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Q690CFD工程機械用高強鋼寶鋼低碳貝氏體鋼化學成分力學性能
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時間：2013-09-21
??? 以690Mpa級別的鋼板生產為例，在厚板5米軋機上研究了Mn-Mo-Nb-B系超低碳貝氏體（ULCB）鋼鋼坯加熱、控制軋制、控制冷卻諸工藝因素與鋼的機械性能的關系，通過不斷優化控軋控冷工藝參數，成功開發出超低碳貝氏體鋼（板厚大于50mm）Q690CFD，低溫沖擊韌性優良，解決了厚度大于50mm鋼板在控軋狀態下難以兼顧強度和韌性的關系，并為開發更高級別的ULCB鋼提供了依據。
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???? 關于超低碳貝氏體(ULCB:ultra low carbon bainite)鋼的合金化原理及鋼的強韌化機制，許多文獻已有闡述，對于鋼的組織特性也有廣泛而深入的研究，該鋼種由于碳含量大幅度下降(一般≤0.05%),在保證高強度的條件下,仍能保持很高的韌性,并在惡劣環境下,能滿足焊接性能, 所以超低碳貝氏體鋼早就被國際上公認為21世紀的鋼種。由于超低碳含量（C≤0.05％）使得ULCB鋼具有優良的焊接性和強韌性，貝氏體組織的脆性被消除，并且其轉變過程比較穩定——在很寬的冷速范圍內可以獲得強度基本一致的貝氏體組織 ，從而保證鋼板表面和心部組織基本一致。通過控軋控冷的方法最大限度地細化奧氏體晶粒，是這一類鋼基本的生產工藝，也是生產中最突出的問題，尤其是當鋼的屈服強度達到690MPa時，強度和韌性的關系難以達到穩定的統一，期望通過提高軋后冷卻速度和回火處理來改善其組織的韌性[1]。
????? 寶鋼厚板廠采用： 轉爐－RH－LF 、控制軋制、控制冷卻、回火－ACC－熱矯直－回火，嚴格控制鋼的加熱、控軋、控冷工藝參數，研究了各階段變形參數諸因素對鋼的組織細化、強度和韌性指標的影響，鋼板最大厚度達60mm，力學性能達到如下要求：σs≧700Mpa、σb≧780Mpa、-20℃AKV ≧135J、δs≧17% ，并摸索出適用于這類鋼的合理的生產工藝。
????? 成分設計的依據是鋼板所要求的性能及各化學元素對綜合機械性能的影響。高強度低合金鋼的化學成分主要由強度、韌性、和焊接性而定。超低碳貝氏體鋼，一般界定為碳不大于0.05%。據研究，當碳含量在0.01-0.03% 時低溫韌性最好。
????? Q690CFD化學成分采用Mn-Mo-Nb-B 合金系列。鋼的強度不再主要依靠碳、錳的強化，而是以貝氏體基體組織中的位錯強化、微合金鋼經控軋控冷后組織細化強化及Nb、Ti微合金元素的析出強化和ε-Cu沉淀強化為主，從而使該類鋼強韌性匹配，超低碳貝氏體鋼在成分設計上選擇C、Mn、Nb、Mo、B、Ti的最佳配合，從而在較寬的冷卻范圍內都能形成完全的貝氏體組織。為了獲得高的強度，加入了成本較低的B元素。為了保證B元素的作用，須添加合金元素Ti來固定雜質元素O、N，從而避免B的燒損，并且形成的TiN、TiO對于細化晶粒是十分有效的；同時Ti能抑制加熱時奧氏體晶粒的長大，并且微量的Ti也有利于改善焊接熱影響區的韌性。Mn、Mo、Nb是作為強化元素加入的，鑒于冶金技術、經濟性和鋼材性能的要求，鋼中還經常以Ni、Cu作為Mo的補償元素。根據UCLB鋼的成份－工藝－組織－性能的關系，采用的化學Mn-Mo-Nb-B系成份進行設計。本試制鋼的化學成分見表1。
表1 實驗鋼的化學成分（wt ％）
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C |
Si |
Mn |
S |
P |
Ni |
Ti |
Mo |
Al |
B |
Nb |
Cu |
|
0.03 |
0.30 |
1.65 |
0.0012 |
0.008 |
0.55 |
0.021 |
0.25 |
0.037 |
0.001 |
0.048 |
0.64 |
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表2 Q690CFD的機械性能要求
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鋼種
Q690CFD
|
拉伸性能
|
沖擊性能
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|||
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Rp0.2,MPa
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Rm,MPa
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A,%
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試驗溫度
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沖擊功，J
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≤50mm
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≥690
|
?
770~940
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≥14
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-20℃
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≥47
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＞50mm
|
≥670
|
≥14
|
-20℃
|
≥34
|
|
??通過在厚板5000mm軋機上進行Q690CFD不同厚度規格的幾次試制，控軋控冷工藝參數不斷得到優化，ACC控冷的精度不斷提高，使工程機械用高強鋼Q690CFD綜合性能合格率大幅提高，塑韌性得到了較好的匹配。試制結論如下：
????? 1 . Q690CFD（20～60mm）鋼終軋溫度控制在800℃～850℃比較合適，隨著厚度的增加可以適當降低。
????? 2. Q690CFD鋼25mm以下厚度的鋼板，待溫厚度可以減至成品厚度的2.5～3倍，25mm以上厚度規格的鋼板待溫厚度為成品厚度的3倍以上比較合適。
????? 3. Q690CFD鋼30mm以下厚度規格終冷溫度設定為550℃，30mm以上厚度的鋼板終冷溫度設計為480℃，可以有效改善該鋼的綜合機械性能。
????? 4.? 在合適的焊接工藝條件下，手工焊和氣體保護焊焊接接頭的強度、接頭各部位的沖擊功都達到了母材技術要求，且接頭的沖擊功有一定余量。
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