一种500MPa级工程机械用钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种500MPa级工程机械用钢及其制造方法，该钢种包括以下质量百分比的成分：C：0.12～0.23％、Si：0.10～0.60％、Mn：0.80～1.90％、P：＜0.018％、S：＜0.010％；以及选自Cr：0～0.50％、Ni：0～0.60％、Mo：0～0.45％、Cu：0～0.40％、Nb：0～0.060％、V：0～0.15％、Ti：0～0.12％、B：0～0.0030％、Al：0.010～0.050％中的一种或多种；余量为Fe和不可避免的杂质。其金相组织为均匀细小的马氏体高温回火组织，从而具有良好的力学性能以及疲劳性能。其疲劳寿命较现有的工程机械钢种明显提升。

【技术实现步骤摘要】
一种500MPa级工程机械用钢及其制造方法
本专利技术涉及一种合金钢技术，具体涉及一种500MPa级工程机械用钢及其制造方法。
技术介绍
目前，工程机械用钢基本采用Q235B和SS400两种，例如挖掘机动臂斗杆，装载机动臂等。其屈服强度在235MPa，满足常温冲击性能，使用寿命在30000h以内。其屈服强度和疲劳寿命均明显不足。申请号为201310289099.7，名称为“一种500MPa级超细晶工程机械用钢及制造方法”的中国专利，公开了一种屈服强度超过500MPa的工程机械用钢，其C含量为0.04～0.08％，不利于淬火马氏体形成。该钢板存在合金成本高，板形不良，性能不稳定，下料变形较大等问题。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种500MPa级工程机械用钢，该钢种的屈服强度超过500MPa，具有较高的疲劳寿命。本专利技术的另一目的是提供一种500MPa级工程机械用钢的制造方法，该方法能够生产具有较高疲劳寿命的500MPa级工程机械用钢。技术方案：本专利技术所述的一种500MPa级工程机械用钢，包括以下质量百分比的成分：C：0.12～0.23％、Si：0.10～0.60％、Mn：0.80～1.90％、P：＜0.018％、S：＜0.010％；以及选自Cr：0～0.50％、Ni：0～0.60％、Mo：0～0.45％、Cu：0～0.40％、Nb：0～0.060％、V：0～0.15％、Ti：0～0.12％、B：0～0.0030％、Al：0.010～0.050％中的一种或多种；余量为Fe和不可避免的杂质。该500MPa级工程机械用钢的金相组织为均匀细小的马氏体高温回火组织。该500MPa级工程机械用钢中各化学组分质量百分比含量的限定理由如下：C元素能够通过固溶强化显著增加基体强度，同时其含量过低不利于淬火马氏体的形成，但是C含量过高也不利于材料的焊接性能。因此，本专利技术将C含量控制在0.12～0.23％的水平。Si在炼钢过程中为脱氧元素，适量Si能够抑制Mn和P的偏聚，而O含量过高、Mn和P偏聚都会损害韧性，此外，Si还能够产生固溶强化，适当的Si元素有利于回火组织性能稳定改善。但是，Si含量过高会形成夹杂物。本专利技术将Si控制在0.10～0.60％。Mn作为本专利技术所述钢板的主要合金元素，是铁素体强化元素，含量过少起不到合金化和淬火作用，但是含量过多又会对焊接性能非常不利，且不太经济。因此，将Mn控制在0.80～1.90％。P、S属于钢水中的有害元素，过多的P、S会对钢的韧性有害，对焊接性能造成影响，容易形成裂纹。理论上这两种元素越少越好，本专利技术将P控制在＜0.018％，S控制在＜0.010％；Cr、Ni、Mo、Cu、Nb、V、Ti、B、Al等元素在本钢种中均为非主导元素，其中少量加入Cr、Ni、Mo等元素有利于钢种的合金化和淬火，适当的加入Ti、B、Al等能够改进淬透性。但是，过多加入这些元素一方面不够经济，另一方面还会形成不必要的非金属夹杂物。所以根据合金作用配合取舍，既能满足设计，更有利于节约合金资源和改善焊接弯曲等加工性能。本专利技术在限定C、Si、Mn、P、S的基础上，根据合金作用从Cr：0～0.50％、Ni：0～0.60％、Mo：0～0.45％、Cu：0～0.40％、Nb：0～0.060％、V：0～0.15％、Ti：0～0.12％、B：0～0.0030％、Al：0.010～0.050％等元素中选取一种或多种，合理匹配即可。本专利技术所述的一种500MPa级工程机械用钢的制造方法，所采用的技术方案包括下述步骤：(1)冶炼钢水：制备符合成分组成的钢水；(2)浇铸成坯：将钢水送入连铸机全程氩气保护浇注，同时电磁搅拌，拉速0.75～1.2m/min，得铸坯；(3)铸坯加热：将铸坯在1100～1220℃下均匀加热3.5～4.5小时；(4)轧制：采用四辊可逆轧机两阶段轧制，粗轧轧制压下率大于60％，粗轧开轧温度1070～1180℃，二阶段开轧温度890～950℃，终轧温度820～900℃，得钢板；(5)控制冷却：加速冷区出口钢板残留水吹扫干净后，测量钢板反红温度650～690℃；(6)矫直：对钢板进行矫直，控制矫直不平度3～6mm/m；(7)喷丸处理：去除钢板表面氧化铁皮；(8)对去除氧化铁皮的钢板热处理，即得。其中，步骤(1)中制备成分组成符合要求的钢水，包括下述步骤：(1.1)铁水预处理，使铁水中的S：＜0.010％；(1.2)将预处理后的铁水加入转炉，采用BOF法冶炼并进行脱氧合金化，加入的合金为设计钢水成分中合金配加量的90％；(1.3)LF炉精炼15～30min，微调合金成分使合金成分满足要求，并提升钢水温度；(1.4)RH真空脱气处理15-30分钟，RH底吹氩合理搅拌并上浮去除非金属夹杂物，减少氮氢氧含量；(1.5)喂入钙线净化钢水，使长条状MnS非金属夹杂物变分散，变短球形化，即得。所述步骤(8)中热处理是先采用氮气保护无氧化辊底式炉将钢板加热至880～920℃；然后对钢板进行辊压式水刀淬火；再在550～660℃高温回火处理。有益效果：本专利技术所述的500MPa级工程机械用钢，通过合理的成分设计，炉外二次精炼，并采用独特的制造工艺，使钢质洁净、晶粒细化，提高强韧性。该钢种的金相组织为均匀细小的马氏体高温回火组织，从而获得良好的力学性能以及疲劳性能，钢种的屈服强度达到500MPa以上，抗拉强度达到600MPa以上，该钢种适用于工程机械，其疲劳寿命较现有的工程机械钢种提升30％以上，满足工程机械零下40℃低温韧性需求。并且该钢种的合金元素可根据合金作用配合取舍，有效控制钢种的生产成本。具体实施方式下面，结合实施例对本专利技术做进一步详细说明。为了将现有的工程机械用钢从屈服强度235MPa的Q235B升级到屈服强度超过500MPa的新一代耐疲劳工程机械材料，本专利技术提出了一种500MPa级工程机械用钢，该钢种的成分以质量百分计，包括C：0.12～0.23％、Si：0.10～0.60％、Mn：0.80～1.90％、P：＜0.018％、S：＜0.010％；以及选自Cr：0～0.50％、Ni：0～0.60％、Mo：0～0.45％、Cu：0～0.40％、Nb：0～0.060％、V：0～0.15％、Ti：0～0.12％、B：0～0.0030％、Al：0.010～0.050％中的一种或多种；余量为Fe和不可避免的杂质。经过特殊的制造工艺，该钢种的金相组织为均匀细小的马氏体高温回火组织，从而获得良好的力学性能以及疲劳性能。而本专利技术所述的一种500MPa级工程机械用钢的制造方法，所采用的技术方案包括下述步骤：(1)首先采用下述步骤冶炼符合成分组成的钢水：先进行铁水预处理，使铁水中的S：＜0.010％，紧接着将预处理后的铁水加入转炉，采用BOF法冶炼并进行脱氧合金化，期间，加入的合金为设计钢水成分中合金配加量的90％；然后将上述钢水送入LF炉精炼15～30min，脱氧、微调合金成分使合金成分满足要求，并按工艺提升钢水温度；将钢水送入RH精炼炉真空脱气处理15-30分钟，RH底吹氩合理搅拌并上浮去除非金属夹杂物，减少氮氢氧含量，控制钢水氮含量不高于38ppm，氢含量不高于1.5ppm，氧含量不高于20ppm；然后喂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种500MPa级工程机械用钢，其特征在于，包括以下质量百分比的成分：C：0.12～0.23％、Si：0.10～0.60％、Mn：0.80～1.90％、P：＜0.018％、S：＜0.010％；以及选自Cr：0～0.50％、Ni：0～0.60％、Mo：0～0.45％、Cu：0～0.40％、Nb：0～0.060％、V：0～0.15％、Ti：0～0.12％、B：0～0.0030％、A1：0.010～0.050％中的一种或多种；余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种500MPa级工程机械用钢，其特征在于，包括以下质量百分比的成分：C：0.12～0.23％、Si：0.10～0.60％、Mn：0.80～1.90％、P：＜0.018％、S：＜0.010％；以及选自Cr：0～0.50％、Ni：0～0.60％、Mo：0～0.45％、Cu：0～0.40％、Nb：0～0.060％、V：0～0.15％、Ti：0～0.12％、B：0～0.0030％、A1：0.010～0.050％中的一种或多种；余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的500MPa级工程机械用钢，其特征在于，金相组织为均匀细小的马氏体高温回火组织。3.一种如权利要求1～2任一所述的500MPa级工程机械用钢的制造方法，其特征在于，步骤如下包括：(1)冶炼钢水：制备符合成分组成的钢水；(2)浇铸成坯：将钢水送入连铸机全程氩气保护浇注，同时电磁搅拌，拉速0.75～1.2m/min，得铸坯；(3)铸坯加热：将铸坯在1100～1220℃下均匀加热3.5～4.5小时；(4)轧制：采用四辊可逆轧机两阶段轧制，粗轧轧制压下率大于60％，粗轧开轧温度1070～1180℃，二阶段开轧温度890～950℃，终轧温度820～900℃，得钢板；(5)控制冷却：加速冷区出口钢板残留水吹扫干净后，测量钢板反红温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯勇，吴俊平，谯明亮，李明，霍松波，刘继宏，翟冬雨，潘中德，
申请(专利权)人：南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32