隨著我國裝備制造業的迅猛發展,工程機械用鋼市場需求增大,發展前景廣闊。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、頂底復吹轉爐、LF、RH真空處理、板坯連鑄機,軋鋼系統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品之一。

     傳統的屈服強度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計,充 分利用控軋控冷和回火處理方法來生產Q690E鋼板。  1 技術要求與成分設計  高強鋼板要求具有足夠高的強度、低的韌脆轉變溫度和一定的延伸率。依據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Q690E鋼過程中采用了低碳及Mo - Ni - Cu - B微合金化的成分設計方案,采用Nb、V、Ti復合微合金化設計,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。

生產工藝

     生產工藝路線為:鐵水預處理→轉爐頂底復吹→LF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。粗軋在再結晶區軋制,通過形變- 再結晶使晶粒細化,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,形核區密度和驅動力增加越大,反復再結晶后晶粒就越細小。精軋在未再結晶區軋制,采用較大的累積變形量,使奧氏體晶粒充分變形,在晶粒內部形成更多的滑移帶,為鐵素體轉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,合理控制冷卻參數。經過控軋控冷,充分發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。  

結論  

(1) 以TMCP +回火工藝生產的高強鋼,組織為低碳貝氏體,不僅具有優異的 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的要求與調質工藝相比, 大大降低了成本。

(3) 開發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,填補了首秦公司在高強鋼領域的空白。