CN109136724B - 一种低屈强比q690f工程机械用钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于结构钢领域，公开了一种低屈强比Q690F工程机械用钢板及其制造方法。所述的制造方法，步骤如下：步骤一：按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，其成分按重量百分比为C 0.05～0.07％，Si 0.10～0.15％，Mn 1.7～1.8％，P≤0.012％，S≤0.005％，Cr 0.6～0.8％，B 0.005～0.009％，Ti 0.01～0.03％，Zr 0.01～0.03％，余量为Fe；步骤二：将铸坯加热至1220～1250℃，进行热轧，热轧开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为900℃～950℃；步骤三：钢板出水后空冷。本发明热轧钢板由于取消了调质热处理工艺，并且省去了TMCP工艺后的离线回火工艺，实现了工艺的减量化，降低了生产成本，同时，本发明的热轧钢板采用了高温终轧+连续冷却的工艺路线，工艺简单可控，可以在现场顺利实施，有利于该工艺技术的推广应用。
Description
技术领域
本发明属于结构钢领域，特别涉及一种低屈强比Q690F工程机械用钢板及其制造方法。
背景技术
当前，随着能源的深入开发及利用，大型机械行业设备已经向深海及极地等区域进行大规模作业，对工程机械用钢的性能要求越来越高，高强度、高韧性及低屈强比已经成为今后的发展方向。针对强度及韧性来说，可以有效降低工程机械设备的结构重量和制造成本，同时，可有效降低机械设备在不同服役条件下的脆性断裂。而对于降低屈强比来说，可以最大限度的提高设备的设计安全系数，增大塑性形变与断裂之间的强度差，提高机械结构的安全性，因此，为了满足上述需求，需要开发成本低、工艺可行的高强韧、低屈强比工程机械用钢。
中国专利文献CN102011068A公开了一种800MPa级低屈强比结构钢板及其生产方法，该钢的化学成分重量百分比为：C:0.045～0.075％、Si：0.30～0.55％、Mn：1.55～1.95％、P≤0.01％，S≤0.0025％、Alt：0.012～0.035％、Cr：0.15～0.25％、Mo：0.15～0.30％、Cu：0.20～0.40％、Nb：0.008～0.03％、Ti：0.008～0.03％、Ni：0.20～0.40％、V:0.008～0.0015％、B:0.0008～0.0015％，余量Fe及不可避免杂质。该钢采用TMCP+回火热处理的工艺路线生产，回火热处理后屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率为16～19％，屈强比≤0.70。为了满足低屈强比要求，该钢板在成分设计上添加了多种合金元素，并且其工艺流程必须经过离线回火热处理，增加了合金成分及工艺成本。
中国专利文献CN106636889A、CN103556076A均采用轧后离线调质工艺(淬火+回火)来制备Q690F高强度高韧性钢板，生产工艺复杂，生产效率低。通过两个专利所述，为了满足钢板强韧性要求，其成分设计中除了添加大量的Nb、V、Ti外，还需要加入大量的Mo来提高钢板的淬透性，保证其强度指标。但通过上述成分及工艺过程，钢板的屈强比均较高，不能综合满足强韧性与低屈强比的关系。
综上所述，现有Q690MPa级高强工程机械用钢存在屈强比高、合金添加量多及工艺复杂等问题。为了降低屈强比，通过添加大量合金元素的方法不能很好的协调成本及工艺等问题。亟待需要开发出一种低成本、工艺简单可控的工艺路线，实现高强韧及低屈强比的综合性能的目标。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种屈服强度在690MPa级、屈强比在0.75左右、-60℃冲击功≥150J的高强度、高韧性低屈强比工程机械用钢板及其制造方法。
本发明的技术方案如下：
一种低屈强比Q690F工程机械用钢板的制备方法，步骤如下：
步骤一：按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，其成分按重量百分比为C 0.05％，Si0.15％，Mn 1.8％，P0.009％，S0.004％，Cr 0.7％，B 0.0005％，Ti 0.01％，Zr 0.015％，余量为Fe，铸坯厚度为250mm；
步骤二：将铸坯加热至1220℃，进行热轧，热轧开轧温度为1100℃，终轧温度为920℃；
步骤三：轧制结束后，将热轧后的钢板以15～25℃/s冷却速率快冷至300℃，钢板出水后空冷，钢板的屈强比为0.73，抗拉强度980MPa，断后伸长率18％，-60℃冲击功189J。
以下简述各主要化学成分的作用，以及限定在上述范围的理由：
C：C对强化钢板是有效的，但同时会降低了钢板的成型性及焊接性，这些性能对其使用性能来说是必不可少的，为了在高温轧制后经适当的冷却过程中发生贝氏体相变的同时，在贝氏体基体上回出现一定量的残余奥氏体，这些残余奥氏体在后续的冷却过程中转变为马氏体，这种马氏体分布较为弥散，有利于低屈强比控制，但如果添加较多的C，其贝氏体相变会受到抑制，因此，本发明中C含量控制在0.05～0.07％。
Si：Si是钢中的基本元素，在炼钢过程中起到一定的脱氧作用，本发明主要利用硅的脱氧作用，过高的Si含量对此成分设计下获得贝氏体有不利影响，因此，其含量范围控制在0.10～0.15％左右。
Mn：Mn能够通过固溶强化及相变强化来有效的提高钢材的性能，但过高的锰会产生成分偏析，影响最终产品的低温韧性，过低的锰不利于实验钢获得贝氏体组织，因此锰的含量控制在1.7～1.8％。
P和S是钢中的夹杂元素，对于P来说，其易于偏聚在晶界处，降低钢的塑性和韧性，因此需要控制在较低水平；硫容易于锰形成塑性较好的MnS夹杂，但长条状的MnS降低钢板的横向拉伸性能，因此，为了保证钢板良好的力学性能，需要将其控制在0.005％以内。
Cr：Cr是本发明中的重要元素之一，其加入后会显著提高钢板的淬透性，保证了在不添加Mo元素的情况下，获得贝氏体组织，同时，当铬含量在0.6～0.8％范围内时，钢板在快冷获得的贝氏体组织更加细小，板条束呈交错分布，在提高钢板强度的同时，显著提高其低温冲击韧性，过高的Cr含量又会显著增加合金成本，因此，铬含量控制在0.6～0.8％。
B：B是本发明中的重要元素之一，B加入钢中可以显著提高钢板获得马氏体或贝氏体的临界冷速，加入微量的B元素可以使钢的临界冷却速度提高3倍以上，从而保证了不添加高附加值元素的情况下钢板可以获得马氏体组织。从B的添加量来说，B含量大于5ppm时，其淬透性的作用较为明显，但过多的B会与氮形成脆性的BN析出物，降低晶界强度，显著降低钢板的低温韧性，因此，这里将其控制在5～12ppm可获得较好的强韧性效果。
Zr：Zr是本发明中的重要元素之一，Zr和O的亲和力很强，所生成的氧化锆熔点高，热稳定性好，是一种很好的促进晶内针状铁素体/贝氏体形核的夹杂物。这里利用这种氧化物冶金技术原理，添加微量的Zr元素，在对钢中夹杂物进行变性处理的基础上，同时又有利于在冷却过程中大量形成针状铁素体或贝氏体，有效提高钢板的强度及韧性。
本发明对一种低屈强比Q690F工程机械用钢板提供了可行的TMCP工艺路线，取消了目前生产该级别钢材的调质热处理工艺，并且省去了TMCP工艺后的离线回火工艺，实现了工艺的减量化，产品具有较高的力学性能及良好的低温韧性。
本发明的有益效果：
本发明热轧钢板与现有的同强度级别的低合金高强度钢相比具有如下优点：本发明热轧钢板由于取消了调质热处理工艺，并且省去了TMCP工艺后的离线回火工艺，实现了工艺的减量化，降低了生产成本，同时，本发明的热轧钢板采用了高温终轧+连续冷却的工艺路线，工艺简单可控，可以在现场顺利实施，有利于该工艺技术的推广应用。
附图说明
图1为实施例中钢板的典型光学显微照片。
图2为实施例中钢板的典型EBSD照片。
图3为实施例中钢板的0.5μm典型透射电镜照片。
图4为实施例中钢板的1.0μm典型透射电镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
本发明钢成分的实施例1～实施例5参见表1，表2为本发明钢实施例的制造工艺，表3为本发明钢实施例的力学性能。
本发明实施例的工艺流程：转炉冶炼→LF→RH→铸坯→铸坯加热→热轧→冷却→卷取，其中铸坯加热：1220℃，均热时间1h，开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为900～950℃，终轧后钢板以15～25℃/s的速度冷却至300℃以下，然后空冷至室温。
表1 单位：重量百分比
表2本发明实施例1～实施例5的钢板热轧工艺参数及对应的产品厚度
| 实施例 | 产品厚度mm | 加热温度℃ | 开轧温度℃ | 终轧温度℃ | 终冷温度℃ | 冷却速率℃/s |
| 1 | 20 | 1220 | 1100 | 920 | 300 | 25 |
| 2 | 30 | 1220 | 1150 | 950 | 250 | 20 |
| 3 | 40 | 1220 | 1100 | 900 | 280 | 15 |
| 4 | 30 | 1220 | 1150 | 930 | 290 | 18 |
| 5 | 25 | 1220 | 1100 | 900 | 300 | 21 |
注：铸坯厚度250mm
表3本发明实施例1-5的钢板厚度及对应的力学性能
图1和图2给出了实施例中实验钢的典型光学金相组织和EBSD照片。可以看出，钢板的组织为细小的板条贝氏体，组织细小均匀。图3和图4给出了实施例中实验钢的典型透射电镜照片，可以看出，组织中贝氏体板条尺寸比较细小，同时，在组织中存在一定的马氏体，这种组织构成有利于降低实验钢的屈强比。综上所述，细化的贝氏体加一定量的马氏体组织有效保证了实验钢获得高强度、高韧性的同时，也获得较低的屈强比，具有良好的综合力学性能。
Claims (1)
1.一种低屈强比Q690F工程机械用钢板的制造方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，其成分按重量百分比为C 0.05％，Si0.15％，Mn 1.8％，P0.009％，S0.004％，Cr 0.7％，B 0.0005％，Ti 0.01％，Zr 0.015％，余量为Fe，铸坯厚度为250mm；
步骤二：将铸坯加热至1220℃，进行热轧，热轧开轧温度为1100℃，终轧温度为920℃；
步骤三：轧制结束后，将热轧后的钢板以25℃/s冷却速率快冷至300℃，钢板出水后空冷，钢板的屈强比为0.73，抗拉强度980MPa，断后伸长率18％，-60℃冲击功189J。
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