技术领域
[0001] 本发明属于高强钢生产技术领域，具体是一种高强钢及其生产工艺。
相关背景技术
[0002] 960MPa级以上的高强钢因其良好的成形性能、焊接性能以及优异的低温冲击韧性，在大型工程机械制造中扮演着重要角色。这些工程机械需要在复杂多变的服役环境中承受较大的工作载荷，因此对所用钢铁基材的性能要求非常严格。其中，强度和韧性是最为关键的性能指标。高强钢的成分设计和连铸坯的质量控制是决定材料基础性能的关键因素。
[0003] 目前，在实际使用过程中，960MPa级以上的高强钢可能会遇到加工开裂和疲劳开裂等质量问题。这些问题的深层次原因往往与成分设计不科学和连铸坯内部质量不佳有关。为了解决这些问题，本专利提出了一种稀土处理技术，用于生产960MPa级以上的高强钢。此外，还开发了一种使用电磁搅拌技术来提高连铸坯质量的生产工艺。这些创新显著提升了高强钢的冲击韧性，有效解决了使用过程中的开裂问题。
具体实施方式
[0078] 为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
[0079] 除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
[0080] 本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60‑120和80‑110的范围，理解为60‑110和80‑120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1‑3、1‑4、1‑5、2‑3、2‑4和2‑5。在本发明中，除非有其他说明，数值范围“a‑b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0‑5”表示本文中已经全部列出了“0‑5”之间的全部实数，“0‑5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
[0081] 如果没有特别的说明，本发明的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
[0082] 如果没有特别的说明，本发明的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
[0083] 如果没有特别的说明，本发明的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
[0084] 如果没有特别的说明，本发明所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。
[0085] 如果没有特别的说明，在本发明中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)；A为假(或不存在)而B为真(或存在)；或A和B都为真(或存在)。
[0086] 以下实施例和对比例使用的合金如下：
[0087] 锰铁合金：牌号FeMn84C0.7，Mn含量为84％，C含量为0.7％，其余为Fe和不可避免的杂质；
[0088] 硅铁合金：牌号FeSi75，Si含量为75％，其余为Fe和不可避免的杂质)；
[0089] 铬铁合金：牌号FeCr55C2.0，Cr含量55％、C含量≤0.2％，其余为Fe和不可避免的杂质
[0090] 钛铁合金：牌号70TiFe，Ti含量68％‑72％，其余为Fe和不可避免的杂质)；
[0091] 硼铁合金：牌号19BFe，B含量＞19％，其余为Fe和不可避免的杂质；
[0092] 所述镍合金中Ni：45‑50％，Si：≤14％，其余为Fe和不可避免的杂质；
[0093] 所述钼铁合金中Mo：60‑65％，Si：≤2％，其余为Fe和不可避免的杂质；
[0094] 所述铌铁合金中Nb：63‑65％，Si：≤5％，其余为Fe和不可避免的杂质；
[0095] 所述钒铁合金中Nb：50‑55％，Si：≤2.5％，Al≤2.0％，其余为Fe和不可避免的杂质；
[0096] 铝块：Al含量为99.6％，其余为不可避免的杂质；
[0097] 稀土合金：LaCe合金，La与Ce的质量比为1:2，纯度为99.5％。
[0098] 以下实施例和对比例中高强钢的夹杂物测试方法参照GB/T10561。
[0099] 实施例1
[0100] 1、高强钢
[0101] 高强钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.18％，Si：0.45％，Mn：1.74％，P：0.007％，S：0.0008％，Ni：0.20％，Mo：0.32％，Nb：0.054％，V：0.049％，Cr：0.44％，Alt：
0.031％，Ti：0.028％，B：0.0035％，N：0.0035％、RE：0.0039％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
[0102] 高强钢‑60°横向冲击功为95J。
[0103] 高强钢的屈服强度为1362MPa。
[0104] 高强钢中无细长MnS夹杂物，高强钢中的B类夹杂物为1.0级。
[0105] 本实施例的高强钢满足各类工程机械的使用要求。
[0106] 2、高强钢的生产工艺
[0107] 高强钢的生产工艺，包括以下步骤：
[0108] S1.将铁水进行KR脱硫，再转炉冶炼、出钢，得到钢水；
[0109] S2.将钢水进行LF精炼、RH精炼，中间包钢水出站；
[0110] S3.中间包钢水进行连铸得到铸坯，再将铸坯经热轧后得到高强钢。
[0111] 本实施例S1中，所述KR脱硫使铁水中S含量为0.0008％。
[0112] 本实施例S1中，所述KR脱硫后脱硫渣扒净度为97％。
[0113] 本实施例S1中，所述转炉冶炼的温度为1274℃。
[0114] 本实施例S1中，所述转炉冶炼采用双渣工艺。
[0115] 本实施例S1中，所述转炉冶炼的终点P含量为0.006％、O含量为721ppm。
[0116] 本实施例S1中，所述出钢的量为205t。
[0117] 本实施例S1中，所述出钢后先600kg石灰的加渣洗料，再脱氧合金化；脱氧合金化采用的合金为锰铁合金、硅铁合金、铬铁合金和铝块。
[0118] 本实施例S2中，所述LF精炼包括造黄白渣、深脱硫和软吹的工艺；
[0119] 进一步地，造黄白渣需要加入1400kg石灰和300kg预熔渣；其中，预熔渣的成分包括：CaO：46％、Al2O3：41％、SiO2：3.2％、MgO：5.3％、S：0.08％、P：0.02％、Fe2O3：1.3％、H2O：0.2％；预熔渣的粒径为25mm。
[0120] 进一步地，软吹的时间10min。
[0121] 本实施例S2中，所述LF精炼出站钢水的温度为1618℃。
[0122] 本实施例S2中，所述LF精炼出站钢水的成分为C：0.181％，Si：0.47％，Mn：1.72％，P：0.006％，S：0.0008％，Ni：0.19％，Mo：0.29％，Nb：0.055％，V：0.051％，Cr：0.40％，Alt：0.038％，N：0.0052％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
[0123] 本实施例S2中，所述RH精炼的真空度为10‑100Pa。
[0124] 本实施例S2中，所述RH精炼过程中加入钛铁合金和硼铁合金，使RH出站钢水中Ti：0.028％，B：0.0035％，N：0.0035％。
[0125] 本实施例S2中，所述RH精炼过程中加入25kgLaCe稀土合金，使RH出站钢水中La和Ce的含量之和为39ppm。
[0126] 本实施例S2中，所述RH精炼的循环时间为22min。
[0127] 本实施例S2中，所述RH精炼后软吹时间为8min。
[0128] 本实施例S2中，所述RH精炼破空后镇静时间为25min。
[0129] 本实施例S3中，所述连铸需要在使用前3天检查铸机状态，所述连铸的铸机控制扇形段的对中和辊缝控制在±0.5mm以下。
[0130] 本实施例S3中，所述连铸过程中的所述中间包钢水的过热度为38℃。
[0131] 本实施例S3中，所述连铸的拉速为1.0‑1.2m/min。
[0132] 本实施例S3中，所述连铸采用三段式动态轻压下，总压下量7mm。
[0133] 本实施例S3中，所述连铸采用辊式电磁搅拌，电流控制在510A。
[0134] 本实施例S3中，所述连铸的塞棒位置没有上涨，可以实现单浇次15炉连浇。
[0135] 本实施例S3中，所述连铸后的铸坯中心偏析0.5级、中心疏松0.5级、无中间裂纹。
[0136] 本实施例S3中，所述热轧的经过7道次粗轧、7道次精轧。
[0137] 本实施例S3中，所述热轧的轧制速度为10‑14m/min。
[0138] 本实施例S3中，所述热轧板坯的出炉温度1260℃，精轧入口温度1130℃，终轧温度为895℃，卷取温度570℃。
[0139] 实施例2
[0140] 本实施例与实施例1的差异在于：
[0141] 1、高强钢
[0142] 高强钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.185％，Si：0.48％，Mn：1.83％，P：0.008％，S：0.0007％，Ni：0.21％，Mo：0.31％，Nb：0.054％，V：0.050％，Cr：0.45％，Alt：
0.035％，Ti：0.025％，B：0.0034％，N：0.0037％、RE：0.0035％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
[0143] 高强钢‑60°横向冲击功为96J。
[0144] 高强钢的屈服强度为1357MPa。
[0145] 高强钢中无细长MnS夹杂物，高强钢中的B类夹杂物为0.5级。
[0146] 本实施例的高强钢满足各类工程机械的使用要求。
[0147] 2、高强钢的生产工艺
[0148] 本实施例S1中，所述KR脱硫使铁水中S含量为0.0005％。
[0149] 本实施例S1中，所述转炉冶炼的终点P含量为0.008％、O含量为685ppm。
[0150] 本实施例S1中，所述出钢的量为204t。
[0151] 本实施例S2中，所述LF精炼出站钢水的成分为，C：0.185％，Si：0.48％，Mn：1.83％，P：0.008％，S：0.0007％，Ni：0.21％，Mo：0.31％，Nb：0.054％，V：0.050％，Cr：
0.45％，Alt：0.035％，N：0.0056％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
[0152] 本实施例S2中，所述LF精炼出站钢水的温度为1615℃。
[0153] 本实施例S2中，所述RH精炼过程中加入钛铁合金和硼铁合金，使RH出站钢水中Ti：0.025％，B：0.0034％，N：0.0037％。
[0154] 本实施例S2中，所述RH精炼过程中加入25kgLaCe稀土合金，使RH出站钢水中La和Ce的含量之和为35ppm。
[0155] 本实施例S2中，所述RH精炼破空后镇静时间为24min。
[0156] 本实施例S3中，所述连铸过程中的所述中间包钢水的过热度为35℃。
[0157] 对比例1
[0158] 本对比例RH精炼过程中不加稀土合金。
[0159] 本对比例与实施例1的差异在于：
[0160] 1、高强钢
[0161] 高强钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.185％，Si：0.48％，Mn：1.83％，P：0.014％，S：0.0035％，Ni：0.21％，Mo：0.31％，Nb：0.062％，V：0.056％，Cr：0.45％，Alt：
0.035％，Ti：0.031％，B：0.0028％，N：0.0038％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
[0162] 高强钢‑60°横向冲击功为55J。
[0163] 高强钢的屈服强度为971MPa。
[0164] 高强钢中存在少量细长MnS夹杂物，高强钢中的B类夹杂物为1.5级，夹杂物形貌如图2所示。
[0165] 本对比例的高强钢不能满足高端工程机械的使用要求。
[0166] 2、高强钢的生产工艺
[0167] 本对比例S1中，所述KR脱硫使铁水中S含量为0.0005％。
[0168] 本对比例S1中，所述转炉冶炼的温度为1264℃。
[0169] 本对比例S1中，所述转炉冶炼的终点P含量为0.015％、O含量为685ppm。
[0170] 本对比例S1中，所述出钢的量为204t。
[0171] 本对比例S2中，所述LF精炼出站钢水的成分为C：0.185％，Si：0.48％，Mn：1.83％，P：0.014％，S：0.0035％，Ni：0.21％，Mo：0.31％，Nb：0.062％，V：0.056％，Cr：0.45％，Alt：0.035％，N：0.0056％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
[0172] 本对比例S2中，所述LF精炼出站钢水的温度为1615℃
[0173] 本对比例S2中，所述RH精炼过程中加入钛铁合金和硼铁合金，使RH出站钢水中Ti：0.031％，B：0.0028％，N：0.0038％。
[0174] 本对比例S2中，所述RH精炼过程中不加入稀土合金。
[0175] 本对比例S2中，所述RH精炼破空后镇静时间为24min。
[0176] 对比例2
[0177] 本对比例与实施例2的差异在于：
[0178] 1、高强钢
[0179] 高强钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.18％，Si：0.45％，Mn：1.74％，P：0.007％，S：0.0008％，Ni：0.20％，Mo：0.32％，Nb：0.054％，V：0.049％，Cr：0.44％，Alt：
0.031％，Ti：0.028％，B：0.0035％，N：0.0035％、RE：0.0101％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
[0180] 高强钢‑60°横向冲击功为92J。
[0181] 高强钢的屈服强度为1128MPa。
[0182] 高强钢中无细长MnS夹杂物，高强钢中的B类夹杂物为0.5级。
[0183] 2、高强钢的生产工艺
[0184] 本对比例S2中，所述RH精炼过程中加入75kgLaCe稀土合金，使RH出站钢水中La和Ce的含量之和为101ppm。
[0185] 本对比例S3中，所述连铸的塞棒位置上涨18mm，连浇2炉以后生产中断。
[0186] 对比例3
[0187] 本对比例与实施例1的差异在于：
[0188] 1.高强钢
[0189] 高强钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.185％，Si：0.48％，Mn：1.83％，P：0.008％，S：0.0007％，Ni：0.21％，Mo：0.31％，Nb：0.054％，V：0.050％，Cr：0.45％，Alt：
0.035％，Ti：0.025％，B：0.0034％，N：0.0037％、RE：0.0039％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
[0190] 高强钢‑60°横向冲击功为84J。
[0191] 高强钢的屈服强度为965MPa。
[0192] 高强钢中无细长MnS夹杂物，高强钢中的B类夹杂物为1.0级。
[0193] 2.高强钢的生产工艺
[0194] 本对比例S3中，所述中间包钢水的过热度为38℃。
[0195] 本对比例S3中，所述连铸的拉速为1.3m/min。
[0196] 本对比例S3中，所述铸机控制扇形段的对中和辊缝控制在±1.0mm。
[0197] 本对比例S3中，所述连铸采用3段式动态轻压下，总压下量4mm。
[0198] 本对比例S3中，所述连铸采用辊式电磁搅拌，电流控制在500A。
[0199] 本对比例S3中，连铸后的铸坯中心偏析1.5级、中心疏松1.0级、有少量中间裂纹。
[0200] 上述实施例和对比例中，实施例1和2均使用稀土微处理细化钢中夹杂物，使得高强钢的B类夹杂物控制在0.5级、1.0级。对比例1中不添加稀土合金，因此导致高强钢中B类夹杂物为1.5级，且存在少量细长MnS夹杂物。对比例2中稀土含量高，但是钢水可浇性差，连浇2炉以后生产中断。连铸工艺对铸机状态、过热度和拉速提出了具体要求，这为连铸后的铸坯的低倍质量奠定基本保障条件，因此对比例3得到的铸坯质量差。
[0201] 除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
