技術(shù)條件和產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路

　　技術(shù)條件要求：中聯(lián)重科對(duì)700MPa級(jí)高強(qiáng)鋼的力學(xué)性能要求在同行業(yè)中最為嚴(yán)格，要求材料必須滿(mǎn)足縱向拉伸下屈服強(qiáng)度不低于700MPa和-20℃橫向沖擊吸收功不低于47J。對(duì)于熱軋高強(qiáng)鋼，由于晶粒壓扁導(dǎo)致的力學(xué)性能各向異性，材料的縱向拉伸強(qiáng)度和橫向沖擊性能為薄弱環(huán)節(jié)，開(kāi)發(fā)中聯(lián)重科用SQ700MCD高強(qiáng)鋼的難度相當(dāng)于開(kāi)發(fā)要求橫向屈服強(qiáng)度不低于800MPa的E級(jí)鋼板。在對(duì)母材力學(xué)性能要求嚴(yán)格的同時(shí)，中聯(lián)重科供貨技術(shù)條件中規(guī)定材料的焊接接頭抗拉強(qiáng)度不允許低于750MPa，即使進(jìn)口DOMEX700MCD鋼板也未能達(dá)到此項(xiàng)要求。因此，焊接熱影響區(qū)失強(qiáng)率的要求對(duì)材料的化學(xué)成分設(shè)計(jì)、組織和析出物狀態(tài)的控制也提出了更加嚴(yán)格和苛刻的要求。

　　產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路：SQ700MCD熱軋板卷化學(xué)成分體系的設(shè)計(jì)綜合考慮了中聯(lián)重科力學(xué)性能要求、首鋼工裝設(shè)備條件、成本控制和產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等因素，確定采用低成本鈦微合金化體系。SQ700MCD熱軋板卷通過(guò)添加較高含量的鈦進(jìn)行微合金化，充分發(fā)揮納米級(jí)TiC的析出強(qiáng)化效果，同時(shí)添加適量的鈮，結(jié)合嚴(yán)格的TMCP工藝細(xì)化晶粒，使材料達(dá)到預(yù)期強(qiáng)韌性要求;為保證材料的焊接性能，創(chuàng)造性地提出了復(fù)合添加鉬和硼，顯著提高了焊接熱影響區(qū)的淬透性，保證了焊接接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到中聯(lián)重科在較大焊接線能量下的要求，并大幅降低了材料的合金成本，使首鋼SQ700MCD熱軋板卷合金成本低于國(guó)內(nèi)其他鋼廠同類(lèi)產(chǎn)品水平。

　　為保證SQ700MCD達(dá)到較高的強(qiáng)韌性要求，在冶煉方面，采用潔凈鋼冶煉和無(wú)缺陷連鑄坯生產(chǎn)技術(shù)，控制帶狀組織和夾雜物，嚴(yán)格控制有害元素含量，并實(shí)現(xiàn)化學(xué)成分窄范圍控制，為后續(xù)生產(chǎn)提供合格的連鑄坯;在軋制方面，充分利用遷鋼公司軋制和冷卻能力細(xì)化晶粒，控制相變產(chǎn)物和析出物狀態(tài)，將TMCP工藝技術(shù)與各種強(qiáng)化機(jī)制緊密結(jié)合。通過(guò)進(jìn)行再結(jié)晶曲線、析出曲線及CCT(連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變)曲線的測(cè)定等基礎(chǔ)研究工作，設(shè)計(jì)了合理的TMCP工藝參數(shù)，材料的目標(biāo)組織為均勻細(xì)化的鐵素體組織，彌散分布大量直徑小于10nm的TiC析出物，使材料具有良好的強(qiáng)度和塑韌性。

　　TMCP工藝主要內(nèi)容

　　生產(chǎn)SQ700MCD熱軋板卷主要TMCP工藝包括再加熱工藝、控制軋制工藝和控制冷卻工藝。

　　再加熱工藝：板坯的再加熱溫度對(duì)Nb(CN)和Ti(CN)的固溶量有很大影響。根據(jù)固溶度積經(jīng)驗(yàn)公式可計(jì)算出首鋼SQ700MCD高強(qiáng)鋼中Nb(CN)的溶解溫度約為1180℃，TiC的溶解溫度約為1185℃。為摸索出合適的再加熱溫度，進(jìn)行了1180—1250℃電阻爐模擬加熱試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著再加熱溫度的提高，析出物回溶數(shù)量增加。當(dāng)再加熱溫度為1250℃時(shí)，50nm以下析出物已全部回溶。結(jié)合理論計(jì)算和模擬加熱試驗(yàn)結(jié)果，首鋼在SQ700MCD熱軋板卷的實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)不同板卷的最終厚度規(guī)格設(shè)計(jì)了大于1240℃的再加熱溫度。如此，既可保證連鑄坯中大多數(shù)析出物回溶，又滿(mǎn)足了產(chǎn)品后續(xù)TMCP工藝控制的溫度要求。

　　控制軋制工藝：SQ700MCD熱軋板卷控制軋制工藝需綜合考慮細(xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化及位錯(cuò)強(qiáng)化等強(qiáng)化機(jī)理，粗軋階段利用反復(fù)再結(jié)晶細(xì)化原始奧氏體晶粒，增大奧氏體再結(jié)晶區(qū)的道次壓下量，減少粗軋軋制道次。粗軋溫度控制關(guān)鍵為RT2(粗軋末道次出口)溫度的設(shè)定，若RT2溫度設(shè)定過(guò)高，則使最終組織中出現(xiàn)混晶，導(dǎo)致熱軋板卷的沖擊韌性大幅下降;若RT2溫度設(shè)定過(guò)低，則不利于整個(gè)熱軋過(guò)程的連貫性，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，同時(shí)擺鋼過(guò)程會(huì)發(fā)生鈮和鈦的高溫析出，造成合金的浪費(fèi)以及最終產(chǎn)品性能下降。精軋階段的終軋溫度是決定材料最終組織狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)，選擇低的終軋溫度可增加奧氏體未再結(jié)晶區(qū)總變形量，從而得到更加均勻細(xì)小的鐵素體晶粒，但過(guò)低的終軋溫度會(huì)增加軋制過(guò)程中奧氏體中碳化物的析出，導(dǎo)致最終產(chǎn)品納米級(jí)析出物數(shù)量減少和材料強(qiáng)度降低。

　　在SQ700MCD熱軋板卷開(kāi)發(fā)過(guò)程中，分別測(cè)定了再結(jié)晶曲線和析出曲線，綜合研究了在整個(gè)軋制過(guò)程中材料的再結(jié)晶和析出規(guī)律，根據(jù)不同產(chǎn)品規(guī)格設(shè)計(jì)了合適的軋制溫度區(qū)間并在生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格控制，板卷的強(qiáng)度和低溫沖擊韌性匹配良好。

　　控制冷卻工藝：SQ700MCD熱軋板卷控制冷卻工藝的關(guān)鍵為冷卻模式和卷取溫度的選擇，采用熱模擬方法測(cè)定了SQ700MCD高強(qiáng)鋼CCT曲線。根據(jù)熱模擬試驗(yàn)結(jié)果，在遷鋼公司熱軋生產(chǎn)線上生產(chǎn)SQ700MCD高強(qiáng)鋼時(shí)，縮短了軋后高溫停留時(shí)間，并提高了冷卻速度，以有效提高鐵素體的形核速率和形核數(shù)量，使最終組織鐵素體晶粒得到細(xì)化，同時(shí)可避免珠光體組織出現(xiàn)，提高材料的強(qiáng)韌性。

　　對(duì)于鈦微合金化高強(qiáng)鋼，目標(biāo)卷取溫度的設(shè)定除要考慮相變組織外，更重要的是保證納米級(jí)TiC在鐵素體中的充分析出。進(jìn)行了SQ700MCD熱軋板卷在不同卷取溫度下析出物研究，試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)卷取溫度為540℃—570℃時(shí)，材料中的析出被抑制;當(dāng)卷取溫度升高至580—600℃時(shí)，觀察到大量納米級(jí)析出物。結(jié)合CCT曲線及大量組織、析出物觀察結(jié)果，確定了合適的目標(biāo)卷取溫度，既可保證得到大量10nm以下尺寸的TiC析出物，又可得到均勻細(xì)小的鐵素體組織。在實(shí)際的批量生產(chǎn)過(guò)程中，控制通卷卷取溫度波動(dòng)區(qū)間小于30℃，可保證熱軋板卷通卷力學(xué)性能均勻。

　　產(chǎn)品質(zhì)量

　　目前，遷鋼公司已可穩(wěn)定、批量生產(chǎn)供中聯(lián)重科4—10mm厚700MPa級(jí)SQ700MCD高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼開(kāi)平板，材料的平均屈服強(qiáng)度為772MPa、平均抗拉強(qiáng)度為832MPa、平均延伸率為21.5%、-20℃平均沖擊吸收功為109J。該產(chǎn)品熱軋板卷金相組織為多邊形鐵素體，晶粒尺寸小于4μm;透射電鏡觀察析出物狀態(tài)組織中存在大量尺寸在10nm以下的(Ti,Nb)C析出物。

　　焊接性能方面，對(duì)于鈦微合金化高強(qiáng)鋼，由于焊接熱影響區(qū)組織粗化及納米級(jí)析出物的回溶，必將導(dǎo)致焊接接頭抗拉強(qiáng)度大幅下降。焊接性能評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：選用中聯(lián)重科用CARBOFILNiCrMo焊絲，當(dāng)焊接線能量提高至18kJ/cm時(shí)，首鋼SQ700MCD熱軋板卷焊接接頭的抗拉強(qiáng)度仍大于750MPa，滿(mǎn)足中聯(lián)重科700MPa級(jí)高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼焊接接頭抗拉強(qiáng)度大于750MPa的要求;在相同焊接線能量下，首鋼SQ700MCD熱軋板卷焊接接頭抗拉強(qiáng)度比瑞典SSAB公司DOMEX700MCD熱軋板卷焊接抗拉強(qiáng)度高50MPa。同時(shí)，首鋼SQ700MCD熱軋板卷焊縫處的冷彎性能和焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性均滿(mǎn)足要求。

　　首鋼SQ700MCD高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼熱軋板卷采用低成本鈦微合金化成分設(shè)計(jì)，通過(guò)TMCP工藝參數(shù)的合理選擇和嚴(yán)格控制保證了材料具有良好的強(qiáng)韌性。在焊接性能方面，依靠鉬和硼復(fù)合添加顯著提高了焊接熱影響區(qū)的抗拉強(qiáng)度。該產(chǎn)品已通過(guò)中聯(lián)重科、三一重工和北汽福田雷薩泵車(chē)公司產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證。2012年，首鋼遷鋼公司已完成對(duì)中聯(lián)重科批量供貨700MPa級(jí)SQ700MCD高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼開(kāi)平板1.2萬(wàn)噸，厚度規(guī)格覆蓋4—10mm;2012年首鋼高強(qiáng)鋼熱軋板卷供貨量位居國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)第3名，為首鋼打造高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼良好品牌奠定了基礎(chǔ)。

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