0018～0.0022，其它为Fe和残留元素；
所述钢板的组织以贝氏体为主，含少量马氏体和铁素体，其碳当量Ceq≤0.65，低焊接裂纹敏感性系数Pcm≤0.30，屈服强度≥575MPa，抗拉强度≥710MPa，断后伸长率≥21％，?
20℃冲击功KV2≥210J；
上述以V代Mo的低成本Q550D钢板的生产方法，包括轧制、堆冷、回火热处理，具体如下：a.轧制工艺，粗轧阶段采用“高温低速大压下”轧制，开轧温度≥1220℃，道次压下量≥
85mm，轧制结束，采用IC快冷将中间坯冷至840?860℃进行第二阶段精轧，精轧过程中全程开启高压水降温，终轧结束后钢板温度控制在820?840℃，轧制结束后的钢板在辊道上驰豫
60?80S，驰豫结束，控制钢板温度800～820℃，钢板以0.5m/s的速度进入NCC快冷，冷速控制在8?12℃/S，最终将钢板温度冷却到450℃以下；
b.堆冷工艺，钢板经矫直后入缓冷坑堆垛缓冷，堆冷温度≥350℃，堆冷时间≥48小时；
c.回火热处理，回火温度控制在620?680℃，回火时间控制在3.6?4min/mm。 说明书 : 一种以V代Mo的低成本Q550D钢板及其生产方法技术领域[0001] 本发明属于宽厚板生产领域，具体涉及一种以V代Mo的低成本Q550D钢板及其生产方法。背景技术[0002] 近年来，随着我国公共基础建设的大量投资，工程机械和煤矿机械行业蓬勃发展，Q550D主要用于制作大中型工程机械及煤矿机械行业，目前厚度大于50mm的钢板主要采用C+Mn+Nb+V+Cr+Mo成分，热处理工艺主要采用淬火+回火工艺，该方案存在的缺陷是合金成本高、较长的热处理周期进一步提升了生产成本，不利于推广。发明内容[0003] 为解决上述缺陷，本发明的目的在于提供一种以V代Mo的低成本Q550D钢板，替代常规方案的成分设计及热处理工艺，在保证性能的前提下，降低合金成本、缩短生产周期，进而降低该钢种的生产成本。[0004] 本发明的目的在于提供一种以V代Mo的低成本Q550D钢板的生产方法。[0005] 为实现上述目的，本发明是通过以下方式实现的：[0006] 一种以V代Mo的低成本Q550D钢板，所述钢板的厚度为50～80mm，包括如下质量含量的化学成分(单位，wt％)：C：0.10～0.17、Si：0.10～0.25、Mn：1.50～1.67、P≤0.010、S≤0.005、Als：0.020～0.050、Nb：0.020～0.045、Cr：0.4～0.9、V：0.050～0.080、Ti：0.010～0.020、B：0.0018～0.0022，其它为Fe和残留元素；[0007] 需要说明的是，钼(Mo)是缩小γ?Fe相区、扩大α?Fe相区的合金元素，钼在铁中可显著地抑制铁的自扩散，提高固溶体的再结晶温度，又是强碳化物形成元素，钼固溶到基体金属中能提高固溶体的再结晶温度。Mo作为钢的合金化元素，可以提高钢的强度，特别是高温强度和韧性；提高钢的耐磨性和改善淬透性、焊接性和耐热性。但是Mo存在室温脆性，会导致钢材加工性和可焊接性变差，严重影响了其应用领域的扩展；且Mo属于贵重合金，价格比较昂贵，加Mo后产品不具备市场竞争优势。钒(V)为难容金属，熔点高(1910)，V是缩小y?Fe相区，扩大a?Fe相区的合金元素，是强碳化物形成元素。通过高温回火后，这些强碳化物析出弥散分布的异质颗粒，析出质点与运动位错间的相互作用提高了钢的强度。[0008] 此外，本方案采用低P、低Si设计，P能使钢材偏析严重，增加回火脆性，并降低钢的塑性、韧性，不利于钢后续的焊接；Si能显著提高韧脆转变温度且降低钢的焊接性能，所以在高强钢中适当降低Si的含量，通过适当增加Cr元素的含量来提高强度；微合金化元素Nb、V、Ti碳化物的沉淀析出强化，使原始奥氏体晶粒保持细化，对韧性、强度以及可焊性都至关重要；B元素可提高钢的淬透性，以保证回火后得到优异的强韧性，同时相对减少其他合金元素的含量，保证钢的焊接性能。整体成分设计上保证碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.65％，低焊接裂纹敏感性系数Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.30％。[0009] 所述钢板的生产方法包括轧制、堆冷、回火热处理，具体如下：[0010] a.轧制工艺，粗轧阶段采用“高温低速大压下”轧制，开轧温度≥1220℃，道次压下量≥85mm，使形变在厚度方向充分渗透至中心，有效焊合和啮合铸坯内部疏松等缺陷，充分破碎原始铸态组织，使钢板晶粒均匀细化，同时进一步愈合铸坯内部疏松缺陷，实现钢板内部致密性；粗轧结束，采用IC快冷将中间坯冷至840?860℃进行第二阶段精轧，精轧过程中全程开启高压水降温，由于表面温降快温度低，处于奥氏体未再结晶区，晶粒尺寸基本保持原始大。孀啪嗬胫行那蛟浇，温度升高，再结晶百分数不断提高，平均晶粒尺寸下降，直至奥氏体完全再结晶，晶粒大小比较均匀，终轧结束后钢板温度控制在820?840℃，轧制结束后的钢板在辊道上驰豫60?80s，高位错密度变形奥氏体在驰豫过程中，逐渐形成3?5μm大小的胞状亚结构，相当于增加了晶界，使微合金化合物在亚结构的界面上充分析出，随后的相变在亚结构内部发生，由于亚晶界的作用，相变组织更加细。佣竦冒逄跏、板条更窄的贝氏体，提高钢板的韧性和强度；驰豫结束，控制钢板温度800～820℃，钢板以0.5m/s的速度进入NCC快冷，冷速控制在8?12℃/S，最终将钢板温度冷却到450℃以下，组织以板条贝氏体+马氏体为主；[0011] b.堆冷工艺，钢板经矫直后入缓冷坑堆垛缓冷，堆冷温度≥350℃，堆冷时间≥48小时；[0012] c.回火热处理，回火温度控制在620?680℃，回火时间控制在3.6?4min/mm。需要说明的是，钢板在线淬火后主要以较大的板条贝氏体+马氏体为主，为了消除钢板在线淬火时产生的残留应力，稳定组织与尺寸，获得以贝氏体为主的理想组织，使钢板达到最佳强韧性匹配，需要将钢板进行回火。通过高温回火，微合金元素V、Nb、Ti的氮/碳化物在钢中析出，导致钢的基体中弥散分布着异质颗粒,还有金属间化合物。这些析出质点在晶界、运动位错之间产生的相互作用，导致钢的强度、流变应力等力学性能的提高，从而使钢板达到Q550D标准要求。[0013] 按上述方案获得的钢板组织以贝氏体为主，含少量马氏体和铁素体，屈服强度≥575MPa，抗拉强度≥710MPa，断后伸长率≥21％，?20℃冲击功KV2≥210J，性能完全达到Q550D钢的要求，同时合金及生产成本远低于同类钢种的生产。具体实施方式[0014] 以下结合具体实施例对本方案进一步说明。[0015] (1)成分设计：厚度在50～80mm之间添加高V代替Mo的Q550D钢板及其生产方法，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C：0.10～0.17、Si：0.10～0.25、Mn：1.50～1.67、P≤0.010、S≤0.005、Als：0.020～0.050、Nb：0.020～0.045、Cr：0.4～0.9、V：0.050～0.080、Ti：0.010～0.020、B：0.0018～0.0022，其它为Fe和残留元素。且随着钢板厚度从50mm到80mm变化，合金成分也由低变高。[0016] (2)KR铁水预处理：经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.008％，脱硫温降≤20℃。[0017] (3)转炉冶炼：入炉铁水S≤0.008％、P≤0.060％，铁水温度≥1300℃，选用干燥的优质边角料及含镍特种废钢，转炉装入量按浇钢铸余5～7吨控制，出钢过程中不允许吹氩、不允许向钢水中加入任何脱氧剂和合金。出钢结束采用挡渣锥挡渣，若挡渣失败，必须提前抬炉，确保转炉下渣厚度控制在20mm以下，以避免下渣回磷。[0018] (4)吹氩处理：钢水到氩站开启氩气后立即加入铝线，铝线必须垂直喂入钢包，严禁盘旋喂入钢包；铝线加入后强吹氩3min(强吹氩标准以吹开钢液裸眼直径总和控制在500～700mm为准)后离站，并确保离站温度在1570℃以上。[0019] (5)LF精炼：精炼过程全程吹氩，精炼渣碱度按4.0～6.0控制，一加热3min后，先加入50Kg电石，再加入20～40Kg铝粒，此后每隔2min向钢包中用铁锨添加2～4锨铝粒，以确保炉渣变白为准；二加热根据埋弧效果每次加入10～30Kg的电石，同时每隔2min用铁锨向钢包中添加1～3锨铝粒，以确保整个二加热过程维持白渣；三加热脱氧剂的加入视炉渣颜色加入，维持白渣即可；精炼过程中要求粘渣次数大于5次，离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，采用真空脱气，离站温度1610±10℃。[0020] (6)VD精炼：真空度≤67Pa，保压时间≥25min，破空后软吹3～5min，软吹过程中钢水不得裸露，抽真空结束后进行定H控制在1.8PPm以内，覆盖剂保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，离站温度1560±15℃。[0021] (7)浇铸：浇注温度按照1560～1565℃进行控制，中包过热度15±10℃，拉速：0.75m/min，比水量：0.80L/㎏，电搅：900A、5Hz、30s～3～30s，连铸浇钢要求全程保护浇铸，大包开浇后1min内必须套保护管，中包浇注过程中必须保证钢液面不见红。浇钢过程中合理控制塞棒吹氩量，保证结晶器液面波动轻微。下线钢坯带温堆垛缓冷48小时。[0022] (8)钢坯加热：预热段温度900～1000℃，加热段温度1260～1280℃，保温段温度1240～1260℃，总加热时间10～13min/cm。[0023] (9)轧制：粗轧阶段采用“高温低速大压下”轧制，开轧温度≥1220℃，道次压下量≥85mm，轧制结束，采用IC快冷将中间坯冷至840?860℃进行第二阶段精轧，精轧过程中全程开启高压水降温，终轧结束后钢板温度控制在820?840℃，轧制结束后的钢板在辊道上驰豫60?80S，驰豫结束，控制钢板温度800～820℃，钢板以0.5m/s的速度进入NCC快冷，冷速控制在8?12℃/S，最终将钢板温度冷却到450℃以下。[0024] (10)堆冷：钢板经矫直后入缓冷坑堆垛缓冷，堆冷温度≥350℃，堆冷时间≥48小时。[0025] (11)回火热处理：回火温度控制在620?680℃，回火时间控制在3.6?4min/mm。[0026] 通过上述实施步骤，生产出厚度为55mm和80mm的Q550D钢板，具体如下：[0027] 化学成分具体见下表1[0028][0029] 回火工艺见下表2[0030]厚度/mm 回火温度/℃ 时间/min 冷却方式55 660?670 200 空冷80 640?650 300 空冷[0031] 拉伸性能见下表3[0032] 板厚/mm 取样部位 取样方向 下屈服强度RcLMPa 抗拉强度RcMPa 断后伸长率A％55 T/4 横向 610，625，629(621) 745，755，762(754) 22，21，21(21.3)80 T/4 横向 590，575，588(584) 725，710，713(716) 24，23，22(23)[0033] 系列低温冲击见下表4[0034]板厚/mm 取样部位 取样方向 冲击功KV2/J 温度/℃55 T/4 纵向 255，265，300(273) ?2080 T/4 纵向 245，232，210(229) ?20[0035] 弯曲性能见下表5[0036]板厚/mm 取样部位 取样 弯曲180°55 T/4 横向 完好80 T/4 横向 完好[0037] 综上，本次试生产55mm/80mm厚Q550D，性能全部合格。[0038] 表面质量及探伤：所研制的钢板表面质量正品率100％，按JB/T4730进行探伤，合一级率为100％，达到了预期效果。

专利地区：河南

专利申请日期：2022-12-06

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN116005081B