[发明专利]一种屈服强度高于600MPa的矿井救生舱用热轧带钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金材料技术领域，特别涉及一种屈服强度高于600MPa的矿井救生舱用热轧带钢及制备方法。

背景技术

矿井救生舱是保护井下矿工遇到事故时紧急避险的一种现代化安全保障设备，近年来矿井行业对于救生舱的市场需求越来越大，矿井救生舱装备制造业的发展前景广阔。

目前，矿井救生舱舱体所用的钢铁材料主要是45钢、Q235、Q345和Q460等普通碳素结构钢和低合金高强钢，这些材料的屈服强度为200~500MPa，韧性和弯曲等指标基本满足要求。但是由于井下的工业环境复杂，例如瓦斯爆炸时产生的高温气流、甲烷以及H₂S等腐蚀性气体，现有救生舱舱体材料的高温强度以及耐腐蚀性能难以满足救生舱的使用要求。

为此，开发一种屈服强度高于600MPa的耐冲击、耐高温、耐腐蚀等综合性能良好的矿井救生舱专用热轧带钢成为摆在科技人员面前迫在眉睫的任务。

发明内容

针对现有的矿井救生舱用钢存在的技术问题，本发明提供一种屈服强度高于600MPa的矿井救生舱用热轧带钢及制备方法，目的在于通过适当的合金元素设计和制备方法，满足矿井救生舱用钢的使用要求。

本发明的屈服强度高于600MPa的矿井救生舱用热轧带钢化学成分按重量百分比为C :0.04~0.08 %，Si :0.1~0.3 %，Mn: 1.5~1.7 %，Al :0.01~0.05 %，Mo: 0.4~0.5 %，Cr :0.4~0.6 %，Nb: 0.04~0.06 %，Ti :0.02~0.05 %，Cu: 0.2~0.35 %，P ≤0.01 %，S≤0.01 %，余量为Fe。

其金相组织为粒状贝氏体，室温屈服强度≥600 MPa，抗拉强度≥800 MPa，断后伸长率≥18 %，500 ℃高温拉伸屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥650 MPa，断后伸长率≥19 %，20 ℃冲击功＞47 J（冲击试样尺寸为55 mm×10 mm×5 mm），冷弯性能合格，工业环境下的耐大气腐蚀性指数I≥4.5，焊接冷裂纹敏感系数P_cm≤0.26 %。

本发明的屈服强度高于600MPa的矿井救生舱用热轧带钢的制备方法按以下步骤进行：

（1）按设定的化学成分：重量百分比C :0.04~0.08 %，Si :0.1~0.3 %，Mn: 1.5~1.7 %，Al :0.01~0.05 %，Mo: 0.4~0.5 %，Cr :0.4~0.6 %，Nb: 0.04~0.06 %，Ti :0.02~0.05 %，Cu: 0.2~0.35 %，P ≤0.01 %，S≤0.01 %，余量为Fe冶炼钢水并铸成铸坯，铸坯厚度为150~250 mm；

（2）将铸坯加热至1200~1250 ℃，保温1 h，粗轧3~5道次，粗轧开轧温度为1120~1170 ℃，终轧温度为980~1070 ℃，获得厚度为30~50 mm的中间坯；

（3）对中间坯进行精轧5~7道次，精轧开轧温度为950~1030 ℃，终轧温度为780~860 ℃，精轧每道次压下量控制在15~40 %，获得厚度为4~14 mm的带钢；

（4）精轧后的带钢以10~40 ℃/s的速度冷却至450~700 ℃，卷取获得4~14 mm厚的热轧带钢产品。

本发明中合金元素的设计考虑了以下几点：

C 是钢中最有效的固溶强化元素之一，但随着C含量的增加会降低其成型性及焊接性，而低的C含量有利于保证钢材具有良好的塑形和韧性，因此，C的含量控制在较低范围内；

Mn 是常见的脱氧剂和脱硫剂，能够固溶强化和相变强化作用，降低                                               相变温度，有利于热轧过程中细化铁素体晶粒，同时Mn元素还能改善钢的冲击韧性，降低韧脆转变温度。但Mn的含量过高容易形成偏析带，造成钢的组织和硬度不均匀，并且降低点焊能力，所以Mn的含量控制在1.6 %左右；

Si 是钢中常用的脱氧剂，固溶于铁素体中，可以有效地提高铁素体的强度，但对铁素体的延性有不利影响，但Si 的含量过高有害于板材表面质量，降低材料的塑韧性。因此，Si的含量控制在0.2 %左右；

Al 是钢中常用的脱氧定氮剂，属于铁素体形成元素，可以形成细小弥散的AlN作为形核质点，细化晶粒，但Al的含量过高容易形成氧化铝夹杂，有损塑韧性和焊接性能，因此，Al的含量控制在0.03 %左右；