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CN116200666A - 一种高强度高疲劳性能钢板及其制备方法 - Google Patents

一种高强度高疲劳性能钢板及其制备方法 Download PDF

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CN116200666A
CN116200666A CN202310192667.5A CN202310192667A CN116200666A CN 116200666 A CN116200666 A CN 116200666A CN 202310192667 A CN202310192667 A CN 202310192667A CN 116200666 A CN116200666 A CN 116200666A
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刘顺明
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缪成亮
李晓林
惠亚军
许斐范
曹荣华
于孟
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Shougang Group Co Ltd
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Abstract

本发明特别涉及一种高强度高疲劳性能钢板及其制备方法，属于钢材制备技术领域，采用相对简单的成分设计，采用C、Si、Mn、Cr、Nb和Ti等常规的合金元素，加入了Cr和Mo等元素保证材料的淬透性，得到更多的硬相，保证强度；低碳的成分设计，加入Nb和V等元素保证材料得到细化的晶粒，有利于保证材料的屈服强度和疲劳强度；加入Cu和Ni等元素，保证钢板的耐腐蚀性能，使得成品钢板的屈服强度900‑950MPa，抗拉强度950MPa～1050MPa，断后伸长率3％～6％，屈强比≥0.9，疲劳强度≥850MPa(循环次数N＝1×107次)，180°对折边部无裂纹，电阻点焊抗剪拉伸实验焊点呈现焊核拔出断裂模式。

Description

一种高强度高疲劳性能钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于钢材制备技术领域，特别涉及一种高强度高疲劳性能钢板及其制备方法。
背景技术
柔性割台用弹簧过渡板用钢广泛应用在农用机械上，特别收获机械的弹簧过渡板作为联合收割机重要部件，它以悬臂状地安装在螺旋推运器和切割器之间，依靠弹簧过渡板的弹性紧贴在护刃器梁的下面，当割刀随地形上下浮动时，弹簧板与护刃器梁之间可发生相对滑动，弹簧过渡板的形状应保证它与护刃器梁之间有一定的压力，以便有较好的密闭性。要求材料具有高的强度，高的屈强比(通常要求弹簧过渡板的屈强比Rp0.2/Rm≥0.9)，厚度规格为0.6-1.2mm。目前，我国农机装备此部件仍全部依靠进口，关于柔性割台弹簧过渡板用钢的研究还是空白。
发明内容
本申请的目的在于提供一种高强度高疲劳性能钢板及其制备方法，以填补柔性割台弹簧过渡板用钢的空白。
本发明实施例提供了一种高强度高疲劳性能钢板，所述钢板的化学成分以质量分数计包括：
C：0.02％-0.15％、Si：0.1％-0.5％、Mn：0.4％-1.5％、Alt：0.01％-0.10％、Cr：0.3％-1.5％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、Mo：0.10-0.50％、Ti：0.01％-0.05％、Nb：0.01％-0.10％、V：0.01％-0.10％、Cu：0.20％-0.50％、Ni：0.20％-0.50％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
可选的，所述钢的化学成分以质量分数计包括：
C：0.06％-0.11％、Si：0.2％-0.4％、Mn：0.7％-1.2％、Alt：0.03％-0.07％、Cr：0.7％-1.1％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、Mo：0.20％-0.40％、Ti：0.02％-0.04％、Nb：0.04％-0.07％、V：0.04％-0.07％、Cu：0.30％-0.40％、Ni：0.30％-0.40％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
可选的，所述钢的显微组织包括：铁素体和珠光体，组织保持冷轧纤维状的组织特征。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种如上所述的高强度高疲劳性能钢板的制备方法，所述方法包括：
对铸坯进行加热，得到加热坯；
对所述加热坯进行粗除鳞，得到粗除鳞坯；
对所述粗除鳞坯进行粗轧，后进行精除鳞，得到精除鳞坯；
对所述精除鳞坯进行精轧，后进行冷却和卷取，得到热轧薄板；
对所述热轧薄板进行平整，后进行酸洗，得到酸洗板；
对所述酸洗板进行冷轧、后进行连退，得到钢板。
可选的，所述加热的终点温度为1240-1300℃，所述加热的均热段保温时间为1.0-4.0h，所述加热的均热段空燃比为0.8-1.5。
可选的，所述粗除鳞的除鳞压力为15-25MPa；所述粗轧的开轧温度为1220-1280℃，所述粗轧的总压下率为80％-90％；所述精除鳞的除鳞压力为30-35MPa，所述精轧的入口温度为1000-1100℃，所述精轧的终轧温度为850-910℃，所述精轧的总压下率为85％-95％。
可选的，所述卷取的温度为480-540℃。
可选的，所述平整的平整力为2000-4000KN。
可选的，所述酸洗的温度为70-100℃，所述酸洗的速度为70-100m/min。
可选的，所述冷轧的压下率为60％-80％，所述连退的温度为650-700℃，所述连退的带速为70-110m/min。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的高强度高疲劳性能钢板，采用相对简单的成分设计，采用C、Si、Mn、Cr、Nb和Ti等常规的合金元素，加入了Cr和Mo等元素保证材料的淬透性，得到更多的硬相，保证强度；低碳的成分设计，加入Nb和V等元素保证材料得到细化的晶粒，有利于保证材料的屈服强度和疲劳强度；加入Cu和Ni等元素，保证钢板的耐腐蚀性能，使得成品钢板的屈服强度900-950MPa，抗拉强度950MPa～1050MPa，断后伸长率3％～6％，屈强比≥0.9，疲劳强度≥850MPa(循环次数N＝1×107次)，180°对折边部无裂纹，电阻点焊抗剪拉伸实验焊点呈现焊核拔出断裂模式。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例1提供的钢板的SEM图；
图2是本发明实施例1提供的钢板在180°对折后的边部形貌图；
图3是本发明实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
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。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种高强度高疲劳性能钢板，所述钢板的化学成分以质量分数计包括：
C：0.02％-0.15％、Si：0.1％-0.5％、Mn：0.4％-1.5％、Alt：0.01％-0.10％、Cr：0.3％-1.5％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、Mo：0.10-0.50％、Ti：0.01％-0.05％、Nb：0.01％-0.10％、V：0.01％-0.10％、Cu：0.20％-0.50％、Ni：0.20％-0.50％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
C的作用是提升淬透性，保证强度和硬度，控制C的质量分数为0.02％-0.15％，一方面能够保证屈服强度大于900MPa，抗拉强度大于950MPa，另一方面能够保证高的疲劳强度和高的冷弯性能，若碳含量高，会降低疲劳强度和冷弯性能，无法保证疲劳强度≥850MPa(循环次数N＝1×107次)和180°对折边部无裂纹，过低则无法保证足够的屈服强度和抗拉强度；
Si是脱氧剂和还原剂带入的，控制Si的质量分数为0.1％-0.5％的原因是保证脱氧和还原的效果，该质量分数取值过大的不利影响是降低焊接性能，特别对于弹簧过渡板，其对焊接性能要求高(电阻点焊抗剪拉伸实验焊点呈现焊核拔出断裂模式)，过小的不利影响是无法保证脱氧和还原的效果；
Mn是提升淬透性和保证强度的元素，控制Mn的质量分数为0.4％-1.5％能够保证弹簧过渡板的强度和韧性，该质量分数取值过大会造成疲劳强度和冷弯性能无法满足要求，过小则无法保证高的强度；
Al起到脱氧的作用，控制Alt的质量分数为0.01％-0.10％能够保证脱氧的效果，该质量分数取值过大对韧性有损害，过小则无法起到脱氧的效果；
Cr的作用是保证材料的淬透性，得到更多的硬相，保证强度，控制Cr的质量分数为0.3％-1.5％，既保证强度，又避免损害韧性，该质量分数取值过大的不利影响是提升成本和损害韧性，过小的不利影响是无法保证足够的淬透性；
P和S元素都是有害元素，控制P的质量分数为P≤0.015％，控制S的质量分数为≤0.015％，保证材料足够的韧性和疲劳性能，该质量分数取值过大会损害韧性和疲劳性能；
Mo的作用是保证材料的淬透性，得到更多的硬相，保证强度，控制Mo的质量分数为0.10-0.50％的原因是保证强度和淬透性，该质量分数取值过大会显著提升成本，过小则无法保证淬透性和强度；
Ti的作用是固氮和碳，脱氧，细化晶粒和提升强度等，控制Ti的质量分数为0.01％-0.05％的原因是保证脱氧和固氮的效果，该质量分数取值过大造成成本增加，过小则起不到足够的脱氧和固氮的效果；
Nb的作用是保证材料得到细化的晶粒，有利于保证材料的屈服强度和疲劳强度，控制Nb的质量分数为0.01％-0.10％的原因是保证细晶的效果，该质量分数取值过大导致成本增加，过小则细晶的效果无法保证。
V的作用是保证材料得到细化的晶粒，有利于保证材料的屈服强度和疲劳强度，控制V的质量分数为0.01％-0.10％是为了保证细晶的效果，该质量分数取值过大导致成本增加，过小则细晶的效果无法保证。
Cu的作用是保证钢板的耐腐蚀性能，控制Cu的质量分数为0.20％-0.50％的原因是保证足够的耐腐蚀性能，该质量分数取值过大会影响焊接性能，过小则起不到足够的耐腐蚀性能。
Ni的作用是和Cu元素配合保证钢板的耐腐蚀性能，控制Ni的质量分数为0.20％-0.50％的原因是保证耐蚀性能，避免铜脆和提高韧性等，该质量分数取值过大的不利影响是成本过高，过小的不利影响是无法避免铜脆。
在一些实施例中，钢的化学成分以质量分数计包括：
C：0.06％-0.11％、Si：0.2％-0.4％、Mn：0.7％-1.2％、Alt：0.03％-0.07％、Cr：0.7％-1.1％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、Mo：0.20％-0.40％、Ti：0.02％-0.04％、Nb：0.04％-0.07％、V：0.04％-0.07％、Cu：0.30％-0.40％、Ni：0.30％-0.40％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
在一些实施例中，钢的化学成分以质量分数计包括：
C：0.06％-0.11％、Si：0.2％-0.4％、Mn：0.7％-1.2％、Alt：0.03％-0.07％、Cr：0.30％-1.20％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、Mo：0.10％-0.50％、Ti：0.02％-0.04％、Nb：0.02％-0.08％、V：0.02％-0.08％、Cu：0.30％-0.40％、Ni：0.30％-0.40％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
在一些实施例中，钢的显微组织包括：铁素体和珠光体，铁素体的体积分数为10％-30％，珠光体的体积分数为70％-90％，组织保持冷轧纤维状的组织特征。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种如上所述的高强度高疲劳性能钢板的制备方法，所述方法包括：
S1.对铸坯进行加热，得到加热坯；
在一些实施例中，加热的终点温度为1240-1300℃，所述加热的均热段保温时间为1.0-4.0h，所述加热的均热段空燃比为0.8-1.5。
控制加热的终点温度为1240-1300℃，能够保证合金元素在铸坯中均匀存在。
S2.对所述加热坯进行粗除鳞，得到粗除鳞坯；
在一些实施例中，粗除鳞的除鳞压力为15-25MPa。
S3.对所述粗除鳞坯进行粗轧，后进行精除鳞，得到精除鳞坯；
在一些实施例中，粗轧的开轧温度为1220-1280℃，所述粗轧的总压下率为80％-90％；大的粗轧压下有利于减轻精轧的压力。
在一些实施例中，所述精除鳞的除鳞压力为30-35MPa。
S4.对所述精除鳞坯进行精轧，后进行冷却和卷取，得到热轧薄板；
多道次除鳞有利于得到高质量的钢带表面质量，除干净粗轧和精轧过程的氧化皮。
在一些实施例中，精轧的入口温度为1000-1100℃，所述精轧的终轧温度为850-910℃，所述精轧的总压下率为85％-95％。
在一些实施例中，卷取的温度为480-540℃。
S5.对所述热轧薄板进行平整，后进行酸洗，得到酸洗板，钢卷酸洗后钢带表面无酸液残留，表面干燥，无污染物，无机械损伤，无氧化皮和黄斑；
在一些实施例中，平整的平整力为2000-4000KN。
在一些实施例中，酸洗的温度为70-100℃，所述酸洗的速度为70-100m/min。
S6.对所述酸洗板进行冷轧、后进行连退，得到钢板。
在一些实施例中，冷轧的压下率为60％-80％。
在一些实施例中，连退的温度为650-700℃，所述连退的带速为70-110m/min。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的高强度高疲劳性能钢板及其制备方法进行详细说明。
实施例1
一种高强度高疲劳性能钢板，其化学成分如下表：
Figure BDA0004106181810000061
其制备过程如下：
冶炼、精炼和铸坯；将铸坯加热到1260℃，保温2.0h；除鳞，除鳞压力为20MPa，然后粗轧，粗轧的开轧温度为1240℃，粗轧总压下率为85％；除鳞，除鳞压力32MPa，然后精轧，精轧的入口温度为1070℃，终轧温度为870℃；层流水冷却，卷曲温度为520℃；得到厚度为3.0mm的热轧薄板；对热轧板进行平整，平整力2500KN；酸洗溶液温度85℃，酸洗速度80m/min；连续退火温度为680℃，带速为90m/min。
实施例2
一种高强度高疲劳性能钢板，其化学成分如下表：
Figure BDA0004106181810000062
其制备过程如下：
冶炼、精炼和铸坯；将铸坯加热到1250℃，保温2.5h；除鳞，除鳞压力为22MPa，然后粗轧，粗轧的开轧温度为1235℃，粗轧总压下率为85％；除鳞，除鳞压力30MPa，然后精轧，精轧的入口温度为1073℃，终轧温度为885℃；层流水冷却，卷曲温度为510℃；得到厚度为3.0mm的热轧薄板；对热轧板进行平整，平整力2600KN；酸洗溶液温度80℃，酸洗速度85m/min；连续退火温度为670℃，带速为80m/min。
实施例3
一种高强度高疲劳性能钢板，其化学成分如下表：
Figure BDA0004106181810000071
其制备过程如下：
冶炼、精炼和铸坯；将铸坯加热到1255℃，保温2.0h；除鳞，除鳞压力为21MPa，然后粗轧，粗轧的开轧温度为1230℃，粗轧总压下率为85％；除鳞，除鳞压力33MPa，然后精轧，精轧的入口温度为1065℃，终轧温度为880℃；层流水冷却，卷曲温度为515℃；得到厚度为3.0mm的热轧薄板；对热轧板进行平整，平整力3000KN；酸洗溶液温度90℃，酸洗速度83m/min；连续退火温度为660℃，带速为75m/min。
对比例1
一种高强度高疲劳性能钢板，其化学成分如下表：
C Si Mn Al Cr P S V Mo Ti Nb Cu Ni
0.12 0.13 0.70 0.08 —— 0.01 0.01 —— —— 0.04 —— —— ——
其制备过程如下：
冶炼、精炼和铸坯；将铸坯加热到1260℃，保温2.0h；除鳞，除鳞压力为19MPa，然后粗轧，粗轧的开轧温度为1235℃，粗轧总压下率为85％；除鳞，除鳞压力33MPa，然后精轧，精轧的入口温度为1071℃，终轧温度为880℃；层流水冷却，卷曲温度为520℃；得到厚度为3.0mm的热轧薄板；对热轧板进行平整，平整力2500KN；酸洗溶液温度85℃，酸洗速度80m/min；连续退火温度为860℃，带速为100m/min。
对比例2
一种高强度高疲劳性能钢板，其化学成分如下表：
C Si Mn Al Cr P S V Mo Ti Nb Cu Ni
0.11 0.15 0.80 0.09 —— 0.01 0.01 —— —— 0.05 —— —— ——
其制备过程如下：
冶炼、精炼和铸坯；将铸坯加热到1260℃，保温2.0h；除鳞，除鳞压力为20MPa，然后粗轧，粗轧的开轧温度为1236℃，粗轧总压下率为85％；除鳞，除鳞压力33MPa，然后精轧，精轧的入口温度为1072℃，终轧温度为870℃；层流水冷却，卷曲温度为520℃；得到厚度为3.0mm的热轧薄板；对热轧板进行平整，平整力2500KN；酸洗溶液温度85℃，酸洗速度85m/min；连续退火温度为865℃，带速为95m/min。
实施例
将实施例1-3和对比例1-2制得的钢进行性能检测，测试结果如下表所示。
Figure BDA0004106181810000081
由上表可得，钢板厚度0.6-1.2mm，成品钢板的屈服强度900-950MPa，抗拉强度950MPa～1050MPa，断后伸长率3％～6％，疲劳强度≥850MPa(循环次数N＝1×107次)，180°对折边部无裂纹，电阻点焊抗剪拉伸实验焊点呈现焊核拔出断裂模式，满足目前农机行业对割台用弹簧过渡板的要求；本发明实施例的疲劳强度显著高于对比例，材料具有更高的疲劳性能，与对比例相比，实验钢呈现更高的耐腐蚀性能。
通过盐雾实验对比发现，与对比例1和对比2相比，实施例1、实施例2和实施例3的相对腐蚀速率降低50％，呈现更好的耐蚀性能，这与Cu、Ni和Cr的加入有关。
图1和图2的详细说明：
如图1所示，为本发明实施例1提供的钢板的SEM图，由图可得，组织为铁素体+珠光体，组织保持冷轧纤维状的组织特征，这种组织特征能够保证高的屈强比。
如图2所示，为本发明实施例1提供的钢板在180°对折后的边部形貌图，由图可得，180°对折后边部无裂纹出现，说明180°对折边部无裂纹，呈现良好的冷弯性能。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的钢板在成分设计时，加入了Cr和Mo等元素保证材料的淬透性，得到更多的硬相，保证强度；低碳的成分设计，加入Nb和V等元素保证材料得到细化的晶粒，有利于保证材料的屈服强度和疲劳强度；加入Cu和Ni等元素，保证弹簧过度板的耐腐蚀性能；
(2)本发明实施例提供的钢板的屈服强度900-950MPa，抗拉强度950MPa～1050MPa，断后伸长率3％～6％，屈强比≥0.9，疲劳强度≥850MPa(循环次数N＝1×107次)，180°对折边部无裂纹，电阻点焊抗剪拉伸实验焊点呈现焊核拔出断裂模式。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高强度高疲劳性能钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分以质量分数计包括：
C：0.02％-0.15％、Si：0.1％-0.5％、Mn：0.4％-1.5％、Alt：0.01％-0.10％、Cr：0.3％-1.5％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、Mo：0.10-0.50％、Ti：0.01％-0.05％、Nb：0.01％-0.10％、V：0.01％-0.10％、Cu：0.20％-0.50％、Ni：0.20％-0.50％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的高强度高疲劳性能钢板，其特征在于，所述钢的化学成分以质量分数计包括：
C：0.06％-0.11％、Si：0.2％-0.4％、Mn：0.7％-1.2％、Alt：0.03％-0.07％、Cr：0.7％-1.1％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、Mo：0.20％-0.40％、Ti：0.02％-0.04％、Nb：0.04％-0.07％、V：0.04％-0.07％、Cu：0.30％-0.40％、Ni：0.30％-0.40％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的高强度高疲劳性能钢板，其特征在于，所述钢的显微组织包括：铁素体和珠光体。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的高强度高疲劳性能钢板的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
对铸坯进行加热，得到加热坯；
对所述加热坯进行粗除鳞，得到粗除鳞坯；
对所述粗除鳞坯进行粗轧，后进行精除鳞，得到精除鳞坯；
对所述精除鳞坯进行精轧，后进行冷却和卷取，得到热轧薄板；
对所述热轧薄板进行平整，后进行酸洗，得到酸洗板；
对所述酸洗板进行冷轧、后进行连退，得到钢板。
5.根据权利要求4所述的高强度高疲劳性能钢板的制备方法，其特征在于，所述加热的终点温度为1240-1300℃，所述加热的均热段保温时间为1.0-4.0h，所述加热的均热段空燃比为0.8-1.5。
6.根据权利要求4所述的高强度高疲劳性能钢板的制备方法，其特征在于，所述粗除鳞的除鳞压力为15-25MPa；所述粗轧的开轧温度为1220-1280℃，所述粗轧的总压下率为80％-90％；所述精除鳞的除鳞压力为30-35MPa，所述精轧的入口温度为1000-1100℃，所述精轧的终轧温度为850-910℃，所述精轧的总压下率为85％-95％。
7.根据权利要求4所述的高强度高疲劳性能钢板的制备方法，其特征在于，所述卷取的温度为480-540℃。
8.根据权利要求4所述的高强度高疲劳性能钢板的制备方法，其特征在于，所述平整的平整力为2000-4000KN。
9.根据权利要求4所述的高强度高疲劳性能钢板的制备方法，其特征在于，所述酸洗的温度为70-100℃，所述酸洗的速度为70-100m/min。
10.根据权利要求4所述的高强度高疲劳性能钢板的制备方法，其特征在于，所述冷轧的压下率为60％-80％，所述连退的温度为650-700℃，所述连退的带速为70-110m/min。
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