CN111945077B

CN111945077B - 一种超高强工程机械用钢q890d及其生产方法

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Publication number: CN111945077B
Application number: CN202010723747.5A
Authority: CN
Inventors: 李玉谦; 杨雄; 杜琦铭; 刘红艳; 梅东贵; 冯俊鹏; 谢浩
Original assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Current assignee: Hangang Nengjia Steel Co ltd; Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Priority date: 2020-07-24
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2022-01-25
Anticipated expiration: 2040-07-24
Also published as: CN111945077A

Abstract

本发明公开了一种超高强工程机械用钢Q890D及其生产方法，钢板成分组成及质量百分含量为：C=0.07～0.09，Mn=1.10～1.30，Nb=0.015～0.035，Ti=0.015～0.025，Cr=0.30～0.40，Mo=0.50～0.60，B=0.0008～0.0015，Als≥0.015，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质；生产过程采用在线淬火+回火的生产工艺。本发明提供的Q890D钢板力学性能符合GB/T 16270～2009要求，且实现了该钢种的低成本生产。

Description

一种超高强工程机械用钢Q890D及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金及轧制技术领域，具体涉及一种超高强工程机械用钢Q890D及其生产方法。

背景技术

超高强工程机械用钢Q890D是GB/T16270～2009中强度级别第二高的钢种，主要应用于挖掘机、起重机、港口吊臂、液压支架等工程机械领域。

目前，国内高强钢使用厂家主要进口890MPa级别的高强钢，售价高，且其生产工艺大多为离线淬火调质工艺；国内具备该类产品生产能力的厂家，也主要采用离线淬火+回火的调质工艺进行产品生产，工序成本较高。

由于受到国内机械加工用户加工能力的限制，目前市场对Q890D需求量最大的是厚度规格为20mm的产品，占Q890D总需求量的70%以上。因此，开发出一种厚度规格为20mm，力学性能满足GB/T 16270-2009且生产成本低的超高强工程机械用钢Q890D，对于钢铁企业而言具有十分重要的意义。

本发明主要面向厚度规格为20mm的Q890D钢板产品，通过优化产品化学成分，采用在线淬火+回火(DQT)的生产工艺，确保所生产的Q890D钢板力学性能符合GB/T 16270-2009要求，并实现该钢种的低成本生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超高强工程机械用钢Q890D及其生产方法。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种超高强工程机械用钢Q890D，其化学成分组成及质量百分含量为：C=0.07～0.09%，Mn=1.10～1.30%，Nb=0.015～0.035%，Ti=0.015～0.025%，Cr=0.30～0.40%，Mo=0.50～0.60%，B=0.0008～0.0015%，Als≥0.015%，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质。

本发明所述超高强工程机械用钢Q890D的生产方法，其包括板坯加热、控制轧制、在线淬火、回火热处理。

本发明所述板坯加热：板坯在步进炉中进行加热，加热终了时板坯表面温度控制在1150～1250℃范围内，加热时间控制在4～5h。采用高温长时间加热是为了保证Cr、Mo元素充分固溶，增加淬透性有助于淬火后获得充分的马氏体。

本发明所述控制轧制：采用CR方式轧制，开轧温度为1080～1100℃，一阶段终轧温度为≥980℃，主要目的是通过再结晶轧制反复细化奥氏体晶粒，并避开部分再结晶温度轧制产生的混晶现象；二阶段的开轧温度≤950℃，精轧累计压下率≥66%，终轧温度840～880℃，采用未再结晶轧制，防止奥氏体发生再结晶并形成充足的变形带和位错等组织缺陷，增加相变形核点细化组织；由于高强钢变形抗力大，为了增加道次压下率，变形更加渗透，采用≤950℃的开轧温度以及≤880℃的终轧温度。

本发明所述在线淬火处理：采用直接淬火DQ+加速冷却ACC方式，钢板轧制完毕后，根据终轧温度情况，驰豫60～100s，保证开冷温度670～700℃，控制冷却速度≥10℃/s，钢板终冷温度≤250℃。钢板轧制完毕后，驰豫有利于位错重组，形成位错墙从而有助于组织的均匀；控制开冷温度≤700℃，是为了保证开冷前组织状态为奥氏体（因为Cr、Mo元素限制了奥氏体内C元素的扩散，起到了稳定奥氏体的作用），通过尽可能的降低开冷温度，有助于降低淬火过程中的温度应力；控制终冷温度≤250℃，是因为此成分产品的马氏体相变结束点约为260℃，而且尽可能的提升终冷温度有助于降低淬火过程中的温度应力，降低同板力学性能的差异性。

本发明所述回火处理：回火温度=650±10℃，保温时间=3.0±0.2min/mm。

本发明所述钢板的化学成分质量百分含量（以下简称：含量）设定和工艺设定，主要基于以下考虑：

C：该元素能够在钢中与Nb、Ti、Cr、Mo等元素形成碳化物，而且主要以固溶态的形式存在于奥氏体中，在淬火过程中有助于形成板条状的贝氏体或者马氏体提升抗拉强度，回火后以碳化物的形式析出，产生析出强化提升屈服强度；电镜能谱的检测结果显示，当C含量＜0.20%时，C元素主要以碳化物的形式存在，但残留于马氏体或者贝氏体中的C仍然会影响高强钢的低温冲击韧性；而C含量太高(＞0.20%)会导致提升马氏体脆性，降低韧塑性。结合本发明产品的强度级别在980～1150MPa之间，最终钢板组织应以高密度位错的板条贝氏体和马氏体形式存在，且回火后，基体组织中应尽可能的减少C含量。因此，设计C含量为0.07%～0.09%。

Cr、Mo：此二元素均能降低奥氏体中C元素的扩散系数，抑制冷却过程中珠光体相变，增加贝氏体或者马氏体的稳定性。采用Gleeble实验研究Q890D高强钢的动态CCT曲线结果显示，当Mo含量超过0.40%时，平衡态的相变点为733℃；当冷却速度＞0.2℃/s时，珠光体转变则被完全抑制；当冷却速度升高至1℃/s时，原始奥氏体则发生针状铁素体和板条贝氏体的相变，对应的相变开始温度约为560℃；当冷却速度逐步增加值10℃/s时，奥氏体就可以发生马氏体相变，对应的相变开始温度约为443℃，显微硬度为413HV，对应的抗拉强度约为1251MPa，可以满足Q890D产品的要求。

与现有的Q890D产品相比，本发明在成分设计时未添加提升低温冲击韧性的元素Ni；为了保证产品-20℃的低温冲击功，本发明主要的应对措施为细化板条马氏体组织。通过轧后驰豫，使变形位错重组形成位错胞，均匀并细化原始组织，这样有助于细化淬火后的马氏体组织；而且驰豫过程中，在位错处优先析出铁素体软相也有助于提升冲击韧性。化学成分中，采用低C含量设计也是为了降低马氏体中固溶C含量，从而提升低温冲击韧性。

与现有Q890D产品相比，Cr、Mo含量相对要高一些，主要原因是在DQ工艺条件下，避免珠光体组织的出现。钢板轧制完毕到进入DQ设备进行淬火的过程中，会因为形变诱导相变使得原始奥氏体发生部分的分解。添加Cr、Mo含量均是为了降低奥氏体中C元素的扩散能力，抑制珠光体的转变。Gleeble研究显示，只有当Mo含量超过0.5%，Cr含量超过0.3%时，在0.2℃/s的冷速条件下相变组织中也不会出现珠光体组织。

而现有Q890D产品在离线淬火过程中，淬火温度一般高于Ac3点30～50℃，不存在形变诱导相变导出先析出铁素体或者珠光体的现象；原始奥氏体直接转变成为马氏体，所有的C转变后完全固溶于马氏体中，这并不利于高强钢的低温韧性；为了提升产品的低温韧性，主要通过添加Ni来保证。

由以上说明可知，本发明为了实现在线淬火过程中组织变化符合Q890的需求，采用新的成分设计，调整组织的变化规律，实现在线淬火过程组织的控制。

本发明有益效果在于：

本发明成分上通过添加细化晶粒的微合金元素Nb及强硬相形成元素和增加淬透性元素Mo、Cr、B，确保钢板力学性能；采用控轧+（DQ+ACC）冷却+回火处理获得细小的回火板条马氏体晶粒。通过上述措施的有效实施，成功地生产出了厚度规格为20mm的Q890D超高强工程机械用钢。本发明通过从铁水预处理、转炉冶炼到钢板轧制、热处理的整个工序流程严格按上述生产工艺要求执行，获得钢板的力学性能和内部质量满足GB/T16270～2009要求。

本发明的超高强工程机械用钢Q890D，通过合理的成分设计，采用Cr-Mo-Nb-Ti-B成分体系，在保证强度的前提下不降低韧性，采用纯净钢水、优化控温轧制、DQ+ACC控制冷却及热处理工艺，得到理想的低碳贝氏体+铁素体组织，且晶粒均匀细小，力学性能满足GB/T16270～2009的要求，同时缩短生产流程，降低生产成本。

附图说明

图1是实施例1制备的钢板组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

一种超高强工程机械用钢Q890D的生产方法，包括板坯加热、控制轧制、DQ在线淬火+ACC快冷、回火热处理，具体如下：

（1）板坯加热：板坯在步进炉中进行加热，板坯加热终了时刻的表面温度控制在1150～1250℃范围内，加热时间控制在4～5h。

（2）控制轧制：采用CR方式轧制，开轧温度为1080～1100℃；一阶段终轧温度为≥980℃，二阶段的开轧温度≤950℃，精轧累计压下率≥66%，终轧温度840～880℃。

（3）在线淬火处理：采用DQ+ACC方式，钢板轧制完毕后，驰豫60～100s，保证开冷温度670～700℃，控制冷却速度≥10℃/s，钢板终冷温度≤250℃。

（4）回火处理，回火温度=650±10℃，保温时间=3.0±0.2min/mm。

实施例1～实施例6的工艺参数见表1～表5，所得钢板的力学性能见表6。

图1为实施例1制备的钢板组织图，显示钢板组织为为低碳贝氏体和析出物，且板条尺寸细小。

表1 各实施例的化学成分组成及质量百分含量

余量为Fe和不可避免的残余元素和杂质

表2 各实施例板坯加热工序参数

表3 各实施例的控轧工艺

表4 各实施例的（DQ+ACC）工艺

表5 各实施例的回火工艺

表6 实施例的力学性能

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种超高强工程机械用钢Q890D，其特征在于：其化学成分组成及质量百分含量为：C=0.07～0.09%，Mn=1.10～1.27%，Nb=0.015～0.035%，Ti=0.015～0.025%，Cr=0.30～0.40%，Mo=0.50～0.60%，B=0.0008～0.0015%，Als≥0.015%，其它为Fe和生产过程中不可避免的残余元素和杂质;

所述超高强工程机械用钢Q890D的生产过程包括板坯加热、控制轧制、在线淬火和回火热处理；所述在线淬火处理，采用直接淬火DQ和加速冷却ACC工艺，钢板轧制完毕后驰豫60～100s，开冷温度670～700℃，冷却速度≥10℃/s，终冷温度≤250℃。

2.如权利要求1所述的一种超高强工程机械用钢Q890D的生产方法，其特征在于：生产过程包括板坯加热、控制轧制、在线淬火和回火热处理；所述在线淬火处理，采用直接淬火DQ和加速冷却ACC工艺，钢板轧制完毕后驰豫60～100s，开冷温度670～700℃，冷却速度≥10℃/s，终冷温度≤250℃。

3.如权利要求2所述的一种超高强工程机械用钢Q890D的生产方法，其特征在于：所述板坯加热，板坯在步进炉中进行加热，加热终了时板坯表面温度控制在1150～1250℃范围内，加热时间控制在4～5h。

4.如权利要求2所述的一种超高强工程机械用钢Q890D的生产方法，其特征在于：所述控制轧制，开轧温度为1080～1100℃，一阶段终轧温度≥980℃，二阶段开轧温度≤950℃，精轧累计压下率≥66%，终轧温度840～880℃。

5.如权利要求2所述的一种超高强工程机械用钢Q890D的生产方法，其特征在于：所述回火处理，回火温度=650±10℃，保温时间=3.0±0.2min/mm。