CN110846577A - 690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢及制造方法 - Google Patents

690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢及制造方法，涉及钢铁冶炼技术领域，其化学成分及质量百分比如下：C：0.05%～0.10%，Mn：4.1%～4.7%，Si：0.15%～0.4%，P≤0.010%，S≤0.003%，Ti：0.01%～0.05%，Ni+Cr+Mo≤0.6%，余量为Fe和不可避免的杂质，能够满足工程机械领域在复杂环境下对超高强钢安全性能和建造成本需求。

Description

690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢及制造方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，特别是涉及一种690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢及制造方法。
背景技术
690MPa级高强度工程机械用钢广泛应用于工程机械、煤矿液压支架、军用舟桥、起重机吊臂等国民经济重要领域，此级别高强钢的成分体系多添加高含量的Ni、Cr、Mo元素，存在成本高的问题，而且厚规格的产品淬透性较差，厚度方向组织不均匀，钢心部韧性较低，屈强比过高(一般达到0.94以上)，过高的屈强比则会导致局部大变形而造成超载失稳。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.05％～0.10％，Mn：4.1％～4.7％，Si：0.15％～0.4％，P≤0.010％，S≤0.003％，Ti：0.01％～0.05％，Ni+Cr+Mo≤0.6％，余量为Fe和不可避免的杂质。
技术效果：本发明采用中锰的成分添加，降低钢中Ni、Cr等合金元素的含量，中锰合金化能够有效调控高强钢的组织结构，具有明显降低钢材屈强比的优势，极大的降低的成本。通过合理的成分设计以及组织性能控制，实现钢中残余奥氏体含量、大小、分布的精确控制，从而有效提高钢材的止裂性能。生产的钢板具有优异的综合性能，可解决各类工程机械高强结构钢的低温韧性差、屈强比过高等问题，能够满足复杂环境对超高强钢安全性能和建造成本需求。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢，钢板的厚度小于80mm，屈强比在0.86以下。
前所述的690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.09％～0.10％，Mn：4.65％～4.7％，Si：0.18％～0.22％，P≤0.010％，S≤0.003％，Ti：0.022％～0.028％，Ni+Cr+Mo≤0.6％，余量为Fe和不可避免的杂质。
前所述的690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.05％～0.06％，Mn：4.23％～4.47％，Si：0.20％～0.26％，P≤0.010％，S≤0.003％，Ti：0.018％～0.026％，Ni+Cr+Mo≤0.6％，余量为Fe和不可避免的杂质。
前所述的690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.05％～0.07％，Mn：4.1％～4.28％，Si：0.15％～0.21％，P≤0.010％，S≤0.003％，Ti：0.033％～0.045％，Ni+Cr+Mo≤0.6％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的另一目的在于提供一种690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢的制造方法，
铁水脱硫处理及转炉冶炼：降低钢水中S、P含量至P≤0.010％、S≤0.003％；LF精炼：完成C、Mn、Si、Ti、Ni、Cr、Mo元素所需质量分数的合金化；
铸坯：连铸坯拉速≤1.0m/min，表面缺陷清理干净；
板坯加热控制：温度1060～1140℃，均热时间40～90min；
板坯轧制控制，两阶段轧制，一阶段开轧温度≤1020℃，终轧温度≥920℃，二阶段开轧温度≤890℃，终轧温度≥800℃；
轧后冷却控制：冷却速率≥5℃/s，终止冷却后钢板表面返红温度≤350℃；
轧后热处理：轧后48小时内送往热处理炉进行回火，回火温度600～650℃，均热时间40～70min，回火后钢板空冷至常温。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中C能够通过间隙固溶强化显著提高组织强度，是重要的强化元素，同时也是重要的奥氏体稳定化元素，但为了保证低温冲击韧性及焊接性，需要控制其添加量在较低水平；
Mn能够通过置换固溶强化提高组织强度，同时也能够显著提高奥氏体稳定性，增加Mn能提高钢板淬透性从而使得钢板在较宽的冷却速率范围内获得马氏体组织，进而在两相区退火过程中形成部分逆转变奥氏体组织，回火马氏体增加钢板的强度，逆转变奥氏体组织提高钢板的韧塑性能；
Si在炼钢过程中为脱氧元素，适量的Si能够抑制Mn和P的偏聚并改善韧性，Si抑制渗碳体的形成，但含量过高会明显降低韧性，本发明将Si控制在0.15％～0.4％；
严格控制P与S的含量，在本发明已添加中等含量Mn元素的情况下，S易与Mn形成MnS并降低塑性，P容易在晶界偏聚，降低晶界抗裂纹扩展能力，从而降低韧性，本发明要求P≤0.010％、S≤0.003％；
Ti能够通过细小而弥散的第二相析出形式阻碍高温下的晶界迁移，从而细化晶粒并改善力学性能，加入量控制在0.01％～0.05％的范围内；
适量的Ni能够稳定奥氏体相、提高淬透性、降低韧脆转变温度，有利于提高焊接性；Cr能够产生明显的固溶强化作用，有利于提高强度；Mo能够提高马氏体的回火后的强度，在一定含量范围内还能够减弱Mn的晶界偏聚从而改善韧性；本发明将Ni+Cr+Mo含量控制在0.6％以内，在发挥它们的作用同时不显著增加成本；
(2)本发明生产出的钢板厚度小于80mm，综合力学性能达到GB/T1591-2018低合金高强度结构钢中Q690M钢的技术要求，同时满足屈强比不大于0.86；
(3)本发明所得钢板，在微观组织上，采用回火马氏体+逆转变奥氏体，回火马氏体保证钢板的强度，逆转变奥氏体使钢板具有良好的塑性和韧性，由于这种成分设计的高强钢具有很好的淬透性，整个厚度方向均为回火马氏体+逆转变奥氏体；
(4)本发明中化学成分以锰为主要合金元素，不添加或少添加贵重合金元素，吨钢成本比传统同级别高强度结构钢降低千元以上，具有巨大的成本优势；
(5)本发明钢板具有优良的心部力学性能，能够满足工程机械领域在复杂环境下对超高强钢安全性能和建造成本需求。
附图说明
图1为本发明实施例1钢板热处理后的金相组织图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢，厚度70mm，其化学成分及质量百分比如下：C：0.09％，Mn：4.65％，Si：0.22％，P：0.008％，S：0.001％，Ti：0.028％，Ni+Cr+Mo：0.58％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述钢板的制造方法如下：
铁水脱硫处理后进行转炉冶炼，降低钢水中S、P含量；LF精炼完成后C、Mn、Si、Ti、Ni、Cr、Mo元素所需质量分数的合金化；采用连铸方式，连铸坯拉速0.5m/min，表面缺陷清理干净，得到厚度为320mm的板坯；板坯加热到1130℃，均热时间70min；对加热后的板坯进行两阶段轧制，一阶段开轧温度1010℃，终轧温度965℃，二阶段开轧温度885℃，终轧温度832℃；对轧后钢板进行水冷，冷却速率6.1℃/s，终止冷却后钢板表面返红温度低于200℃；轧后立即进行回火热处理，回火温度640℃，均热时间82min，回火后钢板空冷至常温。
实施例2
本实施例提供的一种690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢，厚度50mm，其化学成分及质量百分比如下：C：0.06％，Mn：4.47％，Si：0.26％，P：0.009％，S：0.001％，Ti：0.026％，Ni+Cr+Mo：0.46％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述钢板的制造方法如下：
铁水脱硫处理后进行转炉冶炼，降低钢水中S、P含量；LF精炼完成后C、Mn、Si、Ti、Ni、Cr、Mo元素所需质量分数的合金化；采用连铸方式，连铸坯拉速0.6m/min，表面缺陷清理干净，得到厚度为320mm的板坯；板坯加热到1130℃，均热时间70min；对加热后的板坯进行两阶段轧制，一阶段开轧温度1005℃，终轧温度945℃，二阶段开轧温度865℃，终轧温度823℃；对轧后钢板进行水冷，冷却速率7.3℃/s，终止冷却后钢板表面返红温度低于200℃；轧后立即进行回火热处理，回火温度630℃，均热时间71min，回火后钢板空冷至常温。
实施例3
本实施例提供的一种690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢，厚度30mm，其化学成分及质量百分比如下：C：0.05％，Mn：4.28％，Si：0.21％，P：0.008％，S：0.001％，Ti：0.033％，Ni+Cr+Mo：0.39％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述钢板的制造方法如下：
铁水脱硫处理后进行转炉冶炼，降低钢水中S、P含量；LF精炼完成后C、Mn、Si、Ti、Ni、Cr、Mo元素所需质量分数的合金化；采用连铸方式，连铸坯拉速0.6m/min，表面缺陷清理干净，得到厚度为260mm的板坯；板坯加热到1110℃，均热时间59min；对加热后的板坯进行两阶段轧制，一阶段开轧温度1005℃，终轧温度935℃，二阶段开轧温度870℃，终轧温度812℃；对轧后钢板进行水冷，冷却速率12.1℃/s，终止冷却后钢板表面返红温度低于200℃；轧后立即进行回火热处理，回火温度610℃，均热时间55min，回火后钢板空冷至常温。
上述实施例钢板的综合力学性能见表1，
表1实施例1-3钢板的综合力学性能
Figure BDA0002280197850000051
表2 GB/T 1591-2018标准中690MPa级钢Q690M综合力学性能
Figure BDA0002280197850000052
表2为GB/T 1591-2018标准中690MPa级钢Q690M综合力学性能要求，同时参考图1，可知，本发明将锰作为主要合金元素，利用廉价的Mn元素替代昂贵的Ni-Mo合金，通过Mn元素提高钢板淬透性从而使得钢板在较宽的冷却速率范围内获得马氏体组织，进而在两相区退火过程中形成部分逆转变奥氏体组织，回火马氏体增加钢板的强度，逆转变奥氏体组织提高钢板的韧塑性能，使制得的钢板具有高强度低屈强比、优异心部力学性能，能够满足工程机械领域在复杂环境下对超高强钢安全性能和建造成本需求。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.05%～0.10%，Mn：4.1%～4.7%，Si：0.15%～0.4%，P≤0.010%，S≤0.003%，Ti：0.01%～0.05%，Ni+Cr+Mo≤0.6%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢，其特征在于：钢板的厚度小于80mm，屈强比在0.86以下。
3.根据权利要求1所述的690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.09%～0.10%，Mn：4.65%～4.7%，Si：0.18%～0.22%，P≤0.010%，S≤0.003%，Ti：0.022%～0.028%，Ni+Cr+Mo≤0.6%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢及制造方法，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.05%～0.06%，Mn：4.23%～4.47%，Si：0.20%～0.26%，P≤0.010%，S≤0.003%，Ti：0.018%～0.026%，Ni+Cr+Mo≤0.6%，余量为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢及制造方法，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.05%～0.07%，Mn：4.1%～4.28%，Si：0.15%～0.21%，P≤0.010%，S≤0.003%，Ti：0.033%～0.045%，Ni+Cr+Mo≤0.6%，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.应用于如权利要求2所述的690MPa级高强度低屈强比中锰钢中厚钢的制造方法，其特征在于：
铁水脱硫处理及转炉冶炼：降低钢水中S、P含量至P≤0.010%、S≤0.003%；
LF精炼：完成C、Mn、Si、Ti、Ni、Cr、Mo元素所需质量分数的合金化；
铸坯：连铸坯拉速≤1.0m/min，表面缺陷清理干净；
板坯加热控制：温度1060～1140℃，均热时间40～90min；
板坯轧制控制，两阶段轧制，一阶段开轧温度≤1020℃，终轧温度≥920℃，二阶段开轧温度≤890℃，终轧温度≥800℃；
轧后冷却控制：冷却速率≥5℃/s，终止冷却后钢板表面返红温度≤350℃；
轧后热处理：轧后48小时内送往热处理炉进行回火，回火温度600～650℃，均热时间40～70min，回火后钢板空冷至常温。
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