30CrMnB热轧合金结构钢板及生产方法与流程

一种30crmnb热轧合金结构钢板及生产方法

技术领域

1.本发明涉及合金领域，具体涉及一种30crmnb热轧合金结构钢板及生产方法。

背景技术：

2.30crmnb热轧合金结构钢板广泛地应用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个领域中，制造的主要部件包括挖掘机斗齿、球磨机衬板、破碎机颚板、破碎壁、轧臼壁、风扇磨冲击板、拖拉机履带板和铁路道岔等等，也可作为低屈强比要求的合金结构钢板，用于大型结构件以其重要零部件。

3.在保证钢板良好加工性能的前提下，开发一种30crmnb热轧合金结构钢板，有效获得稳定的性能，更好的适应结构钢市场的需求，具有重要的社会效益和经济效益。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种30crmnb热轧合金结构钢板及生产方法，具有钢质纯净、致密度高、质量稳定的特点；屈服强度rp0.2≥350mpa，抗拉强度rm≥550mpa，延伸率a≥20％；表面布氏硬度≤230hb，非金属夹杂物a，b，c，d都≤2.0级。

5.本发明具体技术方案如下：

6.一种30crmnb热轧合金结构钢板，包括以下质量百分含量的成分：c：0.23

?

0.28％，si：0.15

?

0.55％，mn：1.00

?

1.40％，p≤0.020％，s≤0.020％，cr：0.85

?

1.20％，ni≤0.35％，cu≤0.25％，b：0.0005

?

0.0080％，als≤0.050％，余量为fe和不可避免的杂质。

7.本发明采用中碳成分设计，利用cr和b增加淬透性和淬硬性，并且控制显微结构以改善钢板的强度和韧性，细化晶粒。

8.所述30crmnb热轧合金结构钢板的厚度为10

?

75mm。

9.所述30crmnb热轧合金结构钢板的屈服强度rp0.2≥350mpa，抗拉强度rm≥550mpa，延伸率a≥20％；表面布氏硬度≤230hb。

10.所述30crmnb热轧合金结构钢板的热轧态组织为：面积比20

?

40％铁素体f和60

?

80％珠光体p，晶粒度在8

?

11级，屈强比≤0.70。

11.本发明提供的一种30crmnb热轧合金结构钢板的生产方法，包括转炉炼钢和连铸、加热、轧制和冷却工序。

12.所述转炉炼钢包括转炉冶炼、精炼工序和真空工序；

13.所述转炉冶炼，具体为：工序终点成分控制c≥0.080％；p≤0.010％，s≤0.025％；大包出钢温度1610

?

1640℃，出钢挡渣。

14.所述精炼工序，具体为：加精炼剂3.3

?

4.2kg/t、石灰5

?

6.7kg/t、埋弧渣1.6

?

2.1kg，萤石0.6

?

1.25kg/t，lf炉通电化渣6

?

8分钟，测温取样，喂入铝线造白渣，白渣保持时间≥10分钟。

15.所述真空工序，具体为：保证真空度≤133pa，真空时间≥15min，纯脱气时间≥10min，出站时定氢，确保出站[h]≤2ppm；破空后加入硼铁，然后喂纯钙线200

?

250m，处理结

束后软吹氩≥8min，控制软吹氩气流量，钢水液面蠕动即可，确保软吹效果。

[0016]

所述连铸具体为：浇铸过程中做好保护浇铸，冲击区不能亮红；确保过热10

?

30℃，连铸坯必须及时进坑缓冷30

?

48小时，坯料入坑温度不得低于550℃，坯料出坑后应远离热坯，同时不得堆放在风口上，远离风口；必须堆放在其它冷坯之间。

[0017]

所述加热，钢坯在连续炉加热，加热温度1100

?

1250℃，均热温1200

?

1260℃，加热系数0.9

?

1.2min/mm。

[0018]

所述轧制，具体为：采用两阶段轧制，粗轧开轧温度≥1050℃，精轧开轧温度910

?

950℃，精轧终轧温度840

?

860℃。

[0019]

所述冷却是指：轧后钢板空冷，在冷床上紧密排布，尽可能靠紧，不允许用鼓风机吹风。保证冷速≤3℃/s，钢板及时下线堆冷，控制下线入堆温度280

?

350℃，堆冷24

?

32小时。

[0020]

本发明通过中碳成分设计，同时添加cr、b等合金元素来控制显微结构以改善钢板的强度和韧性，细化晶粒，增加钢板的淬透性，抑制铁素体形成，促进贝氏体或马氏体相变。生产的钢板具有钢质纯净、致密度高、内应力小、质量稳定的特点；屈服强度rp0.2≥350mpa，抗拉强度rm≥550mpa，延伸率a≥20％；表面布氏硬度≤230hb，非金属夹杂物a，b，c，d都≤2.0级。

[0021]

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过中碳成分设计，利用cr、mn、si、b等合金元素，进行综合合金化提高钢的过冷奥氏体的稳定性和提高钢淬透性和淬硬性，少量的b可以大大提高钢的淬透性，同时si可以增加钢的抗回火稳定性，并推迟低温回火脆性，通过大量试验，保证cr：0.85

?

1.20％、b：0.0005

?

0.0080％范围，得到强度和韧性的最佳配合，不仅能控制显微结构，细化晶粒，还能增加钢板的淬透性，抑制铁素体形成，在后续产品进行热处理过程中促进贝氏体或马氏体相变。本发明通过精炼过程加入铝线，保证进一步脱氧效果；通过真空后期软吹时间控制更好地控制了钢中夹杂物等上浮，使钢的内部质量更加优良，保证了后期钢板性能的稳定性。通过精轧开轧温度及终轧温度的控制来保证钢板具有良好性能，轧后及时进行带温堆垛，防止钢板炸裂，保证钢板良好的质量,无裂纹。

附图说明

[0022]

图1为实施例1制备的32mm厚度的30crmnb钢板上表面金相组织；

[0023]

图2为实施例1制备的32mm厚度的30crmnb钢板上1/4金相组织；

[0024]

图3为实施例1制备的32mm厚度的30crmnb钢板1/2金相组织；

[0025]

图4为实施例1制备的32mm厚度的30crmnb钢板下1/4金相组织；

[0026]

图5为实施例1制备的32mm厚度的30crmnb钢板下表面金相组织；

[0027]

图6为实施例2制备的10mm厚度的30crmnb钢板上表面金相组织；

[0028]

图7为实施例2制备的10mm厚度的30crmnb钢板上1/4金相组织；

[0029]

图8为实施例2制备的10mm厚度的30crmnb钢板1/2金相组织；

[0030]

图9为实施例2制备的10mm厚度的30crmnb钢板下1/4金相组织；

[0031]

图10为实施例2制备的10mm厚度的30crmnb钢板下表面金相组织；

[0032]

图11为实施例3制备的50mm厚度的30crmnb钢板上表面金相组织；

[0033]

图12为实施例3制备的50mm厚度的30crmnb钢板上1/4金相组织；

[0034]

图13为实施例3制备的50mm厚度的30crmnb钢板1/2金相组织；

[0035]

图14为实施例3制备的50mm厚度的30crmnb钢板下1/4金相组织；

[0036]

图15为实施例3制备的50mm厚度的30crmnb钢板下表面金相组织；

[0037]

图16实施例4制备的75mm厚度的30crmnb钢板上表面金相组织；

[0038]

图17实施例4制备的75mm厚度的30crmnb钢板上1/4金相组织；

[0039]

图18实施例4制备的75mm厚度的30crmnb钢板1/2金相组织；

[0040]

图19实施例4制备的75mm厚度的30crmnb钢板下1/4金相组织；

[0041]

图20实施例4制备的75mm厚度的30crmnb钢板下表面金相组织；

[0042]

图21对比例1从切割面往钢板中间延伸氢致延迟裂纹；

[0043]

图22对比例2钢板长度和宽度中间区域产生网状裂纹。

具体实施方式

[0044]

下面结合具体实例对本发明进行详细说明：

[0045]

本发明所述钢板的厚度为10

?

75mm,其化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.23

?

0.28％，si：0.15

?

0.55％，mn：1.00

?

1.40％，p≤0.020％，s≤0.020％，cr：0.85

?

1.20％，ni≤0.35％，cu≤0.25％，b：0.0005

?

0.0080％，als≤0.050％，余量为fe和不可避免的杂质。钢板的屈服强度rp0.2≥350mpa，抗拉强度rm≥550mpa，延伸率a≥20％；表面布氏硬度≤230hb。工艺流程为：铁水

→

转炉

→

精炼

→

rh(真空)

→

连铸

→

加热

→

轧制

→

冷却

→

精整入库。

[0046]

实施例1

[0047]

一种30crmnb热轧合金结构钢板，本实施例30crmnb热轧合金结构钢板厚度为32mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1，表1中没有显示的余量为fe和不可避免的杂质。

[0048]

表1 30crmnb热轧合金结构钢板厚度为32mm熔炼成分(wt％)

[0049] cmnsipsalsnicrbcu实例10.2381.0790.2460.00990.00210.0270.0320.9210.00160.021

[0050]

30crmnb热轧合金结构钢板的生产方法包括铁水转炉初炼、精炼、连铸、加热、轧制、冷却等工序，具体工艺步骤如下所述：

[0051]

1)铁水转炉初炼工序：采用转炉冶炼，大包出钢控制c：0.10％，p：0.009％，s：0.015％大包温度1619℃，出钢挡渣，避免出钢见渣；

[0052]

2)精炼工序：按照120吨一炉钢，加精炼剂422kg、石灰621kg、埋弧渣230kg，萤石102kg，lf炉通电化渣6.5分钟，测温取样，精炼初期喂入0.86

㎏

/t钢的铝线，白渣保持时间22min，真空工序，真空度104pa,真空时间16min，纯脱气时间12min，出站时定氢，出站[h]1.8ppm；破空后加入硼铁8kg，然后喂纯钙线225m，处理结束后软吹氩8.9min，控制软吹氩气流量，确保软吹效果(钢水液面蠕动即可)。

[0053]

3)连铸工序：浇铸过程中做好保护浇铸(保护渣全覆盖钢水液面，冲击区不能亮红)。过热度18℃，进坑缓冷36小时，坯料入坑温度610℃，坯料出坑后堆放在其它冷坯之间，且远离热坯和风口。

[0054]

4)加热工序：钢坯在连续炉加热，加热温度1210℃，均热温度1230℃，加热系数0.98min/mm，250mm坯料总加热时间245分钟。

[0055]

5)轧制工序：采用两阶段轧制，粗轧开轧温度1053℃，精轧开轧温度924℃，精轧终轧温度852℃，轧后钢板空冷，在冷床上紧密排布(如图1)，尽可能靠紧，不允许用鼓风机吹风。冷速2.2℃/s，钢板及时下线堆冷，控制下线入堆温度315℃，堆冷26小时。

[0056]

本实施例1所得30crmnb热轧合金结构钢板力学性能和物理性能见表2。

[0057]

表2实施例1生产的30crmnb热轧合金结构钢板厚度为32mm力学性能和物理性能

[0058][0059]

本实例1所得30crmnb热轧合金结构钢板的金相组织见表3和图1

?

图5：

[0060]

表3 30crmnb热轧合金结构钢板厚度为32mm金相组织

[0061][0062]

实施例2

[0063]

一种30crmnb热轧合金结构钢板，本实施例30crmnb热轧合金结构钢板厚度为10mm，其化学成分组成及质量百分含量见表4。

[0064]

表4 30crmnb热轧合金结构钢板厚度为10mm熔炼成分(wt％)

[0065] cmnsipsalsnicrbcu实例20.2501.0900.2500.01000.00200.0300.0330.9300.00170.022

[0066]

30crmnb热轧合金结构钢板的生产方法包括铁水转炉初炼、精炼、连铸、加热、轧制、冷却等工序，具体工艺步骤如下所述：

[0067]

1)铁水转炉初炼工序：采用转炉冶炼，大包出钢控制c：0.08％，p：0.008％，s：0.017％大包温度1623℃，出钢挡渣，避免出钢见渣；

[0068]

2)精炼工序：按照120吨一炉钢，加精炼剂488kg、石灰601kg、埋弧渣210kg，萤石82kg，lf炉通电化渣8分钟，测温取样，精炼初期喂入0.96

㎏

/t钢的铝线，白渣保持时间25min，真空工序，真空度96pa,真空时间18min，纯脱气时间13min，出站时定氢，确保出站[h]1.7ppm；破空后加入硼铁9kg，然后喂纯钙线215m，处理结束后软吹氩9min，控制软吹氩气流量，确保软吹效果(钢水液面蠕动即可)。

[0069]

3)连铸工序：浇铸过程中做好保护浇铸(保护渣全覆盖钢水液面，冲击区不能亮红)。过热度28℃，进坑缓冷31小时，坯料入坑温度560℃，坯料出坑后堆放在其它冷坯中间，远离热坯和风口。

[0070]

4)加热工序：钢坯在连续炉加热，加热温度1110℃，均热温度1230℃，加热系数

1.03min/mm，250mm坯料总加热时间257.5分钟。

[0071]

5)轧制工序：采用两阶段轧制，粗轧开轧温度1068℃，精轧开轧温度944℃，精轧终轧温度843℃，轧后钢板空冷，在冷床上紧密排布，尽可能靠紧，不允许用鼓风机吹风。冷速2.8℃/s，钢板及时下线堆冷，控制下线入堆温度285℃，堆冷32小时。

[0072]

本实施例2所得30crmnb热轧合金结构钢板力学性能和物理性能见表5。

[0073]

表5 30crmnb热轧合金结构钢板厚度为10mm力学性能和物理性能

[0074][0075]

本实例2所得30crmnb热轧合金结构钢板的金相组织见表6和图6

?

图10：

[0076]

表6 30crmnb热轧合金结构钢板厚度为10mm金相组织

[0077][0078]

实施例3

[0079]

一种30crmnb热轧合金结构钢板，本实施例30crmnb热轧合金结构钢板厚度为50mm，其化学成分组成及质量百分含量见表7。

[0080]

表7 30crmnb热轧合金结构钢板厚度为50mm熔炼成分(wt％)

[0081] cmnsipsalsnicrbcu实例30.2451.0570.2250.00910.00240.0280.0320.9310.00120.026

[0082]

30crmnb热轧合金结构用钢板的生产方法包括铁水转炉初炼、精炼、连铸、加热、轧制、冷却等工序，具体工艺步骤如下所述：

[0083]

1)铁水转炉初炼工序：采用转炉冶炼，大包出钢控制c：0.09％，p：0.008％，s：0.012％大包温度1631℃，出钢挡渣，避免出钢见渣；

[0084]

2)精炼工序：按照120吨一炉钢，加精炼剂468kg、石灰781kg、埋弧渣230kg，萤石145kg，lf炉通电化渣6分钟，测温取样，精炼初期喂入0.86

㎏

/t钢的铝线，白渣保持时间20min，真空工序，真空度126pa,真空时间17min，纯脱气时间10min，出站时定氢，出站[h]1.5ppm；破空后加入硼铁11kg，然后喂纯钙线245m，处理结束后软吹氩9min，控制软吹氩气流量，确保软吹效果(钢水液面蠕动即可)。

[0085]

3)连铸工序：浇铸过程中做好保护浇铸(保护渣全覆盖钢水液面，冲击区不能亮红)。过热度22℃，进坑缓冷35小时，坯料入坑温度553℃，坯料出坑后堆放在其它冷坯中间(远离热坯和风口)。

[0086]

4)加热工序：钢坯在连续炉加热，加热温度1190℃，均热温度1210℃，加热系数1.15min/mm，250mm坯料总加热时间287.5分钟。

[0087]

5)轧制工序：采用两阶段轧制，粗轧开轧温度1058℃，精轧开轧温度924℃，精轧终轧温度843℃，轧后钢板空冷，在冷床上紧密排布，尽可能靠紧，不允许用鼓风机吹风。冷速2.0℃/s，钢板及时下线堆冷，控制下线入堆温度345℃，堆冷25小时。

[0088]

本实施例3所得30crmnb热轧合金结构钢板力学性能和物理性能见表8。

[0089]

表8 30crmnb热轧合金结构钢板厚度为50mm力学性能和物理性能

[0090][0091]

本实例3所得30crmnb热轧合金结构钢板的金相组织见表9和图11

?

图15：

[0092]

表9 30crmnb热轧合金结构钢板厚度为50mm金相组织

[0093][0094]

实施例4

[0095]

一种30crmnb热轧合金结构钢板，本实施例30crmnb热轧合金结构钢板厚度为75mm，其化学成分组成及质量百分含量见表10。

[0096]

表10 30crmnb热轧合金结构钢板厚度为75mm熔炼成分(wt％)

[0097] cmnsipsalsnicrbcu实例40.2301.0800.2300.01000.00250.0330.0310.9110.00170.026

[0098]

30crmnb热轧合金结构钢板的生产方法包括铁水转炉初炼、精炼、连铸、加热、轧制、冷却等工序，具体工艺步骤如下所述：

[0099]

1)铁水转炉初炼工序：采用转炉冶炼，大包出钢控制c：0.09％，p：0.008％，s：0.012％大包温度1636℃，出钢挡渣，避免出钢见渣；

[0100]

2)精炼工序：按照120吨一炉钢，加精炼剂478kg、石灰795kg、埋弧渣230kg，萤石145kg，lf炉通电化渣7分钟，测温取样，精炼初期喂入0.86

㎏

/t钢的铝线，白渣保持时间20min，真空工序，真空度106pa,真空时间16min，纯脱气时间11min，出站时定氢，出站[h]1.5ppm；破空后加入硼铁10kg，然后喂纯钙线245m，处理结束后软吹氩9min，控制软吹氩气流量，确保软吹效果(钢水液面蠕动即可)。

[0101]

3)连铸工序：浇铸过程中做好保护浇铸(保护渣全覆盖钢水液面，冲击区不能亮红)。过热度22℃，进坑缓冷34小时，坯料入坑温度553℃，坯料出坑后堆放在其它冷坯中间(远离热坯和风口)。

[0102]

4)加热工序：钢坯在连续炉加热，加热温度1190℃，均热温度1210℃，加热系数1.20min/mm，250mm坯料总加热时间300分钟。

[0103]

5)轧制工序：采用两阶段轧制，粗轧开轧温度1058℃，精轧开轧温度934℃，精轧终

轧温度849℃，轧后钢板空冷，在冷床上紧密排布，尽可能靠紧，不允许用鼓风机吹风。冷速1.8℃/s，钢板及时下线堆冷，控制下线入堆温度335℃，堆冷26小时。

[0104]

本实施例4所得30crmnb热轧合金结构钢板力学性能和物理性能见表11。

[0105]

表11 30crmnb热轧合金结构钢板厚度为75mm力学性能和物理性能

[0106][0107]

本实施例4所得30crmnb热轧合金结构钢板的金相组织见表12和图16

?

图20：

[0108]

表12 30crmnb热轧合金结构钢板厚度为75mm金相组织

[0109][0110]

本发明通过中碳成分设计，同时添加cr、b等合金元素来控制显微结构以改善钢板的强度和韧性，细化晶粒，增加钢板的淬透性，抑制铁素体形成，促进贝氏体或马氏体相变。

[0111]

对比例1

[0112]

一种30crmnb热轧合金结构钢板，成分和生产方法同实施例1，区别是：相对实施例1改变了精炼工序中真空工序。对比例1在真空工序，真空度269pa,真空时间10min，纯脱气时间5min，出站时定氢，确保出站[h]3.7ppm。导致钢坯中的[h]超标，在轧制钢板切割后，在表面发现切割面附近，从切割面往钢板中间延伸氢致延迟裂纹，如图21。

[0113]

对比例2

[0114]

一种30crmnb热轧合金结构钢板，成分和生产方法同实施例3，区别是连铸工序，对比例2在连铸工序浇铸过程中做好保护浇铸(保护渣全覆盖钢水液面，冲击区不能亮红)。过热度22℃。未进缓冷坑进行缓冷，直接热送热装。导致在钢板长度和宽度中间区域产生，类似于横裂纹，但比横裂纹较细且密集的网状裂纹，如图22。

[0115]

对比例3

[0116]

一种30crmnb热轧合金结构钢板，成分和生产方法同实施例2，区别是成分控制对比例3在炼钢工序成分控制时，加入了过量的b，使得成品钢板的b质量百分含量达到0.0100％。导致在钢板中产生大量的复杂硼相，沿晶界析出，使钢板出现大颗粒的晶界夹杂物，非金属夹杂物a和b类达到3.0级和3.5级，钢板的伸长率极低，只有2％，钢板脆性极大。

[0117]

对比例4

[0118]

一种30crmnb热轧合金结构钢板，成分和生产方法同实施例4，区别是轧后冷却工序的冷床控制，对比例4在冷床间隔1米左右排布，拉速达到6℃/s。导致钢板的金相组织中出现了贝氏体组织，伸长率只有10％，表面硬度达到330hbw，钢板韧性低脆性大。技术特征：

1.一种30crmnb热轧合金结构钢板，其特征在于，所述30crmnb热轧合金结构钢板包括以下质量百分含量的成分：c：0.23

?

0.28％，si：0.15

?

0.55％，mn：1.00

?

1.40％，p≤0.020％，s≤0.020％，cr：0.85

?

1.20％，ni≤0.35％，cu≤0.25％，b：0.0005

?

0.0080％，als≤0.050％，余量为fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的30crmnb热轧合金结构钢板，其特征在于，所述30crmnb热轧合金结构钢板组织为：面积比20

?

40％铁素体f和60

?

80％珠光体p，晶粒度在8

?

11级，非金属夹杂物a，b，c，d都≤2.0级。3.根据权利要求1或2所述的30crmnb热轧合金结构钢板，其特征在于，所述30crmnb合金结构钢板的屈服强度rp0.2≥350mpa，抗拉强度rm≥550mpa，延伸率a≥20％；表面布氏硬度≤230hb，屈强比≤0.70。4.一种权利要求1

?

3任一项所述的30crmnb热轧合金结构钢板的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括转炉冶炼，具体为：工序终点成分控制c≥0.080％；p≤0.010％，s≤0.025％；大包出钢温度1610

?

1640℃，出钢挡渣。5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括精炼工序，具体为：加精炼剂3.3

?

4.2kg/t、石灰5

?

6.7kg/t、埋弧渣1.6

?

2.1kg，萤石0.6

?

1.25kg/t，lf炉通电化渣6

?

8分钟，测温取样，喂入铝线造白渣，白渣保持时间≥10分钟。6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括真空工序，具体为：保证真空度≤133pa，真空时间≥15min，纯脱气时间≥10min，出站时定氢，确保出站[h]≤2ppm；破空后加入硼铁，然后喂纯钙线200

?

250m，处理结束后软吹氩≥8min，控制软吹氩气流量，钢水液面蠕动即可。7.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括连铸，具体为：浇铸过程中确保过热10

?

30℃，连铸坯进坑缓冷30

?

48小时，坯料入坑温度不得低于550℃，堆放在其它冷坯之间。8.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括加热，钢坯在连续炉加热，加热温度1100

?

1250℃，均热温1200

?

1260℃，加热系数0.9

?

1.2min/mm。9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括轧制，具体为：采用两阶段轧制，粗轧开轧温度≥1050℃，精轧开轧温度910

?

950℃，精轧终轧温度840

?

860℃。10.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括冷却，具体为：轧后钢板空冷，在冷床上紧密排布，保证冷速≤3℃/s，钢板及时下线堆冷，控制下线入堆温度280

?

350℃，堆冷24

?

32小时。

技术总结

本发明提供了一种30CrMnB热轧合金结构钢板及生产方法，成分：C：0.23

技术研发人员：朱永宽 刘小林 操瑞宏 龚红根 熊文名 董富军 刘敏 吕继平 王琨铭 郭文波 郑景斌 孙祖才 张亚君 李磊 刘胜赫

受保护的技术使用者：新余钢铁股份有限公司

技术研发日：2021.09.24

技术公布日：2021/12/27