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Q690E高強度結(jié)構(gòu)鋼(GB/T16270-1996)的開發(fā)
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2014-07-21
隨著工程機械用高強度鋼的發(fā)展,對降低成本和性能要求越來越高,本文通過合理的成分設(shè)計,充分利用控軋控冷和回火處理方法來生產(chǎn)Q690E鋼板。
隨著我國裝備制造業(yè)的迅猛發(fā)展,工程機械用鋼市場需求增大,發(fā)展前景廣闊。秦皇島首秦金屬材料有限公司(以下簡稱首秦公司)目前建成了鎂粒鐵水脫硫、頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐、LF、RH真空處理、板坯連鑄機,軋鋼系統(tǒng)配有能控溫控軋和快速冷卻的4?300?mm寬厚板軋機,軋機后配有熱矯直機和熱處理爐。首秦公司將高強鋼定為了公司2009年十大重點寬厚板產(chǎn)品之一。
傳統(tǒng)的屈服強度600MPa以上的高強度鋼板主要以固溶強化、析出強化來提高強度,合金元素含量較高,生產(chǎn)工藝大多為淬火加回火。近年來,隨著工程機械用高強度鋼的發(fā)展,對降低成本和性能要求越來越高,本文通過合理的成分設(shè)計,充分利用控軋控冷和回火處理方法來生產(chǎn)Q690E鋼板。??1?技術(shù)要求與成分設(shè)計??高強鋼板要求具有足夠高的強度、低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度和一定的延伸率。依據(jù)GB?/T16270?-1996標準,高強鋼Q690E性能要求如表1所示。首秦公司在開發(fā)Q690E鋼過程中采用了低碳及Mo?-?Ni?-?Cu?-?B微合金化的成分設(shè)計方案,采用Nb、V、Ti復合微合金化設(shè)計,細化晶粒,提高鋼的強度和韌性。Cr、Mo、B?提?高鋼的淬透性,尤其是加入適量的B;?Ni用來提高鋼的韌性;盡量降低P、S有害元素的含量;并采用Ca對夾雜物進行球化變性處理。?
生產(chǎn)工藝
生產(chǎn)工藝路線為:鐵水預處理→轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖痛怠鶯F爐→RH真空處理→連鑄→鋼坯檢驗→鋼坯加熱→高壓水除鱗→粗軋→精軋→ACC水冷→矯直→冷床冷卻→精整→拋丸→回火處理→性能檢驗→成品入庫。采用LF、喂Si?-?Ca?-?Ba線和RH真空處理,以確保鋼質(zhì)的潔凈度。加熱保證鋼坯均勻奧氏體化,并使Nb等微合金化元素充分溶解,軋制分粗、精兩個階段。粗軋在再結(jié)晶區(qū)軋制,通過形變-?再結(jié)晶使晶粒細化,從而在相變后得到細小的鐵素體晶粒。粗軋采用高溫低速大壓下軋制,充分破碎鋼坯中的樹枝晶,變形程度越大,形核區(qū)密度和驅(qū)動力增加越大,反復再結(jié)晶后晶粒就越細小。精軋在未再結(jié)晶區(qū)軋制,采用較大的累積變形量,使奧氏體晶粒充分變形,在晶粒內(nèi)部形成更多的滑移帶,為鐵素體轉(zhuǎn)變提供更多的形核位置,細化鐵素體晶粒。控制精軋壓下率將顯著提高鋼的強度尤其是屈服強度、細化晶粒、改善韌性。軋后迅速進入ACC系統(tǒng),合理控制冷卻參數(shù)。經(jīng)過控軋控冷,充分發(fā)揮微合金化元素的作用,使鋼材的綜合性能得到有效提高。成品厚度20?mm。軋后進行回火處理:加熱溫度650～68?0?℃,保溫時間25～30?min。
試制結(jié)果與分析?3.?1?熱軋鋼板的力學性能??成品厚度20?mm的Q690E鋼熱軋后力學性能如表4所示。從表4中可以看出,試生產(chǎn)的高強鋼Q690E在熱軋后屈服強度均滿足國標要求,但是抗拉強度有波動,個別批次鋼板富余量不大,有的超出了國標的要求,延伸率不能滿足國標的要?求,?-?40?℃沖擊韌性良好
回火后力學性能??對軋后鋼板進行680?℃加熱、保溫30?min高溫回火處理后,鋼板力學性能如?表5所示。其屈??服強度不僅滿足了國標690?MPa的要求,有的已經(jīng)到了790MPa級別,而抗拉強度也滿足了國標的要求,且回火后的鋼板具有很好的低溫沖擊韌性。鋼板回火后,析出的細小碳化物起到形核阻止晶粒長大的作用,因此鋼的組織更加細小,鋼的強度也得到了提高。可見,采用TMCP工藝加回火工藝,強韌性匹配較好。?
顯微組織分析??對回火前后Q690E鋼板進行取樣,利用金相顯微鏡進行分析,顯微組織如圖1所示。回火前后的組織均為低碳貝氏體,回火前的組織中有少量的鐵素體,而回火后的組織更加細化,因此延伸率由回火前的14%以下增加到回火后的17%。
?采用TMCP加回火工藝與再加熱淬火和回火工藝相比,強韌性更好。因為采用TMCP方式,軋制過程中的大量形變位錯被保留下來,同時由于軋后立即快速冷卻,奧氏體晶粒來不及迅速長大,得到的組織更加細小。而軋后再重新加熱淬火時,由于鋼板重新奧氏體化,鋼中的位錯將合并并消失,奧氏體晶粒重新長大,淬火后得到的組織中位錯密度較低,組織相對粗大。因此采用TMCP加回火工藝的?鋼板強度要高于重新加熱淬火鋼板,沖擊韌性也良好。??
?結(jié)論??
(1)?以TMCP?+回火工藝生產(chǎn)的高強鋼,組織為低碳貝氏體,不僅具有優(yōu)異的?強韌性配合,而且具有良好的焊接性能。??
(2)?研制的Q690E完全達到了GB?/T16270?-1996的要求與調(diào)質(zhì)工藝相比,?大大降低了成本。?
(3)?開發(fā)Q690E的強度、低溫韌性不僅滿足GB?/T16270?-?1996,而且有較大的富余。Q690E的成功開發(fā),填補了首秦公司在高強鋼領(lǐng)域的空白。
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