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Q690E高强度结构钢(GB/T16270-1996)的开发
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2014-07-21
随着工程机械用高强度钢的发展,对降低成本和性能要求越来越高,本文通过合理的成分设计,充分利用控轧控冷和回火处理方法来生产Q690E钢板。
随着我国装备制造业的迅猛发展,工程机械用钢市场需求增大,发展前景广阔。秦皇岛首秦金属材料有限公司(以下简称首秦公司)目前建成了镁粒铁水脱硫、顶底复吹转炉、LF、RH真空处理、板坯连铸机,轧钢系统配有能控温控轧和快速冷却的4 300 mm宽厚板轧机,轧机后配有热矫直机和热处理炉。首秦公司将高强钢定为了公司2009年十大重点宽厚板产品之一。
传统的屈服强度600MPa以上的高强度钢板主要以固溶强化、析出强化来提高强度,合金元素含量较高,生产工艺大多为淬火加回火。近年来,随着工程机械用高强度钢的发展,对降低成本和性能要求越来越高,本文通过合理的成分设计,充分利用控轧控冷和回火处理方法来生产Q690E钢板。 1 技术要求与成分设计 高强钢板要求具有足够高的强度、低的韧脆转变温度和一定的延伸率。依据GB /T16270 -1996标准,高强钢Q690E性能要求如表1所示。首秦公司在开发Q690E钢过程中采用了低碳及Mo - Ni - Cu - B微合金化的成分设计方案,采用Nb、V、Ti复合微合金化设计,细化晶粒,提高钢的强度和韧性。Cr、Mo、B 提 高钢的淬透性,尤其是加入适量的B; Ni用来提高钢的韧性;尽量降低P、S有害元素的含量;并采用Ca对夹杂物进行球化变性处理。
生产工艺
生产工艺路线为:铁水预处理→转炉顶底复吹→LF炉→RH真空处理→连铸→钢坯检验→钢坯加热→高压水除鳞→粗轧→精轧→ACC水冷→矫直→冷床冷却→精整→抛丸→回火处理→性能检验→成品入库。采用LF、喂Si - Ca - Ba线和RH真空处理,以确保钢质的洁净度。加热保证钢坯均匀奥氏体化,并使Nb等微合金化元素充分溶解,轧制分粗、精两个阶段。粗轧在再结晶区轧制,通过形变- 再结晶使晶粒细化,从而在相变后得到细小的铁素体晶粒。粗轧采用高温低速大压下轧制,充分破碎钢坯中的树枝晶,变形程度越大,形核区密度和驱动力增加越大,反复再结晶后晶粒就越细小。精轧在未再结晶区轧制,采用较大的累积变形量,使奥氏体晶粒充分变形,在晶粒内部形成更多的滑移带,为铁素体转变提供更多的形核位置,细化铁素体晶粒。控制精轧压下率将显著提高钢的强度尤其是屈服强度、细化晶粒、改善韧性。轧后迅速进入ACC系统,合理控制冷却参数。经过控轧控冷,充分发挥微合金化元素的作用,使钢材的综合性能得到有效提高。成品厚度20 mm。轧后进行回火处理:加热温度650～68 0 ℃,保温时间25～30 min。
试制结果与分析 3. 1 热轧钢板的力学性能 成品厚度20 mm的Q690E钢热轧后力学性能如表4所示。从表4中可以看出,试生产的高强钢Q690E在热轧后屈服强度均满足国标要求,但是抗拉强度有波动,个别批次钢板富余量不大,有的超出了国标的要求,延伸率不能满足国标的要 求, - 40 ℃冲击韧性良好
回火后力学性能 对轧后钢板进行680 ℃加热、保温30 min高温回火处理后,钢板力学性能如 表5所示。其屈 服强度不仅满足了国标690 MPa的要求,有的已经到了790MPa级别,而抗拉强度也满足了国标的要求,且回火后的钢板具有很好的低温冲击韧性。钢板回火后,析出的细小碳化物起到形核阻止晶粒长大的作用,因此钢的组织更加细小,钢的强度也得到了提高。可见,采用TMCP工艺加回火工艺,强韧性匹配较好。
显微组织分析 对回火前后Q690E钢板进行取样,利用金相显微镜进行分析,显微组织如图1所示。回火前后的组织均为低碳贝氏体,回火前的组织中有少量的铁素体,而回火后的组织更加细化,因此延伸率由回火前的14%以下增加到回火后的17%。
采用TMCP加回火工艺与再加热淬火和回火工艺相比,强韧性更好。因为采用TMCP方式,轧制过程中的大量形变位错被保留下来,同时由于轧后立即快速冷却,奥氏体晶粒来不及迅速长大,得到的组织更加细小。而轧后再重新加热淬火时,由于钢板重新奥氏体化,钢中的位错将合并并消失,奥氏体晶粒重新长大,淬火后得到的组织中位错密度较低,组织相对粗大。因此采用TMCP加回火工艺的 钢板强度要高于重新加热淬火钢板,冲击韧性也良好。
结论
(1) 以TMCP +回火工艺生产的高强钢,组织为低碳贝氏体,不仅具有优异的 强韧性配合,而且具有良好的焊接性能。
(2) 研制的Q690E完全达到了GB /T16270 -1996的要求与调质工艺相比, 大大降低了成本。
(3) 开发Q690E的强度、低温韧性不仅满足GB /T16270 - 1996,而且有较大的富余。Q690E的成功开发,填补了首秦公司在高强钢领域的空白。
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