一种超高强工程机械用钢Q960D及其生产方法技术

本发明专利技术一种超高强工程机械用钢Q960D及其生产方法，钢中各元素成分质量百分比为：C：0.13～0.16，Mn：1.40～1.50，Nb：0.02～0.04，V：0.09～0.11，Ti：0.015～0.025，Cr：0.45～0.55，Mo：0.45～0.55，B：0.0008～0.003，Als≥0.03，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质；本发明专利技术采用LF+RH 工艺来保证钢质的洁净度，确保钢板内部质量符合探伤要求；采用控轧+（DQ+ACC）冷却+回火处理细化晶粒，在保证较低生产成本的同时生产出Q960D超高强工程机械用钢，力学性能和内部质量满足GB/T16270‑2009要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钢材的生产方法，尤其涉及一种超高强工程机械用钢Q960D及其生产方法。
技术介绍
Q960D是GB/T16270-2009中强度级别最高的钢种，主要应用于挖掘机、起重机等工程机械领域。目前，国内工程机械厂家主要使用国外进口的Q960D钢板，产品售价较高，而国内具备该类产品生产能力的厂家，如：舞阳钢厂等主要采用调质工艺进行产品生产，工序成本较高。国标GB/T16270-2009将Q960D的厚度规格限定为≤50mm，由于受到国内机械加工用户加工能力的限制，目前市场对Q960D需求量最大的是厚度规格为20mm的产品，占Q960D总需求量的70%以上。因此，开发出一种面向厚度规格为20mm的Q960D产品的低成本生产方法，同时满足国标GB/T16270-2009对于该钢种的力学性能要求，对于钢铁企业而言具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种超高强工程机械用钢Q960D及其生产方法，通过对成分的优化和采用在线淬火+回火的热处理工艺，在确保Q960D钢板的力学性能符合国标要求的前提下，实现低成本生产。解决上述技术问题的技术方案为：一种超高强工程机械用钢Q960D，钢中各元素成分质量百分比为：C：0.13～0.16，Mn：1.40～1.50，Nb：0.02～0.04，V：0.09～0.11，Ti：0.015～0.025，Cr：0.45～0.55，Mo：0.45～0.55，B：0.0008～0.003，Als≥0.03，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。一种超高强工程机械用钢Q960D的生产方法，采用铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、控制轧制、DQ+ACC冷却、回火热处理工艺步骤，其中：转炉冶炼工艺中控制出钢碳C≤0.04%，控制出钢下渣量在钢水量的0.01%以下，确保钢水的洁净度；LF精炼工艺中控制钢种夹杂物级别总和不超过1.5级；RH精炼采用本处理模式，真空度在100Pa以下；连铸工艺中钢水过热温度稳定控制在10～35℃范围内，拉速全程控制在0.8～0.9m/min范围内；板坯加热工艺中板坯加热终了时刻的表面温度控制在1100～1150℃范围内，加热时间控制为4～5h；控制轧制工艺中开轧温度1080～1100℃，一阶段终轧温度为＞980℃，二阶段的开轧温度≤920℃，二阶段的待温厚度为钢板成品厚度的3～4倍，终轧温度控制在790～850℃范围内；在线淬火处理采用DQ+ACC冷却方式控制冷却，冷却速度控制在15～22℃/s范围内，出DQ时的温度≤400℃，钢板的终冷温度≤150℃；回火处理中回火温度为680±10℃，保温时间为3.5±0.2min/mm。上述的一种超高强工程机械用钢Q960D的生产方法，所述转炉冶炼工艺采用滑板挡渣；LF精炼采用石灰、铝线造白渣脱硫，出站前10~15min加入钛铁、硼铁进行微合金化操作；RH精炼真空处理时间≥30min，钢水静置时间≥10min；连铸浇注过程中全程保护性浇铸，使用二冷区电磁搅拌和动态轻压下；板坯在步进炉中进行加热；控制轧制采用CR方式轧制。本专利技术为确保钢板力学性能满足GB/T16270-2009的要求，向钢中加入了细化晶粒的微合金元素及强硬相形成元素，各元素加入量主要基于以下原理：C：该元素能够在钢中与Nb、Ti、Cr、Mo等元素形成碳化物，而且主要以固溶态的形式存在于奥氏体中，低温转变后形成贝氏体或者马氏体，回火处理后以碳化物的形式析出；本专利技术的强度级别在980～1150MPa之间，组织应以低碳的板条贝氏体和马氏体形式存在；经过离线的数值模拟研究确定出：当C含量在0.13-0.16wt%时，能够满足所需组织的生成；当C含量低于0.13 wt %，所形成的强化相粒子数量不够，导致所生成的板条贝氏体和马氏体的含量不满足产品性能要求；当C含量高于0.16 wt %时，则会导致钢板的屈服强度和抗拉强度过高，从而损害钢板韧性;因此，本专利技术将钢中C含量控制在1.4～1.5 wt %范围内。Mn：该元素是固溶强化元素，能够稳定提高钢材的屈服强度和抗拉强度；通过离线数值模拟研究表明，当Mn含量提高到1.5 wt %以上后，对钢材的屈服强度和抗拉强度的不再有明显的影响，因此，为控制Q960D的生产成本，本专利技术将钢中Mn含量控制在1.4～1.5 wt %范围内。Nb：该元素在钢中与氮、碳具有极强的亲和力，可与之形成稳定的Nb（C,N）化合物，在控制轧制过程中诱导析出，沿奥氏体晶界弥散分布，可以作为相变的形核质点，从而细化铁素体晶粒；在此钢种中，Nb的作用主要为细化晶粒；在实际生产中发现，当Nb的含量为0.02～0.04wt%时，能够起到很好的细化晶粒的作用，但是当Nb含量大于0.04 wt %，会在钢水中析出大量粗大的单质Nb，从而恶化钢材的力学性能。因此，本专利技术将Nb含量设计为0.02～0.04 wt %。V：该元素能够细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，可以在低温(700℃以下)析出，细化晶粒，而且V在回火过程中的析出能力较强，所形成的碳氮化合物能够在钢中弥散析出，细化晶粒有助于提高强度而不降低韧塑性；此外，现场试验表明：当V、Nb同时在钢中存在时，易于形成贝氏体组织，从而提高钢材的强度；当V含量小于0.09 wt %时，所析出的V的碳氮化合物不足以提高钢材的力学性能；当V含量高于0.11 wt %时，会导致其在贝氏体内过量的沉淀析出，从而降低钢材的焊接性能。因此，本专利技术将V含量设计为0.09～0.11 wt %。Ti：Ti的加入可以降低Nb元素造成的裂纹影响，且与C、N元素形成耐高温的粒子钉扎在原始奥氏体晶界，阻止原始晶粒的长大，并改善钢板的焊接性能；但是试验结果表明：过低的Ti含量将不能得到足够体积分数的TiN来有效阻止钢中晶粒的粗化；过高的Ti含量将导致粗大的TiN析出，从而无法阻止钢中晶粒的粗化；试验表明：当Ti含量在0.015～0.025 wt %时，能够在钢中析出细小、充足的TiN，从而有效阻止钢中晶粒的粗大，提升钢材的力学性能。因此，本专利技术将Ti含量设计为0.015～0.025 wt %。Cr、Mo：此二元素能够明显提高钢板淬透性，有利于在淬火过程中形成稳定的贝氏体或者马氏体；而且Cr会形成稳定且硬度高的碳化物，Mo可以防止回火脆性并具有二次硬化作用；现场试验表明：当Cr、Mo含量小于0.45 wt %时，对于Q960D钢材的淬透性能影响有限，钢材强度提升效果不明显；但是Cr的含量提高到0.55 wt %后，会较大降低钢的塑性和韧性；而Mo的含量提高到0.55% wt以后，其对钢材强度的影响也趋于稳定，此外Mo合金的市场价格较高，过量使用也会提升Q960D产品的生产成本。因此，本专利技术将Cr、Mo含量设计为0.45～0.55wt%。B：该元素内能够显著提高钢的淬透性能，其在奥氏体晶界的偏聚阻碍铁素体的形核而有利于贝氏体的形成，进而提高钢材的力学强度；现场试验表明：当B含量低于0.0008wt%时，对提高Q960D淬透性能的作用甚小；但当B含量高于0.003 wt %时，会使钢中产生的硼相（Fe3(CB)、Fe3(BC)6、Fe2B）沿奥氏体晶界析出，从而产生热脆现象，影响后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高强工程机械用钢Q960D，其特征在于：钢中各元素成分质量百分比为：C：0.13～0.16，Mn：1.40～1.50，Nb：0.02～0.04，V：0.09～0.11，Ti：0.015～0.025，Cr：0.45～0.55，Mo：0.45～0.55，B：0.0008～0.003，Als≥0.03，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。

【技术特征摘要】
1.一种超高强工程机械用钢Q960D，其特征在于：钢中各元素成分质量百分比为：C：0.13～0.16，Mn：1.40～1.50，Nb：0.02～0.04，V：0.09～0.11，Ti：0.015～0.025，Cr：0.45～0.55，Mo：0.45～0.55，B：0.0008～0.003，Als≥0.03，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。2.一种超高强工程机械用钢Q960D的生产方法，采用铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、控制轧制、DQ+ACC冷却、回火热处理工艺步骤，其特征在于：转炉冶炼工艺中控制出钢碳C≤0.04%，控制出钢下渣量在钢水量的0.01%以下，确保钢水的洁净度；LF精炼工艺中控制钢种夹杂物级别总和不超过1.5级；RH精炼采用本处理模式，真空度在100Pa以下；连铸工艺中钢水过热温度稳定控制在10～35℃范围内，拉速全程控制在0.8～0.9m/min范围内；板坯加热工艺中板坯加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾国生，李玉谦，杨雄，范佳，马友辉，许伟，杜琦铭，梅东贵，
申请(专利权)人：河北钢铁股份有限公司邯郸分公司，
类型：发明
国别省市：河北;13