高强度结构钢Q690E的开发
第15卷第4期2009年8月
宽厚板
W I DE AND HEA VY PL ATE Vo. l 15. No . 4
August 2009
高强度结构钢Q690E 的开发
冯路路 张炜星 何元春
(首秦金属材料有限公司)
摘 要 采用Mo-N i-Cu-B 系合金设计, 在4300mm 中厚板轧机上利用T MCP+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Q690E T MCP +回火 力学性能
Devel opm en t of H igh Strength Structura l SteelQ690E
Feng Lulu , ZhangWe i x ing and H e Yuanchun
(Shouq i n M eta lM a teria l s Co . Ltd)
Abstr ac t By applyi ngM o-N i-Cu-B a ll oy desi gn, t he l o w carbon h i gh strengt h ba i n iti c stee l p l a te Q690E i s pro duced w it h T MCP and te m pe ri ng process o n 4300mm m ed i u m plate m illw ith exce llen t co mprehensi ve m echan i ca l pro perties after rolling , which estab lishes t he foundatio n for the deve l op m en t of h i gh strengt h steel w it h hi gher grade and is favorable f or i m provi ng the co m pe titiveness of the h i gh strength pro duc ts of the co mpany .
K eywords H i gh strength stee l Q690E , T MCP and temper i ng , M echanical properti es
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、L F 、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Q 690E 钢过程中采用了低碳及Mo-N i-Cu-B 微合金化的成分设计方案, 采用Nb 、V 、T i 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 ; N i 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。
表1 Q 690E 高强钢的力学性能要求
标准GB /T16270-1996
质量等级
E
R P0. 2/MPa \690
R m /MPa 770~940
A /%\14
-40e A KV /J
\27
#27#
宽厚板
表2 Q 690E 高强钢的设计成分(Wt/%)
项目标准实际
C 0. 180. 09
M n 1. 00~1. 60
1. 60
Si
P
S
V [0. 10
Nb [0. 06[0. 14
T i [0. 20
Cr
N i
第15卷
Mo B
0. 550. 030~0. 0250. 030~0. 0250. 23
0. 008
0. 002
[1. 20[1. 50[0. 60[0. 003
[0. 68
[0. 003
2 生产工艺
生产工艺路线为:铁水预处理y 转炉顶底复吹y LF 炉y RH 真空处理y 连铸y 钢坯检验y 钢坯加热y 高压水除鳞y 粗轧y 精轧y ACC 水冷
y 矫直y 冷床冷却y 精整y 抛丸y 回火处理y 性能检验y 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
表3
批号D192571000D192581000D192591000
炉号8Q05918B238Q05918B118Q05918B13
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650~680e , 保温时间25~30m i n 。
控轧控冷工艺参数
返红温度/e 430~460440~460450~470
开轧温度/e 晾钢温度/e 再轧温度/e 终轧温度/e 开冷温度/e 终冷温度/e
[1**********]6
[1**********]3
880875885
836831841
768761774
420~450415~440430~460
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Q 690E 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, -40e 冲击韧性良好。
表4 热轧后钢板的力学性能
规格/mm
[1**********]0
样品编号TD192571000WD192571000TD192581000WD192581000TD192591000WD192591000
R P0M Pa . 2/
[***********]
R m /MPa
[***********]
A /%
11. 513. 512. 514. 512. 513. 5
[***********]
-40e A KV /J
[***********]
[***********]
3. 2 回火后力学性能
对轧后钢板进行680e 加热、保温30m i n 高温回火处理后, 钢板力学性能如表5所示。其屈#28#
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
第4期
冯路路等:高强度结构钢Q690E 的开发
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T MCP 工艺加回火工艺, 强韧性匹配较好。
表5 试验钢板回火后力学性能
规格/mm
[1**********]0
样品编号TD192571000WD192571000TD192581000WD192581000TD192591000WD192591000
R e l /MPa [***********]
R m /M Pa
[***********]
A /%
17. 518. 517. 014. 517. 016. 0
[***********]
-40e A KV /J
[***********]
[***********]
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%。
图1 Q690E 回火前后性能对比
采用T MCP 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T MCP 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T MCP 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T MCP+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T MCP 工艺开发690MPa 级超低碳贝氏体钢. 钢铁研究.
2 李玉谦. 600~800M Pa 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.
5 Kot obu N aga i. Second Phase ofU ltra SteelPro j ect atN I M S . Sec 2
ond In t ernational Con ference on Advan ced Str u ctural Steel s , Sh anghai, 2004, 15
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。
收稿日期:2009-03-16
#29#