一种屈服强度在900~1100MPa焊接结构用钢及生产方法与流程

一种屈服强度在900～1100mpa焊接结构用钢及生产方法
技术领域
1.本发明涉及一种机械工程用结构钢及生产方法，具体属于一种屈服强度在900～1100mpa焊接结构用钢及生产方法。


背景技术：

2.工程机械行业900mpa级以上的高强钢用量巨大，如挖掘机挖斗衬板和侧板、矿用车车厢衬板等，普遍采用调质热处理工艺生产，但其屈服强度波动一般在200～300mpa以上，较大的屈服强度波动可能影响切割、焊接、折弯等后续应用工序的应用性能，如折弯反弹不可控，影响焊接效果和质量。因此屈服强度的波动范围是影响工程机械焊接结构用高强钢的关键，精准控制高强钢的组织性能是广大科研人员重要研究课题。
3.经检索：
4.中国专利申请号为cn201110098008.2的文献，公开了《一种屈服强度960mpa级超高强钢及其生产方法》，其化学成分按重量百分比为：c：0.07～0.09％；si：0.15-0.25％；mn：1.00～1.20％；cr：1.05～1.15％；mo：0.15～0.20％；al：0.01～0.06％；p：≤0.02％；s：≤0.01％；n：≤0.008％；其余为fe及不可避免杂质；生产方法为：冶炼、铸造成铸坯；加热至1150～1250℃；终轧温度为840～900℃；终冷温度为640～700℃；进行调质处理，淬火加热温度为880～920℃，保温时间为20～60min，回火加热温度为150～450℃，保温时间为90-180min。材料达到960mpa超高强钢性能要求，具有良好的延伸率和冲击韧性，但其工艺窗口较大，特别是回火温度范围太宽，将显著影响屈服强度等系列性能的波动。
5.可见，现有工程机械焊接结构用高强钢存在组织性能精准控制难度大，屈服强度等性能波动大、影响应用性能，由于组织波动大，不同组织之间产生不均匀的组织应力，导致部位的力学性能产生差异，最终高强钢内应力不均匀，用户使用过程中，极容易发生翘曲、切割变形和挠度等应用问题，因此有必要重新设计成分、工艺，提高产品质量和应用性能。


技术实现要素：

6.本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种在保证产品屈服强度在900～1100mpa、抗拉强度不低于1100mpa、延伸率不低于10％前提下，使钢板表面布氏硬度在390～420，且组分简单、整卷屈服强度的波动范围不超过15mpa的焊接结构用钢及生产方法。
7.实现上述目的的措施：
8.一种屈服强度在900～1100mpa焊接结构用钢，其组分及重量百分比含量为：c：0.08～0.13％，mn：0.1～1％，p≤0.020％，s≤0.010％，als：0.02～0.03％，si：≤0.1％或mo：≤0.22％或ti：≤0.02％或b：≤0.003％或其中二种及以上元素的复合添加，其余为fe及杂质。
9.优选地：mn的重量百分比含量在0.18～0.85％。
10.优选地：mo的重量百分比含量在0.05～0.18％。
11.一种屈服强度在900～1100mpa焊接结构用钢的生产方法，其步骤：
12.1)常规冶炼并浇铸成坯；
13.2)对铸坯进行加热：控制铸坯入炉温在500～700℃；铸坯加热温度控制在1180～1220℃，加热时间不低于110min；
14.3)进行两段式热轧，其间，控制粗轧结束温度在1020～1070℃，精轧终轧温度在820～900℃；
15.4)进行卷取，控制卷取温度在700～750℃；
16.5)连续开卷并进行淬火，控制淬火温度在820～900℃，控制淬火时间在5～10分钟；
17.6)进行高速冷却，在冷却速度为40～60℃/s下冷却至室温；
18.7)按定尺横切后进行回火，控制回火温度在100～250℃，回火时间5～15分钟；
19.8)自然冷却至室温。
20.优选地：卷取温度在712～745℃。
21.优选地：淬火温度在825～876℃。
22.优选地：回火温度在107～166℃。
23.本发明中各元素及主要工艺的作用及机理
24.c：c是提高材料强度最廉价的元素，随着含碳量增加，硬度、强度提高，但塑韧性和焊接性能降低。综合考虑，c重量百分含量为0.08～0.13％即可。
25.si：si能降低碳在铁素体中的扩散速度，促进铁素体形成，也会恶化表面质量。综合考虑，si重量百分含量为0～0.1％为宜。
26.mn：mn显著降低ar1温度、奥氏体分解速度，提高过冷奥氏体稳定性，促进奥氏体释放应力，增加最终组织中的残奥含量，提高冷弯性能，但mn含量若太高，会增加回火脆性，导致严重中心偏析，综合考虑，mn重量百分含量为0.1～1％为宜。
27.als：als在钢中可脱氧，降低夹杂物含量，也能起到细化晶粒的作用，综合考虑，als在0.02～0.03％。
28.ti：ti在钢的凝固过程中能与n结合生成稳定的tin，可强烈阻碍奥氏体晶界迁移，从而细化奥氏体晶粒。综合考虑，ti重量百分含量为0～0.02％为宜。
29.mo：mo能够提高淬透性，可防止回火脆性并具有二次硬化作用，但过多时，会损害加工成形性能、焊接性能，而且影响生产成本，综合考虑，mo重量百分含量为0～0.22％为宜；
30.b：钢中加入微量的b可极大提高淬透性，但b过多时，易在晶界富集，会降低晶界结合能，使钢板受到冲击载荷时更倾向于沿晶断裂，降低钢板的低温冲击功，因此，本发明中b的加入量为≤0.003％。
31.p、s：p、s是钢中有害的杂质元素，钢中p易在钢中形成偏析，降低钢的韧性和焊接性能，s易形成塑性硫化物，使钢板产生分层，恶化钢板性能，故p、s含量越低越好，综合考虑，将钢的p、s含量为p≤0.020％，s≤0.010％。
32.本发明之所以控制卷取温度在700～750℃，是由于对于冷却系统而言，在不喷水或少喷水时，其冷却的均匀性较好，较好的均匀性带来的是优异的组织和性能均匀性，有利于成品性能的屈服强度稳定性控制。
33.本发明之所以控制淬火温度在820～900℃，控制淬火时间在5～10分钟，是由于在此工艺下，可以保证较好的淬火组织和淬火板形，较低的淬火温度会进入两相区，最终组织中会存在铁素体，使得强度下降，太高的淬火温度又容易引起原始奥氏体晶粒粗大，韧性会急剧恶化。
34.本发明之所以控制控制回火温度在100～250℃，回火时间5～15分钟，是由于当回火温度低于150℃或回火时间低于5min，回火效果不佳，对于板形和内应力的改善能力弱，当回火温度高于250℃或回火时间高于15min，马氏体中过饱和的碳易析出，固溶度下降，强度和硬度的影响较大，性能不合的风险较大。
35.本发明与现有技术相比，本发明在保证产品硬度hb不低于16hrc、屈服强度在900～1100mpa、抗拉强度不低于1100mpa、延伸率不低于10％前提下，使钢板表面布氏硬度在390～420，且组分简单、整卷屈服强度的波动范围不超过15mpa。
具体实施方式
36.下面对本发明予以详细描述：
37.表1为本发明各实施例及对比例的化学成分列表；
38.表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
39.表3为本发明各实施例及对比例的性能检测情况列表。
40.本发明各实施例按照以下步骤生产
41.1)常规冶炼并浇铸成坯；
42.2)对铸坯进行加热：控制铸坯入炉温在500～700℃；铸坯加热温度控制在1180～1220℃，加热时间不低于110min；
43.3)进行两段式热轧，其间，控制粗轧结束温度在1020～1070℃，精轧终轧温度在820～900℃；
44.4)进行卷取，控制卷取温度在700～750℃；
45.5)连续开卷并进行淬火，控制淬火温度在820～900℃，控制淬火时间在5～10分钟；
46.6)进行高速冷却，在冷却速度为40～60℃/s下冷却至室温；
47.7)按定尺横切后进行回火，控制回火温度在150～250℃，回火时间5～15分钟；
48.8)自然冷却至室温。
49.表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表(wt％)
[0050][0051]
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
[0052]
[0053][0054]
表3本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表
[0055][0056]
从表3可以看出，本发明通过成分和工艺创新，在成分更简单的情况下，屈服强度942～1047mpa，抗拉强度1105～1196mpa，延伸率10～12％，布氏硬度在391～420，其屈服强度的波动范围仅在8～15mpa，显著优于对比例，说明本发明具有更加优异的力学性能，也有利于终端用户应用的稳定性。
[0057]
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

技术特征：
1.一种屈服强度在900～1100mpa焊接结构用钢，其组分及重量百分比含量为：c：0.08～0.13％，mn：0.1～1％，p≤0.020％，s≤0.010％，als：0.02～0.03％，si：≤0.1％或mo：≤0.22％或ti：≤0.02％或b：≤0.003％或其中二种及以上元素的复合添加，其余为fe及杂质。2.如权利要求1所述的一种屈服强度在900～1100mpa焊接结构用钢，其特征在于：mn的重量百分比含量在0.18～0.85％。3.如权利要求1所述的一种屈服强度在900～1100mpa焊接结构用钢，其特征在于：mo的重量百分比含量在0.05～0.18％。4.生产如权利要求1所述的一种屈服强度在900～1100mpa焊接结构用钢的方法，其步骤：1)常规冶炼并浇铸成坯；2)对铸坯进行加热：控制铸坯入炉温在500～700℃；铸坯加热温度控制在1180～1220℃，加热时间不低于110min；3)进行两段式热轧，其间，控制粗轧结束温度在1020～1070℃，精轧终轧温度在820～900℃；4)进行卷取，控制卷取温度在700～750℃；5)连续开卷并进行淬火，控制淬火温度在820～900℃，控制淬火时间在5～10分钟；6)进行高速冷却，在冷却速度为40～60℃/s下冷却至室温；7)按定尺横切后进行回火，控制回火温度在100～250℃，回火时间5～15分钟；8)自然冷却至室温。5.如权利要求4所述的一种屈服强度在900～1100mpa焊接结构用钢的生产方法，其特征在于：卷取温度在712～745℃。6.如权利要求4所述的一种屈服强度在900～1100mpa焊接结构用钢的生产方法，其特征在于：淬火温度在825～876℃。7.如权利要求4所述的一种屈服强度在900～1100mpa焊接结构用钢的生产方法，其特征在于：回火温度在107～166℃。

技术总结
一种屈服强度在900～1100MPa焊接结构用钢，其组分及wt％：C：0.08～0.13％，Mn：0.1～1％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：0.02～0.03％，Si：≤0.1％或Mo：≤0.22％或Ti：≤0.02％或B：≤0.003％或其中二种及以上元素的复合添加；生产方法：常规冶炼并浇铸成坯；对铸坯加热；热轧；卷取；连续开卷并淬火；高速冷却；按定尺横切后回火；自然冷却至室温。本发明在保证产品硬度HB不低于16HRC、屈服强度在900～1100MPa、抗拉强度不低于1100MPa、延伸率不低于10％前提下，使钢板表面布氏硬度在390～420，且组分简单、整卷屈服强度的波动范围不超过15MPa。过15MPa。


技术研发人员：何亚元 李利巍 杜明 王建立 宋畅 刘志勇 王跃 尹云洋 王立新 邓伟 张晗
受保护的技术使用者：武汉钢铁有限公司
技术研发日：2023.08.07
技术公布日：2023/10/20