專(zhuān)利名稱(chēng)：煤礦液壓支架專(zhuān)用高強(qiáng)韌鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤礦液壓支架專(zhuān)用的高強(qiáng)韌鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著煤礦產(chǎn)量及綜采的機(jī)械化程度越來(lái)越高，所需要的液壓支架的數(shù)量及高度也越來(lái)越大。目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代化礦井高產(chǎn)高效工作面液壓支架的發(fā)展趨勢(shì)是高工作阻力、高可靠性的高端液壓支架。為了有效減輕液壓支架的自重便于井下移動(dòng)，減少能源消耗，提高生產(chǎn)效率，大幅度地提高其承載能力以保證安全生產(chǎn)，對(duì)制作液壓支架的鋼板的強(qiáng)度要求也越來(lái)越高。以往在普通支架設(shè)計(jì)中主要選用抗拉強(qiáng)度350MI^的16Mn鋼板，近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，與16Mn鋼板價(jià)格接近的屈服強(qiáng)度460MPa的鋼板成為支架主體，支架的某些關(guān)鍵部位采用抗拉強(qiáng)度700MPa的Q550高強(qiáng)度鋼板，約占20% 30%。目前，高端液壓支架所用板材的強(qiáng)度等級(jí)更高，工作阻力在6000 SOOOkN的支架，選用抗拉強(qiáng)度700MPa的 Q550高強(qiáng)度鋼板為主體，當(dāng)工作阻力大于8000kN的支架，選用抗拉強(qiáng)度800MPa的Q690高強(qiáng)度鋼板為主體，可保證支架性能良好，性?xún)r(jià)比高。大采高電液控制液壓支架，高度為4. 5m 和5. 5m支架的結(jié)構(gòu)件主要采用抗拉強(qiáng)度700 SOOMPa高強(qiáng)度鋼板。液壓支架的性能和造價(jià)與支架選用板材強(qiáng)度等級(jí)和鋼板成本有很大關(guān)系。武漢鋼鐵公司申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?00610019667. 1的專(zhuān)利公開(kāi)了一種具有優(yōu)良耐蝕性和抗疲勞性的超高強(qiáng)度鋼及其制造方法。其組份按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為CO. 05 0. 12、 SiO. 05 0. 50,Mnl. 10 1. 70,P 彡 0. 015,S 彡 0. 010,NbO. 025 0. 070,V0. 005 0. 080、 MoO. 20 0. 50、NiO. 30 0. 80、TiO. 005 0. 025、CuO. 25 0. 80、B0. 0005 0. 0020、
CrO. 10 0. 70，余量為!^e及不可避免的夾雜，尤其適于作為制造煤礦用液壓支架和起重設(shè)備的超高強(qiáng)度用鋼。其不足之處是為了提高鋼材的強(qiáng)度，成分設(shè)計(jì)中同時(shí)加入較高含量的貴重合金元素Ni、Mo、V和較高的Cu含量，大大提高了鋼的生產(chǎn)成本。其實(shí)施例鋼板的最大厚度為57mm。寶鋼申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?00610025127. 4和200510029246. 2的專(zhuān)利提供了可以用于制造煤礦液壓支架的高強(qiáng)度鋼板。SOOMPa級(jí)高韌性低屈服比厚鋼板，其成分質(zhì)量百分比為 CO. 05 0. 09，SiO. 35 0. 55,Mnl. 50 1. 90, NiO. 30 0. 70, NbO. 04 0. 08, A10. 02 0. 04，TiO. 01 0. 04，余狗和不可避免雜質(zhì)。700ΜΙ^級(jí)高韌性低屈服比厚鋼板，其成分質(zhì)量百分比為:C0. 03 0. 06，SiO. 35 0. 55，Mnl. 00 1. 55，NiO. 50 0. 70，NbO. 02 0. 06，A10. 02 0. 04，TiO. 01 0. 04，V0. 04 0. 07，CuO. 50 0. 70、余 Fe 和不可避免雜質(zhì)。其制造方法為鑄坯加熱至1180 1220°C，軋制開(kāi)軋溫度為1050 1100°C，軋件厚度到達(dá)成品鋼板厚度的2 3倍時(shí)，在輥道上待溫至920 960°C，隨后進(jìn)行第二階段軋制，道次變形量5 15mm，道次變形率10 25%，終軋溫度820 880°C。軋制結(jié)束，空冷60 120秒鐘，然后加速冷卻，以10 20°C /秒速度冷卻至460 600°C，鋼板出水后空冷。其實(shí)施例鋼板的最大厚度達(dá)到40mm。但是，在這兩個(gè)級(jí)別鋼中加入了貴重元素Ni和較高的Cu含量(700MPa級(jí))，導(dǎo)致鋼種成本明顯增加。申請(qǐng)?zhí)枮?00310105914.6的專(zhuān)利公開(kāi)了勿需調(diào)質(zhì)處理其抗拉強(qiáng)度即能達(dá)到 560MI^以上的中厚板，并且具有良好的塑韌性，用于制造液壓支架或汽車(chē)吊臂。但是其碳含量CO. 10-0. 15%，焊接性能差，同時(shí)屬于高強(qiáng)度鋼中的較低者，屈服強(qiáng)度難以達(dá)到500MPa 以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種屈服強(qiáng)度> 500N/mm2 1000N/mm2，厚度可達(dá)到IOOmm的煤礦液壓支架專(zhuān)用高強(qiáng)韌鋼板及其制造方法。本發(fā)明煤礦液壓支架專(zhuān)用高強(qiáng)韌鋼板的屈服強(qiáng)度彡500N/mm2 1000N/mm2，其厚度可達(dá)到100mm，其化學(xué)成分以低C高Nb為基本特征，以成本低廉的Mn、Cr等元素作為主要添加元素，根據(jù)強(qiáng)度級(jí)別及厚度，不添加或適當(dāng)少量添加Cu、Mo等元素。該鋼板的化學(xué)成分重量百分比為C :0. 015% 0. 075%, Si :0. 10% 0. 50%, Mn :1. 56% 2. 00%, Nb 0. 03% 0. 12%, Ti 0. 005% 0. 030%, B :0. 0005% 0. 0030%, Cr :0. 20% 1. 20%, Als 0. 010% 0. 050%,P 彡 0. 025%,S 彡 0. 015%, [N]彡 0. 0080%，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。另外視鋼板厚度及強(qiáng)度級(jí)別可適量加入Cu、Mo中的一種或一種以上。其含量重量百分比分別為 Cu :0. 0% 0. 3%、Mo 0. 00% 0. 25%。本發(fā)明選擇的合金元素在屈服強(qiáng)度彡500N/mm2 1000N/mm2、厚度可達(dá)到IOOmrn的
鋼中的主要作用在于C 碳對(duì)鋼的強(qiáng)度、韌性、焊接性能影響很大。C含量低于0. 015%時(shí)，難以獲得高強(qiáng)度，而且焊接熱影響區(qū)軟化；碳高于0. 075%時(shí)，加熱時(shí)鋼中固溶Nb量少，使高Nb含量的優(yōu)勢(shì)難以體現(xiàn)，且影響鋼的焊接性能。Mn 錳是提高強(qiáng)度和韌性的有效元素，對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變有較大的促進(jìn)作用，在超低碳條件下效果更為顯著，而且成本十分低廉，因此在本發(fā)明中把Mn元素作為主要合金元素， Mn含量控制在1. 56 % 2. 0 %。B:硼元素是超低碳貝氏體鋼中較為重要的成分，它能夠提高鋼的淬透性，特別是在超低碳鋼中加入微量的硼，可有效地抑制奧氏體向鐵素體、珠光體的轉(zhuǎn)變。硼含量低于 0. 0005%時(shí)，難以起到上述效果，硼含量高于0. 0030%時(shí)，嚴(yán)重影響鋼種韌性，因此控制 B0. 0005% 0. 0030%。Nb:鈮是本發(fā)明鋼中的重要添加元素，它能夠有效地延遲變形奧氏體的再結(jié)晶， 阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，提高奧氏體再結(jié)晶溫度，降低未再結(jié)晶軋制的軋制負(fù)荷，縮短待溫時(shí)間，提高生產(chǎn)率，同時(shí)改善強(qiáng)度和韌性。它與微量的硼元素復(fù)合作用，可以顯著地提高淬透性，促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變，可以起到Mo元素對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變及提高強(qiáng)度的作用。Nb含量低于 0. 03%，上述作用不明顯。Nb含量高于0. 12時(shí)，明顯影響鋼種韌性及焊接性能，因此控制 NbO. 03% 0. 12%，且隨著鋼板厚度的增加，Nb含量也增加趨于上限。Ti 加入微量的鈦，是為了固定鋼中的氮元素，從而確保硼元素的提高淬透性效果。在最佳狀態(tài)下，鈦、氮形成氮化鈦，阻止鋼坯在加熱、軋制、焊接過(guò)程中晶粒的長(zhǎng)大，改善母材和焊接熱影響區(qū)的韌性。鈦低于0. 005%時(shí)，固氮效果差，超過(guò)0. 03%時(shí)，固氮效果達(dá)到飽和，過(guò)剩的鈦將會(huì)使鋼的韌性惡化。Ti/N比值控制在2. 75 3. 75左右為宜。Si 硅是煉鋼脫氧的必要元素，也具有一定的強(qiáng)化作用，當(dāng)含量低于0. 時(shí)，冶煉難度增大；含量超過(guò)0.5%時(shí)，鋼的清潔度下降，韌性降低，可焊性差，回火脆性增加。因此控制 SiO. 10% 0. 50%。Als 鋁是脫氧元素，可作為AlN形成元素，有效地細(xì)化晶粒，其含量不足0. 01 % 時(shí)，效果較小；超過(guò)0.05%時(shí)，脫氧作用趨于飽和，增加鋼中夾雜物，對(duì)母材及焊接熱影響區(qū)韌性有害。因此控制AlsO. 010% 0.050%。Cr 鉻是本發(fā)明鋼中的重要添加元素，以提高鋼的強(qiáng)度。從經(jīng)濟(jì)性、焊接性能和強(qiáng)度等方面考慮，在本發(fā)明中將Cr含量控制在CrO. 20% 1. 20%。Cu:作為本發(fā)明選擇性加入的合金元素，除了增加強(qiáng)度外，還有利于獲得良好的低溫韌性。在鋼中加入Cu，可利用Cu-B的綜合作用進(jìn)一步提高鋼的淬透性，促進(jìn)貝氏體的形成。本發(fā)明Cu含量控制在0. 30%以下，高于此值，需要加入Ni元素以防止加熱或熱軋時(shí)產(chǎn)生裂表面裂紋的傾向，從而增加鋼種成本。Mo:鉬有助于軋制時(shí)奧氏體晶粒的細(xì)化和微細(xì)貝氏體的生成，但是其成本高，且可焊性及韌性降低。作為本發(fā)明選擇性加入的合金元素，根據(jù)鋼板厚度及強(qiáng)度目標(biāo)，本發(fā)明控制 MoO. 00% 0. 25%。鋼中的雜質(zhì)元素的上限控制在P彡0. 025%、S彡0. 015%、[N]彡0.0080%為宜，
含量越低，鋼種性能越好。在本發(fā)明中，應(yīng)根據(jù)目標(biāo)強(qiáng)度級(jí)別和鋼板厚度，適當(dāng)確定添加元素的種類(lèi)及含量。本發(fā)明所述高強(qiáng)度煤礦液壓支架專(zhuān)用高強(qiáng)韌鋼板的制造方法包括以下工藝步驟: 鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-精煉-連鑄-軋制，其特點(diǎn)是在軋制過(guò)程采用HTP工藝，軋前加熱溫度為1140 1220°C，采用兩階段控軋，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度彡980°C，中間坯空冷或強(qiáng)制冷卻(強(qiáng)制空冷、水冷、霧冷等)，未再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為970°C (Ar3+0 100°C)，未再結(jié)晶區(qū)積累變形量大于50%，軋后加速冷卻，鋼板表面冷卻速度為1 40°C /S，終止冷卻溫度為300 630°C，之后空冷。為獲得最佳效果，本發(fā)明鋼板還要進(jìn)行回火處理，以充分發(fā)揮 Nb的析出強(qiáng)化作用，消除內(nèi)應(yīng)力，改善韌性和塑性，降低鋼種的時(shí)效敏感性。本發(fā)明鋼板的回火溫度為500 680°C。在回火過(guò)程中，通過(guò)析出強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)改善鋼的韌性和塑性。回火后鋼板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度也有不同程度提高，并能保證厚鋼板厚度方向的性能均勻性。本發(fā)明高強(qiáng)韌鋼板采用低C含量、高Nb含量、不添加或少添加貴重元素Mo，通過(guò) HTP+回火工藝就能獲得滿(mǎn)足要求的屈服強(qiáng)度大于500 IOOOMI^級(jí)別的高強(qiáng)度鋼板，厚度可達(dá)到100mm。該鋼板焊接性能優(yōu)良，其強(qiáng)韌性、塑性和焊接性能匹配良好，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)操作方便，生產(chǎn)效率高，板厚方向性能差小。本發(fā)明鋼板除了用于煤礦液壓支架外，還可廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械等領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。本發(fā)明實(shí)施例的具體化學(xué)成分見(jiàn)表1，實(shí)際工藝參數(shù)見(jiàn)表2，實(shí)物性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)
表3o
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表1本發(fā)明實(shí)施例鋼種的冶煉成分(Wt % )
權(quán)利要求
1.一種煤礦液壓支架專(zhuān)用高強(qiáng)韌鋼板，其特征在于該鋼板的化學(xué)成分重量百分比為 C 0. 015% 0. 075%, Si :0. 10% 0. 50%, Mn :1. 56% 2. 00%, Nb :0. 03% 0. 12%, Ti 0. 005 % 0. 030 %、B :0. 0005 % 0. 0030 %、Cr :0. 20 % 1. 20 %、Als :0. 010 % 0. 050%,P ^ 0. 025%, S ^ 0. 015%, [N]彡 0. 0080%，余量為!^e 及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌鋼板，其特征在于在所述鋼板的化學(xué)成分中還含有 Cu 0. 0% 0. 3%,Mo 0. 00% 0. 25%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)韌鋼板，其特征在于所述鋼板的厚度為16 100mm。
4.一種權(quán)利要求1、2或3所述高強(qiáng)韌鋼板的制造方法，包括鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-精煉-連鑄-軋制，其特征在于軋制過(guò)程采用HTP工藝，軋前加熱溫度為1140 1220°C，采用兩階段控軋，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度彡980°C，中間坯空冷或強(qiáng)制冷卻，未再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為970°C (Ar3+0 100°C )，未再結(jié)晶區(qū)積累變形量大于50%，軋后加速冷卻， 鋼板表面冷卻速度為1 40°C /S，終止冷卻溫度為300 630°C，之后空冷，并進(jìn)行回火處理，回火溫度為500 680°C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種煤礦液壓支架專(zhuān)用高強(qiáng)韌鋼板及其制造方法，鋼板成分為C0.015％～0.075％、Si0.10％～0.50％、Mn1.56％～2.00％、Nb0.03％～0.12％、Ti0.005％～0.030％、B0.0005％～0.0030％、Cr0.20％～1.20％、Als0.010％～0.050％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。制造方法包括鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-精煉-連鑄-軋制，軋制采用HTP工藝，加熱溫度1140～1220℃，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度≥980℃，未再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為970℃～(Ar3+0～100℃)，未再結(jié)晶區(qū)積累變形量大于50％，軋后加速冷卻，冷速為1～40℃/S，終冷溫度300～630℃，之后空冷，回火溫度為500～680℃。本發(fā)明鋼板焊接性能優(yōu)良，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，板厚方向性能差小。
文檔編號(hào)B21B37/74GK102268607SQ20101020173
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者侯華興, 劉明, 張哲 , 李新玲, 楊軍, 楊穎 , 趙坦 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司