CN107385339A - 一种低成本高强钢q690d及其中温回火生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种低成本高强钢Q690D及其中温回火生产方法,化学成分质量百分比为:C:0.04~0.07,Si:0.25~0.35,Mn:1.45~1.60,P<0.014,S<0.010,Nb:0.045~0.060,Ti:0.010~0.030,Cr:0.30~0.40,Mo:0.15~0.25,Als≥0.015,B:0.0010‑0.0020和不可避免的杂质;冷却工序采用DQ+ACC两阶段冷却方式,开冷温度730~780℃;终冷温度<150℃,平均冷速15~30℃/s;钢板进入热处理炉内加热到400~500℃后,按3.0~4.0min/mm的保温系数计算保温时间进行保温后空冷至室温;本发明产品满足标准要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种低成本高强钢Q690D及其中温回火生产方法,属于金属轧制及热处理技术领域。
背景技术
Q690D属于高强度焊接结构钢,广泛应用于煤矿机械、工程机械,如液压支架、港口起重机、平板运输车等。为获得综合机械性能良好的Q690D钢板,目前钢铁企业主要采用两种生产工艺:大多数企业采用离线淬火+高温回火的调质工艺,少数企业采用TMCP+高温回火工艺。而在实际生产过程中,采用离线淬火+高温回火的Q690D钢板,存在工序繁琐、工序成本高、交货期长等劣势;采用TMCP+高温回火(>600℃)工艺会造成钢板硬度、抗拉强度显著下降,容易使抗拉强度指标偏低,而为保证抗拉强度值,一般会增加贵重合金元素的含量,造成合金成本增加;且高温回火温度达到一定值后钢板拉伸试样容易分层,影响拉力性能的检测结果。
发明内容
本发明提供一种低成本高强钢Q690D及其中温回火生产方法,通过优化成分设计,并采用DQ在线淬火+中温回火生产工艺,实现了钢板低成本和高强韧性的目的,较高温回火工艺节能20%;且解决了高温回火工艺时拉伸试样出现分层的技术问题。
解决上述技术问题的技术方案为:
一种低成本高强钢Q690D,其化学成分质量百分比分别为:C:0.04~0.07,Si:0.25~0.35,Mn:1.45~1.60,P<0.014,S<0.010,Nb:0.045~0.060,Ti:0.010~0.030,Cr:0.30~0.40,Mo:0.15~0.25,Als≥0.015,B:0.0010-0.0020,其它为Fe和生产过程中不可避免的杂质。
一种低成本高强钢Q690D中温回火生产方法,包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、铸坯加热、控制轧制、冷却和回火热处理工序;所述Q690D化学成分质量百分比分别为:C:0.04~0.07,Si:0.25~0.35,Mn:1.45~1.60,P<0.014,S<0.010,Nb:0.045~0.060,Ti:0.010~0.030,Cr:0.30~0.40,Mo:0.15~0.25,Als≥0.015,B:0.0010-0.0020,其它为Fe和生产过程中不可避免的杂质。
上述的一种低成本高强钢Q690D中温回火生产方法,所述冷却工序采用DQ在线淬火+ACC冷却两阶段冷却方式,前段冷却采用DQ在线淬火模式,钢板的开冷温度为730~780℃;后段冷却采用ACC控冷模式,钢板的终冷温度<150℃,平均冷却速度控制在15~30℃/s;所述回火工序为:钢板从室温状态直接进入炉温400℃~500℃热处理炉内,当钢板加热到400~500℃后,按3.0~4.0min/mm的保温系数计算保温时间进行保温;最后空冷至室温。
上述的一种低成本高强钢Q690D中温回火生产方法,所述加热工序加热段温度1160~1200℃,均热段温度1130~1170℃,总加热时间≥11.5min/cm;所述轧制工序采用两阶段控制轧制方式,开轧温度为1000~1100℃;一阶段终轧温度>980℃;二阶段开轧温度≤960℃,终轧温度控制在790~820℃范围内;二阶段开轧时的待温厚度为钢板成品厚度的3倍以上,第二轧程累计压下率>70%。
该方法的创新之处是采用400℃~500℃中温回火工艺,中温回火工艺是采用组织强化和析出强化相结合的方法,而高温回火工艺主要是通过析出强化的机理来获得高强度。本发明采用在线淬火DQ工艺,得到的低碳贝氏体高强钢晶界脆弱,试样在拉伸过程中容易形成裂纹,回火后因屈强比升高,当横向应力达到一定值时,试样容易产生横向开裂,通过ANSYS有限元模拟,当温度达到600℃以上时,拉伸试样颈缩区的局部横向应力达到800MPa或1000MPa以上,很容易导致断口处沿颈缩区缺陷位置发生开裂,而采用400℃-500℃回火温度避开了拉伸试样出现分层的温度区间。
本发明采用DQ在线淬火+中温回火工艺,降低了合金成本,实现了低碳贝氏体钢强韧性的最佳配比;本发明回火炉采用无氧化辐射辊底式热处理炉,热源是高炉、焦炉、转炉混合煤气,采用400℃~500℃回火温度较其他>600℃回火温度可以节能20%。
本发明的有益效果为:
本发明通过合理的成分设计,采取DQ在线淬火+ 400~500℃中温回火的生产方法,得到理想的室温组织,综合机械性满足标准GB/T 1591-2008要求,实现节能20%,且避免了拉伸试样出现分层的现象,在同类企业中具有较强的竞争优势。
附图说明
图1是本发明实施例1中轧态时Q690D的200×显微组织图;
图2是本发明实施例1中400℃回火处理时Q690D的200×显微组织图;
图3是本发明实施例2中420℃回火处理时Q690D的200×显微组织图;
图4是本发明实施例3中450℃回火处理时Q690D的200×显微组织图;
图5是本发明实施例4中480℃回火处理时Q690D的200×显微组织图;
图6是本发明实施例5中500℃回火处理时Q690D的200×显微组织图。
具体实施方式
本发明一种低成本高强钢Q690D,钢中各元素的质量百分含量分别为:C:0.04~0.07,Si:0.25~0.35,Mn:1.45~1.60,P:<0.014,S:<0.010,Nb:0.045~0.060,Ti:0.010~0.030,Cr:0.30~0.40,Mo:0.15~0.25,Als≥0.015,B:0.0010-0.0020。
一种低成本高强钢Q690D的中温回火生产方法,采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热炉加热、控制轧制、DQ在线淬火+ACC冷却、回火热处理工艺步骤,其中:
铁水预处理采用复合喷吹铁水脱硫技术,对铁水进行全量脱硫处理,使其S控制在0.005%以下;转炉冶炼控制出钢碳C≤0.04%,P≤0.010%,滑板挡渣,将出钢下渣量控制在钢水量的0.01%以下;LF精炼工艺采用石灰、铝线等造白渣脱硫,出站前10~15min加入钛铁、硼铁等进行微合金化操作,有效控制钢种夹杂物级别总和不超过1.5级;RH精炼采用本处理模式,在100Pa以下真空度,真空处理时间≥30min,钢水静置时间≥10min;连铸浇注过程中全程保护性浇铸,使用二冷区电磁搅拌和动态轻压下,钢水过热温度稳定控制在10~35℃范围内,拉速全程控制在0.8~0.9m/min范围内。
加热工序加热段温度1160~1200℃,均热段温度1130~1170℃,总加热时间≥11.5min/cm;所述轧制工序采用两阶段控制轧制方式,开轧温度为1000~1100℃;一阶段终轧温度>980℃;二阶段开轧温度≤960℃,终轧温度控制在790~820℃范围内;二阶段开轧时的待温厚度为钢板成品厚度的3倍以上,第二轧程累计压下率>70%。
冷却工序采用DQ在线淬火+ACC冷却两阶段冷却方式,前段冷却采用DQ在线淬火模式,钢板的开冷温度为730~780℃;后段冷却采用ACC控冷模式,钢板的终冷温度<150℃,平均冷却速度控制在15~30℃/s;中温回火生产工艺为:钢板从室温状态直接进入炉温400℃~500℃的无氧化辐射辊底式热处理炉内;后按3.0-4.0min/mm保温系数计算保温时间进行保温;最后空冷至室温。
以下通过具体实施例1~5对本发明做进一步说明:
实施例1~5选用260mm大断面连铸坯以保证压缩比,生产厚度规格为16-40mm的Q690D成品钢。
实施例1:根据上述方法试验厚度规格为16mm的Q690D成品钢,铸坯化学成分为C:0.05%,Si:0.30%,Mn:1.55%,P:0.012%,S:0.003%,Nb:0.045%,Ti:0.020%,Cr:0.37%,Mo:0.18%,Als:0.032%,B:0.0010%。铸坯在加热炉加热4.2小时,均热段温度为1580℃,轧制过程采用两阶段控制轧制,开轧温度1055℃,一阶段终轧温度为982℃;待温厚度64mm,第二阶段累计压下率达到75%,第二阶段开轧温度850℃,终轧温度816℃;控冷过程采用DQ在线淬火+ACC两阶段冷却方式控制冷却,开冷温度740℃,终冷温度95℃,平均冷却速度达到30℃/s。
对轧态钢板进行400℃无氧化辐射加热,保温时间50min,空冷至室温。
采用上述方法生产的厚度规格为16mm的Q690D成品钢板,其力学性能检测结果:屈服强度725MPa,抗拉强度805MPa,延伸率19.0%,屈强比0.90,-20℃冲击功104J、195J、128J,弯曲试验合格。钢板拉伸试样合格率100%。
实施例2:根据上述方法试验厚度规格为20mm的Q690D成品钢,铸坯化学成分为C:0.06%,Si:0.25%,Mn:1.48%,P:0.008%,S:0.005%,Nb:0.060%,Ti:0.025%,Cr:0.32%,Mo:0.23%,Als:0.026%,B:0.0014%。铸坯在加热炉加热4.8小时,均热段温度为1730℃,轧制过程采用两阶段控制轧制,开轧温度1095℃,一阶段终了温度为983℃;待温厚度70mm,第二阶段累计压下率达到71.4%,第二阶段开轧温度840℃,终轧温度818℃;控冷过程采用DQ在线淬火+ACC两阶段冷却方式控制冷却,开冷温度742℃,终冷温度80℃,平均冷却速度达到27℃/s。
对轧态钢板进行420℃无氧化辐射加热,保温时间60min,空冷至室温。
采用上述方法生产的厚度规格为20mm的Q690D成品钢板,其力学性能检测结果:屈服强度715MPa,抗拉强度820MPa,延伸率18.0%,屈强比0.87,-20℃冲击功125J、108J、151J,弯曲试验合格。钢板拉伸试样合格率100%。
实施例3:根据上述方法试验厚度规格为25mm的Q690D成品钢,铸坯化学成分为C:0.04%,Si:0.35%,Mn:1.50%,P:0.010%,S:0.004%,Nb:0.055%,Ti:0.017%,Cr:0.30%,Mo:0.15%,Als:0.024%,B:0.0020%。铸坯在加热炉加热5.0小时,均热段温度为1150℃,轧制过程采用两阶段控制轧制,开轧温度1050℃,一阶段终轧温度为990℃;待温厚度75mm,第二阶段累计压下率达到66.7%,第二阶段开轧温度800℃,终轧温度790℃;控冷过程采用DQ在线淬火+ACC两阶段冷却方式控制冷却,开冷温度753℃,终冷温度130℃,平均冷却速度达到24℃/s。
对轧态钢板进行450℃无氧化辐射加热,保温时间90min,空冷至室温。
采用上述方法生产的厚度规格为25mm的Q690D成品钢板,其力学性能检测结果:屈服强度743MPa,抗拉强度830MPa,延伸率19.0%,屈强比0.90,-20℃冲击功267J、268J、244J,弯曲试验合格。钢板拉伸试样合格率100%。
实施例4:根据上述方法试验厚度规格为30mm的Q690D成品钢,铸坯化学成分为C:0.06%,Si:0.25%,Mn:1.45%,P:0.014%,S:0.005%,Nb:0.045%,Ti:0.022%,Cr:0.35%,Mo:0.21%,Als:0.025%,B:0.0017%。铸坯在加热炉加热4.5小时,均热段温度为1165℃,轧制过程采用两阶段控制轧制,开轧温度1065℃,一阶段终轧温度为985℃;待温厚度90mm,第二阶段累计压下率达到66.7%,第二阶段开轧温度830℃,终轧温度820℃;控冷过程采用DQ在线淬火+ACC两阶段冷却方式控制冷却,开冷温度750℃,终冷温度105℃,平均冷却速度达到20℃/s。
采用上述轧态钢板进行回火热处理,回火温度480℃无氧化辐射加热,保温时间90min,空冷至室温。
采用上述方法生产的厚度规格为30mm的Q690D成品钢板,其力学性能检测结果:屈服强度705MPa,抗拉强度835MPa,延伸率20.0%,屈强比0.84,-20℃冲击功175J、180J、204J,弯曲试验合格。钢板拉伸试样合格率100%。
实施例5:根据上述方法试验厚度规格为40mm的Q690D成品钢,铸坯化学成分为C:0.07%,Si:0.28%,Mn:1.60%,P:0.011%,S:0.007%,Nb:0.050%,Ti:0.020%,Cr:0.40%,Mo:0.25%,Als:0.026%,B:0.0015%。铸坯在加热炉加热5.2小时,均热段温度为1160℃,轧制过程采用两阶段控制轧制,开轧温度1082℃,一阶段终轧温度为1000℃;待温厚度120mm,第二阶段累计压下率达到66.7%,第二阶段开轧温度820℃,终轧温度805℃;控冷过程采用DQ在线淬火+ACC两阶段冷却方式控制冷却,开冷温度780℃,终冷温度145℃,平均冷却速度达到15℃/s。
采用上述轧态钢板进行回火热处理,回火温度500℃无氧化辐射加热,保温时间150min,空冷至室温。
采用上述方法生产的厚度规格为40mm的Q690D成品钢板,其力学性能检测结果:屈服强度738MPa,抗拉强度810MPa,延伸率18.5%,屈强比0.91,-20℃冲击功169J、204J、217J,弯曲试验合格。钢板拉伸试样合格率100%。
Claims (4)
1.一种低成本高强钢Q690D,其特征在于:该高强钢化学成分质量百分比分别为:C:0.04~0.07,Si:0.25~0.35,Mn:1.45~1.60,P<0.014,S<0.010,Nb:0.045~0.060,Ti:0.010~0.030,Cr:0.30~0.40,Mo:0.15~0.25,Als≥0.015,B:0.0010-0.0020,其它为Fe和生产过程中不可避免的杂质。
2.一种低成本高强钢Q690D中温回火生产方法,包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、铸坯加热、控制轧制、冷却和回火热处理工序;其特征在于:所述Q690D化学成分质量百分比分别为:C:0.04~0.07,Si:0.25~0.35,Mn:1.45~1.60,P<0.014,S<0.010,Nb:0.045~0.060,Ti:0.010~0.030,Cr:0.30~0.40,Mo:0.15~0.25,Als≥0.015,B:0.0010-0.0020,其它为Fe和生产过程中不可避免的杂质。
3.如权利要求2所述的一种低成本高强钢Q690D中温回火生产方法,其特征在于:所述冷却工序采用DQ在线淬火+ACC冷却两阶段冷却方式,前段冷却采用DQ在线淬火模式,钢板的开冷温度为730~780℃;后段冷却采用ACC控冷模式,钢板的终冷温度<150℃,平均冷却速度控制在15~30℃/s;所述回火工序为:钢板从室温状态直接进入炉温400℃~500℃热处理炉内,当钢板加热到400~500℃后,按3.0~4.0min/mm的保温系数计算保温时间进行保温;最后空冷至室温。
4.如权利要求2或3所述的一种低成本高强钢Q690D中温回火生产方法,其特征在于:所述加热工序加热段温度1160~1200℃,均热段温度1130~1170℃,总加热时间≥11.5min/cm;所述轧制工序采用两阶段控制轧制方式,开轧温度为1000~1100℃;一阶段终轧温度>980℃;二阶段开轧温度≤960℃,终轧温度控制在790~820℃范围内;二阶段开轧时的待温厚度为钢板成品厚度的3倍以上,第二轧程累计压下率>70%。
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