高强度结构钢Q690E的开发

高强度结构钢Q690E的开发2009-10-1308:00:44作者：冯路路来源：宽厚板浏览次数：0文字大小：【大】【中】【小】简介：冯路路张炜星何元春(首秦金属材料有限公司)摘要采用Mo-Ni-Cu-B系合金设计,在4300mm中厚板轧机上利用TMCP+回火工艺生产低碳贝氏体高强钢Q690E,其轧制后钢板具有优异的综合力学性能,为开发更高...炜星何元春(首秦金属材料有限公司)摘要采用Mo-Ni-Cu-B系合金设计,在4300mm中厚板轧机上利用TMCP+回火工艺生产低碳贝氏体高强钢Q690E,其轧制后钢板具有优异的综合力学性能,为开发更高级别高强钢打下了基础,有助于提升公司高强钢产品在市场中的竞争力。关键词高强钢Q690ETMCP+回火力学性能0前言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4300mm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。Q690E设计成分如表2所示。2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。试制工艺参数如表3所示,成品厚度20mm。轧后进行回火处理:加热温度650～680℃,保温时间25～30min。3试制结果与分析3.1热轧钢板的力学性能成品厚度20mm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。3.2回火后力学性能对轧后钢板进行680℃加热、保温30min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690MPa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。3.3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。4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。参考文献1姚连登.以TMCP工艺开发690MPa级超低碳贝氏体钢.钢铁研究.2李玉谦.600～800MPa级非调质钢的轧制工艺研究.宽厚板.3赵文忠.铌微合金化宽厚钢板的开发.宽厚板.4曹刚.工程机械用高强度钢板控轧控冷工艺的开发.鞍钢技术.5KotobuNagai.SecondPhaseofUltraSteelProjectatNIMS.SecondInternationalConferenceonAdvancedStructuralSteels,Shanghai,2004,15作者简介：冯路路,2008年毕业于东北大学轧制技术及其连轧自动化,硕士。