1.本发明涉及钢铁热连轧工艺技术领域，具体而言，尤其涉及一种提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法。
背景技术：2.目前工程机械正向着大型化、高功率、高参数方向发展。高强度工程机械用钢可以提高机械的比强度，实现工程机械制造的轻量化，是工程机械用钢的发展方向。随着工程开发地域及能源、物流运输范围的扩大，极端气候条件下的高强度工程机械用钢、车厢板及大梁板用钢需求逐渐增大。低温环境下发生金属材料的脆性断裂是造成结构失效的重要原因，对于使用安全造成了极大的威胁。因此，低温韧性也是工程机械用钢的重要性能参数。通常情况下，金属材料强度与韧性呈负相关关系，在众多强化手段中，只有细晶强化可以同时提高材料的强韧性。相比于薄规格产品，由于受到热连轧生产设备能力的限制，厚规格产品存在表面与心部组织不均匀现象，会极大损害材料整体低温韧性。提高厚规格热连轧高强钢的低温韧性是工程机械用钢生产企业所面临的共性技术难题。
技术实现要素：3.针对厚规格热连轧高强钢存在的表面与心部组织不均匀损害低温韧性的技术问题，本发明提供一种提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法。
4.本发明采用的技术手段如下：
5.一种提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，包括以下步骤：
6.(1)铁水经过冶炼和连铸得到钢坯；
7.(2)将钢坯送入板坯再加热炉，控制均热段温度为1240-1300℃，均热段时间不低于40min，出炉温度为1220-1260℃；
8.(3)经过再加热的钢坯经过高压水除鳞后送入粗轧机进行多道次粗轧，其中，单道次轧制变形量≥20％，末道次变形量≥25％，粗轧累积变形量不低于75％；
9.(4)粗轧后的钢板经过经过高压水除鳞后送入精轧机进行多道次精轧，其中，末尾三个道次机架的累积变形量不低于精轧总变形量的15％；
10.(5)精轧后的钢板进入层流冷却后进行卷取。
11.进一步地，所述工程机械用钢为屈服强度为700mpa级别、10-16mm厚度工程机械用钢。
12.进一步地，连铸过程过热度为10-20℃，平均拉速为1.0m/s。
13.进一步地，经过连铸获得的钢坯厚度为200-230mm。
14.进一步地，步骤(2)中，入炉温度＜400℃。
15.进一步地，步骤(3)中，粗轧温度为970-1060℃，粗轧采用6道次轧制。
16.进一步地，步骤(4)中，精轧采用6道次轧制，开轧温度为930-980℃，出口温度为860-900℃。
17.进一步地，步骤(5)包括：层流冷却过程中，钢带的穿带速度为3-4m/s，采用前段集中冷却模式，以5-15℃/s的速率将钢带冷却至终冷温度≤600℃，随后空冷至510-580℃进行卷取。
18.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
19.本发明提供的提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，利用高温段析出相控制再结晶奥氏体晶粒尺寸，细化组织，减少了奥氏体未再结晶区形变诱导析出造成的韧性降低，提高了强韧性匹配；同时，减少了形变诱导析出比例，促进后续冷却过程中铁素体中过饱和析出，在不损害韧性的情况下有效保证了强度富余；在控制冷却阶段具有较大的工艺窗口，可以有效减轻性能波动。
20.基于上述理由本发明可在低温环境下使用的高强度结构件、火车厢体、集装箱等领域广泛推广。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为未采用本发明所述方法制得的机械用钢的显微组织图。
23.图2为采用本发明所述方法制得的机械用钢的显微组织图。
24.图3为采用本发明所述方法后机械用钢中奥氏体晶粒变形程度示意图(放大倍数：200倍)。
25.图4为采用本发明所述方法后机械用钢中奥氏体晶粒变形程度示意图(放大倍数：500倍)。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.本发明提供了一种提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，包括以下步骤：
28.(1)铁水经过冶炼和连铸得到钢坯，经过连铸获得的钢坯厚度为200-230mm；
29.(2)将钢坯送入板坯再加热炉，控制入炉温度＜400℃，均热段温度为1240-1300℃，均热段时间不低于40min，出炉温度为1220-1260℃；
30.(3)经过再加热的钢坯经过高压水除鳞后送入粗轧机进行多道次粗轧，其中，粗轧温度为970-1060℃，粗轧采用6道次轧制，单道次轧制变形量≥20％，末道次变形量≥25％，粗轧累积变形量不低于75％；
31.(4)粗轧后的钢板经过经过高压水除鳞后送入精轧机进行多道次精轧，其中，精轧采用6道次轧制，开轧温度为930-980℃，出口温度为860-900℃，末尾三个道次机架的累积变形量不低于精轧总变形量的15％；
32.(5)精轧后的钢板进入层流冷却后进行卷取，具体的，在层流冷却过程中，钢带的穿带速度为3-4m/s，采用前段集中冷却模式，以5-15℃/s的速率将钢带冷却至终冷温度≤600℃，随后空冷至510-580℃进行卷取。
33.进一步地，所述工程机械用钢为屈服强度为700mpa级别、10-16mm厚度工程机械用钢。
34.进一步地，连铸过程过热度为10-20℃，平均拉速为1.0m/s。
35.进一步地，冶炼过程包括铁水预脱硫
→
转炉冶炼
→
lf精炼
→
rh真空精炼
→
钙处理。
36.进一步地，步骤(1)还包括，控制所述钢坯的杂质含量：p≤0.015％，s≤0.005％，n≤0.005％。
37.进一步地，所述机械用钢的元素组成及各相应的含量为，以重量百分比计：c：0.06-0.10、si：0.05-0.35、mn：1.60-1.90、nb：0.03-0.06、v：0.06-0.10、ti：0.07-0.10、mo：0.10-0.20、als：0.02-0.04，余量为fe和其他不可避免的杂质。
38.优选地，步骤(3)中，粗轧温度为987-1054℃。
39.优选地，粗轧累积变形量为77.4％。
40.优选地，步骤(5)中，层流冷却中终冷温度为581-600℃，卷取温度为510-572℃。
41.优选地，步骤(3)中，粗轧温度为990-1010℃。
42.优选地，步骤(4)中，开轧温度为955-970℃，出口温度为865-880℃。
43.优选地，步骤(5)中，层流冷却中终冷温度为580-600℃，卷取温度为550-575℃。
44.进一步地，制得的工程机械用钢在-20℃下的冲击功均值为113j，在-40℃下的冲击功均值为103j。
45.本发明旨在提供一种提高屈服强度700mpa级别10-16mm厚度的厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，其中：
46.对钢坯进行再加热的主要作用是使合金元素固溶并使合金浓度均匀化，在合金元素全固溶温度以上保温足够时间，可以使合金元素充分回溶于奥氏体，保证在后续的控轧控冷过程中获得有效析出；如果钢坯加热温度偏低，会导致成品钢中的铌、钒、钛等合金元素未能有效固溶，从而影响析出，导致无法有效细化晶粒，使得强韧性降低；如果钢坯加热温度过高，或者入炉温度过高，则会导致成品钢的微观组织粗大，降低成品钢的强韧性，因此，本发明将再加热过程的均热段温度控制在1240-1300℃，保温不低于40min，出炉温度1220-1260℃；
47.粗轧的主要作用是通过奥氏体动态再结晶细化晶粒，同时利用奥氏体中析出相钉扎奥氏体晶界，从而细化晶粒；实现动态再结晶需要变形量超过临界变形量，本发明将粗轧的单道次变形量控制在≥20％，较大的粗轧单道次变形量可以促进析出，减小再结晶奥氏体尺寸；同时，本发明将粗轧阶段累积变形量确定为不低于总变形量的75％，通过增加粗轧的累积变形量，能够提高高温段析出比例，充分细化再结晶奥氏体晶粒，以提高成品的韧性；
48.精轧前段处于奥氏体再结晶区，通过动态再结晶和析出相控制晶粒尺寸；精轧后段处于奥氏体非再结晶区，目的是使未再结晶奥氏体充分变形，并在晶粒内部产生亚结构，为后续的铁素体相变提供形核能和形核质点，本发明通过将精轧末尾三个机架的累积变形量设定为不低于精轧阶段总变形量的15％，能够提高未再结晶奥氏体变形量；
49.同时，本发明将精轧的开轧温度设定为≤980℃，采用较低的过热度防止再结晶奥氏体晶粒长大，防止产生混晶组织，同时能够降低形变诱导析出比例，提高铁素体中过饱和析出相比例，以保证钢板的强度；
50.将精轧出口温度设定为860-900℃，既避开了奥氏体-铁素体两相区，以免引起混晶组织，同时也在可能的情况下尽量降低了精轧出口温度，防止相变后铁素体晶粒长大，本发明精轧出口温度的设定能够稳定奥氏体相，减少先共析铁素体比例；
51.层流冷却过程中会发生铁素体相变和铁素体中的过饱和析出，为提高成品钢强度，提高纳米级析出相的析出比例，本发明将卷取温度设定为510-580℃以促进过饱和析出；由于珠光体相变会严重影响碳化物析出，本发明所述方法中，层流冷却采用前段集中冷却模式，以5-15℃/s的冷却速率快速冷却至终冷温度不高于600℃，能够避开珠光体相变区，促进过饱和析出，过饱和析出的纳米级析出相可以提高强度并实现良好的强韧性匹配；钢板在600℃以下发生中温转变产生的组织具有针状化特点，具有较精细的内部结构和较高位错密度，从而能够有效提高钢板的韧性。
52.下面结合具体实施例说明本发明所述方法提高机械用钢低温韧性的技术效果。
53.实施例1
54.本实施例提供的提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，具体包括以下步骤，同时对相同成分的铁水采用现有技术的方法制备钢材，并与采用本实施例所述方法制备得到的机械用钢进行性能对比，具体过程及数据对比如下：
55.(1)铁水经过冶炼和连铸得到钢坯；
56.(2)将钢坯送入板坯再加热炉，控制入炉温度为300℃，均热段温度为1249℃，均热段时间为55min，出炉温度为1240℃；
57.表1现有技术及实施例1钢坯再加热过程工艺参数
58.工艺均热温度/℃均热时间/min出炉温度/℃在炉时间/min现有技术1225481224290实施例11249551240300
59.(3)经过再加热的钢坯经过高压水除鳞后送入粗轧机进行多道次粗轧，其中，粗轧温度为987-1054℃，粗轧采用6道次轧制，单道次轧制变形量≥20％，末道次变形量≥25％，粗轧累积变形量为77.4％；
60.(4)粗轧后的钢板经过经过高压水除鳞后送入精轧机进行多道次精轧，其中，精轧采用6道次轧制，开轧温度为930-980℃，出口温度为860-900℃，末尾三个道次机架的累积变形量为精轧总变形量的17.7％；
61.(5)精轧后的钢板进入层流冷却后进行卷取，具体的，在层流冷却过程中，钢带的穿带速度为3-4m/s，采用前段集中冷却模式，以5-15℃/s的速率将钢带冷却至终冷温度581-600℃，随后空冷至510-572℃进行卷取。
62.表2现有技术及实施例1粗轧、精轧及冷却过程工艺参数
[0063][0064]
根据图1和2可以看出，未采用本发明所述方法的机械用钢中包括准多边形铁素体、渗碳体和m/a组元，而采用本实施例所述方法制得的机械用钢中为针状铁素体、粒状贝氏体及少量板条贝氏体。图3和图4显示了采用本实施例所述方法制得的机械用钢的奥氏体晶粒变形程度，奥氏体变形程度越大，在层流冷却阶段发生奥氏体-铁素体相变后，铁素体晶粒越细小，强度与韧性性能越好。
[0065]
针对未采用本发明所述方法制得的机械用钢和采用本实施例提供方法制得的机械用钢分别进行机械性能和低温韧性测试，测试结果如下表所示：
[0066]
表3现有技术及实施例1制得钢板力学性能及低温韧性
[0067][0068]
根据表3，可以看出，采用本实施例提供的方法制备得到的工程机械用钢在-20℃下的冲击功均值能够达到113j，在-40℃下的冲击功均值能够达到103j；采用本实施例提供方法制得的机械用钢强度相当，但在-20℃和-40℃下的低温韧性显著提高。
[0069]
实施例2
[0070]
本实施例提供的提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，具体包括以下步骤：
[0071]
(1)铁水经过冶炼和连铸得到钢坯；
[0072]
(2)将钢坯送入板坯再加热炉，控制入炉温度309℃，均热段温度为1241℃，均热段时间54min，出炉温度为1241℃；
[0073]
(3)经过再加热的钢坯经过高压水除鳞后送入粗轧机进行多道次粗轧，其中，粗轧温度为990-1010℃，粗轧采用6道次轧制，单道次轧制变形量≥20％，末道次变形量≥25％，粗轧累积变形量为75.22％；
[0074]
(4)粗轧后的钢板经过经过高压水除鳞后送入精轧机进行多道次精轧，其中，精轧采用6道次轧制，开轧温度为955-970℃，出口温度为865-880℃，末尾三个道次机架的累积变形量为精轧总变形量的17.58％；
[0075]
(5)精轧后的钢板进入层流冷却后进行卷取，具体的，在层流冷却过程中，钢带的穿带速度为3-4m/s，采用前段集中冷却模式，以5-15℃/s的速率将钢带冷却至终冷温度580-600℃，随后空冷至550-575℃进行卷取。
[0076]
同时对相同成分的铁水采用现有技术的方法制备钢材，相应工艺参数为实施例1
中提供的现有技术的工艺参数，针对未采用本发明所述方法制得的机械用钢和采用本实施例提供方法制得的机械用钢分别进行机械性能和低温韧性测试，测试结果如下表所示：
[0077]
表4现有技术及实施例2钢板力学性能及低温韧性
[0078][0079]
根据上表，可以看出，采用本实施例提供的方法制备得到的工程机械用钢在-20℃下的冲击功均值能够达到85j，在-40℃下的冲击功均值能够达到69j，低温韧性有明显提升。
[0080]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：1.一种提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)铁水经过冶炼和连铸得到钢坯；(2)将钢坯送入板坯再加热炉，控制均热段温度为1240-1300℃，均热段时间不低于40min，出炉温度为1220-1260℃；(3)经过再加热的钢坯经过高压水除鳞后送入粗轧机进行多道次粗轧，其中，单道次轧制变形量≥20％，末道次变形量≥25％，粗轧累积变形量不低于75％；(4)粗轧后的钢板经过经过高压水除鳞后送入精轧机进行多道次精轧，其中，末尾三个道次机架的累积变形量不低于精轧总变形量的15％；(5)精轧后的钢板进入层流冷却后进行卷取。2.根据权利要求1所述的提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，其特征在于，所述工程机械用钢为屈服强度为700mpa级别、10-16mm厚度工程机械用钢。3.根据权利要求1所述的提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，其特征在于，连铸过程过热度为10-20℃，平均拉速为1.0m/s。4.根据权利要求1所述的提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，其特征在于，经过连铸获得的钢坯厚度为200-230mm。5.根据权利要求1所述的提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，其特征在于，步骤(2)中，入炉温度＜400℃。6.根据权利要求1所述的提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，其特征在于，步骤(3)中，粗轧温度为970-1060℃，粗轧采用6道次轧制。7.根据权利要求1所述的提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，其特征在于，步骤(4)中，精轧采用6道次轧制，开轧温度为930-980℃，出口温度为860-900℃。8.根据权利要求1所述的提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，其特征在于，步骤(5)包括：层流冷却过程中，钢带的穿带速度为3-4m/s，采用前段集中冷却模式，以5-15℃/s的速率将钢带冷却至终冷温度≤600℃，随后空冷至510-580℃进行卷取。
技术总结本发明提供一种提高厚规格高强工程机械用钢低温韧性的方法，包括以下步骤：(1)铁水经过冶炼和连铸得到钢坯；(2)将钢坯送入板坯再加热炉，控制均热段温度为1240-1300℃，均热段时间不低于40min，出炉温度为1220-1260℃；(3)经过再加热的钢坯经过高压水除鳞后送入粗轧机进行多道次粗轧，其中，单道次轧制变形量≥20％，末道次变形量≥25％，粗轧累积变形量不低于75％；(4)粗轧后的钢板经过经过高压水除鳞后送入精轧机进行多道次精轧，其中，末尾三个道次机架的累积变形量不低于精轧总变形量的15％；(5)精轧后的钢板进入层流冷却后进行卷取。本发明的技术方案解决了厚规格热连轧高强钢存在的表面与心部组织不均匀损害低温韧性的技术问题。性的技术问题。性的技术问题。
技术研发人员：陈述 熊雪刚 张开华 汪创伟 崔凯禹 李正荣
受保护的技术使用者：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司
技术研发日：2022.06.30
技术公布日：2022/11/1
