CN113235009B - 一种经济型690MPa级高强钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种经济型690MPa级高强钢板及其制备方法，所述高强钢板包含下述质量分数的化学成分：C：0.17%～0.20%，Si：0.25～0.40%，Mn：1.35%～1.50%，P≤0.020%，S≤0.015%，Als：0.020～0.040%，Cr：0.20%～0.30%，Nb：0.010%～0.020%，Ti：0.015～0.025%，B：0.0015～0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质；且满足Mn+Cr≥1.60%，CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.50%；本发明经济型高强钢板的屈服强度≥690Mpa，抗拉强度范围770～900MPa，断后伸长率≥15%，‑20℃的夏氏冲击功（纵向）KV2≥80J，钢板焊接性能较好，适用于市面上非特种要求的大多数工程机械高强度结构钢件的制作。

Description

一种经济型690MPa级高强钢板及其制备方法
技术领域
本发明涉及高强度结构钢制造技术领域，具体涉及一种经济型690MPa级高强钢板及其制备方法。
背景技术
随着国内钢结构产业、工程机械、矿石机械等行业蓬勃发展，起重机、挖掘机、悬臂吊车等工程机械向大型化、高强化发展，其中屈服强度690Mpa级高强钢板以较好的强韧匹配深受用户青睐，应用广泛市场需求量大，钢铁行业对该级别钢的研究颇多，国内较多钢企具备该级别钢的生产能力，市场竞争日益激烈。随国际贸易市场影响，炼钢所需大宗原材料价格波动较大，2020年铁矿石、废钢的采购成本出现了2200元/吨提高至3000元/吨的陡坡式增幅，大幅提高了钢材产品的生产成本。然而，高强钢属于高附加值产品，市场定价较稳定，较大影响了钢企的盈利能力。
现有技术中，国内已有部分钢企研发出同类降本型Q690级高强钢，但主要采用低C设计+在线TMCP替代传统离线淬火实施降本，该工艺成分设计经常难以避开包晶反应区浇注时易产生表面裂纹，不利于坯料热装，另外该类型工艺最终组织往往以贝氏体为主，钢板韧性好，韧性富余量较大，但钢板强度偏低，往往还需添加较多的Mn、Nb、V、Mo等合金强化基体组织，变相的增加了合金成本，降本幅度较小。
在本发明专利之前，中国专利申请号为200710094178.7，发明名称为“一种屈服强度690Mpa级低裂纹敏感性钢板及其制备方法”，其钢板的化学成分组成及质量百分含量为：C：0.03～0.06％，Si：0.05～0.40％，Mn：1.30～2.00％，Cr：0.05～0.15％，Mo：0.10～0.25％，Nb：0.030～0.080％，V：0.040～0.120％，Al：0.020～0.040％，Ti：0.004～0.030％，B：0.0010～0.0020％，其余为Fe及不可避免杂质，且满足焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.20％。该钢屈服强度大于690Mpa，抗拉强度大于770Mpa，夏氏冲击功Akv(-20℃)≥150J。其成分为低碳设计，贵重合金Mo、Nb、V等含量多，合金价格高、量多成本高，在高强钢市场低迷时竞争力弱。
另一项中国专利申请号为201010186720.3，发明名称为“一种经济型屈服强度690Mpa级高强钢板及其制造方法”，该钢板包含的成分及其重量百分比分别为：C：0.085～0.12％，Si：0.20～0.60％，Mn：1.92～2.50％，Nb：0.02～0.07％，V：0.02～0.07％，B：0.0006～0.0025％，Al：0.010～0.060％，Ti：0.01～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。通过轧制轧制和强化型加速冷却技术，获得细化贝氏体板条为基体的组织，使钢板具备屈服强度大于690Mpa，抗拉强度大于770Mpa，具有良好的低温冲击韧性。该产品生产设计时C位于包晶钢裂纹易发区，浇注时易产生表面裂纹不利于铸坯热送。另外该钢加入了Nb、V贵重合金，增加了合金成本。因C含量偏低，无Cr、Mo等淬透性元素加入，钢板冷却时获得马氏体能力受限，为弥补贝氏体组织强度不足需加入较多的Mn进行强化，增加了Mn合金成本。同时Mn含量较高时易加重偏析程度，对钢板心部性能不利。
随着我国工程机械、矿石机械等行业蓬勃发展，起重机、挖掘机、悬臂吊车用钢的需求量不断增加，市场竞争日益激烈，用户对高强钢板的质量和性价比提出了更高的要求，在保证产品质量达标的前提下要钢企不断的降低生产成本，提高高强钢产品的市场竞争力。为此，本发明提出了一种经济型690MPa级高强结构钢板，较国内已有同级别高强钢成本更低，市场竞争力强，可满足市面上非特种要求的大多数工程机械高强度结构钢件的制作需求。
发明内容
本发明的目的就是提供一种经济型690MPa级高强钢板及其制备方法，通过对钢采取高C低合金成分降本、氩站处理取代LF工序降本、铸坯热送热装能耗降本、轧制提速降本、DQ强冷取代离线淬火工序降本和叠板回火增效降本等一系列新型工艺控制，得到一种以马氏体位向为主的细小均匀组织，实现钢板满足GB/T16270-2009高强钢标准中Q690级钢板性能要求。
本发明的一种经济型690MPa级高强钢板，所述高强钢板包含下述质量分数的化学成分：C：0.17％～0.20％，Si：0.25～0.40％，Mn：1.35％～1.50％，P≤0.020％，S≤0.015％，Als：0.020～0.040％，Cr：0.20％～0.30％，Nb：0.010％～0.020％，Ti：0.015～0.025％，B：0.0015～0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质；
且上述元素含量必须同时满足如下关系：
Mn+Cr≥1.60％，
CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.50％。
优选地，本发明的一种经济型690MPa级高强钢板，所述高强钢板包含下述质量分数的化学成分：C：0.17％～0.20％，Si：0.28～0.37％，Mn：1.37％～1.46％，P≤0.020％，S≤0.015％，Als：0.022～0.038％，Cr：0.20％～0.30％，Nb：0.012％～0.019％，Ti：0.018～0.024％，B：0.0018～0.0021％，其余为Fe和不可避免的杂质；
且上述元素含量必须同时满足如下关系：
Mn+Cr≥1.60％，
CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.50％。
本发明所述高强钢板的屈服强度≥690Mpa，抗拉强度范围770～900MPa，断后伸长率≥15％，-20℃的纵向夏氏冲击功KV2≥80J。
本发明的一种经济型690MPa级高强钢板的制备方法，包括转炉冶炼→氩站处理→真空脱气→浇注→铸坯热送加热→轧制→DQ强冷→热处理，其中：
(1)转炉冶炼：终点控制[C]0.08～0.14％，[P]≤0.018％，出钢温度1660～1680℃；
(2)氩站处理：出钢过程中加入铝丸2.0～3.5kg/t钢脱氧，加入活性石灰4.0～5.3kg/t钢，为缩短化渣时间，氩站加入2～3t精炼铸余渣，吹氩总时间≥15min；其中前3分钟开启强吹氩模式，第4～10分钟改用中强度吹氩模式，确保钢液面氩花直径150～200mm，第11～15min采用软吹氩模式，此时钢液面有搅动但无氩花翻腾特征；
(3)真空脱气：RH处理≤67Pa高真空条件下，保压时间≥15min/炉，出站[N]≤40PPm，[H]≤1.5PPm；
(4)浇注：浇注时进行电磁搅拌和动态轻压下处理，坯料分切后及时热送加热炉装炉；
(5)铸坯热送加热：铸坯入炉温度400～700℃；均热段温度为1220～1270℃，均热时间按H-5min控制，加热速率为7～9min/cm，出炉温度为1180～1220℃，所述H是以厘米为单位的铸坯厚度值；
(6)轧制：采用高温组批微控轧工艺，单道次压下率10～20％，中间待坯厚度为成品厚度的2～3倍，二阶段开轧温度≤980℃，终轧温度880±30℃，坯料总压缩比≥6.0；
(7)DQ强冷：钢板轧制后直接进行DQ在线强冷，开冷温度810±30℃，辊速控制0.9～1.0m/s，冷却速率25～50℃/S，强冷后返红温度≤200℃；
(8)热处理：钢板DQ强冷后采用叠板回火工艺，将相近规格2～3块钢板堆叠整齐后入炉加热，且堆叠高度≤80mm，回火温度540±5℃，保温时间20min。
本发明所述精炼铸余渣为经LF或RH精炼处理浇注后产生的高温液态渣，其有效物质含量为：[CaO]：40～55％，[Al2O3]≥15％，渣碱度R≥3.5。
本发明所述高强钢板的成品厚度为16～40mm，铸坯厚度优选为200或250mm，且铸坯厚度大于成品厚度的6倍及以上。
以下详述本发明中化学成分限定量的理由：
C：C是提高钢材强度最有效的元素，随着C含量的增加，钢中Fe3C增加，淬硬性也增加，钢的抗拉强度和屈服强度提高。但是，增加钢中C含量，会增加钢板组织偏析程度，恶化钢的韧性和焊接性能，考虑到GB/T16270-2009高强钢标准要求，本发明设计时避开[C]0.08～0.12％包晶区连铸浇注液面波动易发裂纹区，为后续铸坯热送热装打下基础，将钢的C含量控制在0.17～0.20％范围，最大限度提高钢板淬透性，有效降低或取代添加其他淬透性元素含量，达到合金降本目的。
Si：Si与碳的亲和力很弱，在钢中不与碳化合，但能溶入铁素体，产生固溶强化作用，使得铁素体的强度和硬度提高，但塑性和韧性却有所下降。当Si含量增大时，会促进岛状马氏体形成，恶化高强钢焊接HAZ的低温韧性，本发明优选的将Si含量设定为0.20～0.40％。
Mn：Mn是重要的强韧化元素，是奥氏体稳定化元素，能扩大铁碳相图中的奥氏体区，促进中温组织转变。较高含量的Mn极易在钢中产生严重的中心偏析，恶化钢的低温韧性，焊接时钢板HAZ容易产生裂纹，对于得到本发明钢的力学性能来讲，也是不必要的，而太低的Mn则容易降低钢的强度。本发明优选的将Mn含量设定在1.35～1.50％。
P，S：P在钢中具有容易造成偏析、恶化焊接性能、限制降低钢的冲击韧性、提高韧脆转变温度等不利影响。对冷态加工不利。因此，本发明中，应尽量减少P、S元素对钢性能的不利影响，但P、S含量控制低，会大幅增加转炉吹炼难度，提高钢铁料消耗，当S含量控制在0.010％以下时，氩站处理不经过LF脱硫时难以控制，考虑到设计的强度和韧性富余量，因而将其控制在P≤0.020％，S≤0.015％，达到降工序降钢耗的目的。
Als：Al是强脱氧元素，通常以Als含量表示在钢的脱氧程度，提高钢水纯净度。另外本发明中加入了Ti合金，Ti与氧亲和力很强，只有在充分脱氧的条件下才能加入并得到有效钛，因此本发明Als的含量范围控制在0.020～0.040％。
Cr：Cr有很强的固溶强化作用，还可以有效提高组织稳定性，另外，作为一种廉价元素，Cr的加入能够在保证材料性能的同时显著降低生产成本，但Cr含量过高会使碳当量增加，本发明Cr主要考虑提高淬透性和钢板强度补充，优选的将Cr含量设定为0.20～0.30％。
Nb：铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温轧制。铌还可以抑制奥氏体晶粒长大，具有显著地细晶强化和析出强化作用，大大弥补强度的不足，但含量过高会严重恶化钢的冲击韧性，不利于冷态加工，本发明主要利用Nb弥补强度不足的细化晶粒作用，其含量的控制范围在0.010～0.020％。
Ti：Ti元素可以起到弥散强化和细化晶粒的作用，可以抑制高温区晶粒长大，阻碍高温加热时奥氏体粗化，当含量较多时易形成大颗粒TiN析出物严重恶化低温冲击韧性，本发明中Ti控制含量0.015～0.025％。
B：B在钢中以间隙原子的形式存在，在钢中的溶解度很小，B能推迟铁素体和珠光体的形成，在快速淬火时有利于马氏体形成，淬透性能力极强，当B含量过高时，则会导致晶界能量过低形成硼脆。本发明B的含量控制范围0.0015～0.0025％。
本发明中，Mn和Cr都是强韧化和提高淬透性元素，能提高奥氏体稳定性，在C含量＞0.12％强冷时，易跳过铁素体、珠光体转变形成贝氏体或马氏体高硬组织。本发明控制当[C]0.17～0.20％时，Mn+Cr≥1.60％，可有效提高钢板的淬透性，达到取得Mo等强淬透元素的目的。
CEV：碳当量CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，是评价钢材焊接性能的一个重要指标，CEV低有利于钢材的焊接性能但不利于在淬火时形成高强度的马氏体组织，CEV过高虽有利于超高强钢板马氏体组织的形成，但却会恶化钢材的焊接性能，本发明为得到焊接性能较好的高强结构钢件，碳当量不宜过高，CEV按≤0.50％控制。
以下详述本发明高强钢板的工艺及工艺参数设定理由：
(1)转炉冶炼，终点控制[C]0.08～0.14％，[P]≤0.018％，出钢温度1660～1680℃。本发明充分考虑高C出钢时钢水渣黏度高易钢渣混出增加钢耗，C含量过低会加重钢水过氧，增加脱氧合金消耗。另外，出钢温度设定主要考虑到出钢、氩站、真空处理过程温降；
(2)氩站处理，出钢过程中加入铝丸2.0～3.5kg/t钢脱氧，加入活性石灰4.0～5.3kg/t钢，为缩短化渣时间，氩站应加入2～3t精炼铸余渣，吹氩总时间≥15min。其中前3分钟开启强吹氩模式，用于加速融化合金和化渣；第4～10分钟改用中强度吹氩模式，确保钢液面氩花直径150～200mm，该阶段为有效脱硫期，用于在化渣良好时适当提高钢液循环流速，加速钢渣界面脱硫反应，第11～15min采用软吹氩模式，此时钢液面有搅动但无氩花翻腾特征，该阶段主要作用为调温和均匀成分，防止钢水与空气接触二次过氧；另外，加入的精炼铸余渣为高温液态渣，渣中CaO含量较多达40％以上，碱度R≥3.5，通过加入2～3吨该渣系能有效利用渣中CaO，减少氩站造渣剂活性石灰加入量，同时加入的精炼渣温度高为液态渣，可减少加入固态石灰化渣时间，达到早成渣早化渣提高精炼能力的效果，然渣中CaO含量过高会导致碱度升高，不利于钢渣流动性，减弱渣的精炼能力，故限制轧制渣中CaO含量40～55％为宜，同时渣中适量的Al2O3能形成脱S能较强的硅酸铝钙系渣系，有利于提高渣的去夹杂能力。
(3)真空脱气，RH处理≤67Pa高真空条件下，保压时间≥15min/炉，出站[N]≤40PPm，[H]≤1.5PPm；当RH高真空保压时间≥10min时，实测140t钢水干净循环周期可达3～5次，钢中[H]≤2.0PPm，当保压时间延长至15min/炉时，钢中[H]可达≤1.5PPm水平，该钢精简了LF工序，转炉出钢温度较高，为便于操作控制，钢水P、S夹杂设计时要求不算苛刻，RH处理时应按强脱气处理，尽量提高钢质纯净度；
(4)浇注，浇注时进行电磁搅拌和动态轻压下处理，坯料分切后及时热送加热炉装炉；动态轻压下是为了在连续过程中获得无缺陷铸坯，在连铸坯液相穴末端施加一定的压下量，弥补铸坯冷却收缩内部形成的间隙，得到更加均匀致密的凝固铸坯组织；电磁搅拌系统是通过产生的电磁力，对铸坯内未凝固的液相产生搅拌流动，均匀成分和温度，优化合金元素的分布，避免合金元素聚集，提高铸坯的等轴晶率，得到良好凝固组织的铸坯，从而改善铸坯质量；
(5)铸坯热送加热，根据铸坯入炉温度，以400℃为基准，坯料温度400～700℃范围内每提高20℃降低总加热时间1min；均热段温度为1220～1270℃，均热时间按(坯厚/cm)-5min控制，加热速率为7～9min/cm，出炉温度为1180～1220℃；本发明的热装工艺设计时成功避开铸坯第三脆性区AC1低温珠光体转变温度735℃，并考虑热装时入炉加热速率影响，入炉温度不宜过低，故选择热装温度400～700℃；另外均热温度设计充分发挥了Ti元素在高温均热段晶界析出阻碍奥氏体晶粒粗化的作用，加速其他元素固溶速率，实现较短时间内达到均热烧钢的目的；
(6)轧制，采用高温组批微控轧工艺，单道次压下率10～20％，中间待坯厚度为成品厚度的2～3倍，二阶段开轧温度≤980℃，终轧温度880±30℃，坯料总压缩比≥6.0；本发明的轧制是通过大压下量二阶段高温微控轧轧制，中间待坯厚度设定主要考虑到精整阶段厚度精度控制和奥氏体晶粒细化拉长，为后续DQ强冷提供足够多的形核点；二阶段开轧温度的设定主要依据为该成分条件下奥氏体再结晶温度Tnr为依据，尽量提高开轧温度但要减少混晶轧制；终轧温度的设定一方面为命中DQ开冷温度打下基础，使得钢板入水冷却前基体保持奥氏体组织，另一方面较高的二阶段开轧温度可缩短钢板待温时间，提高轧制效率；此外，设计较大的铸坯总压缩比，可进一步细化奥氏体晶粒，弥补因细晶元素不足引起的强度偏低问题；
(7)DQ强冷，钢板轧制后直接进行DQ在线强冷，开冷温度810±30℃，辊速控制0.9～1.0m/s，冷却速率25～50℃/S，强冷后返红温度≤200℃；开冷温度的设定主要考虑到当钢板温度过高时可能产生钢板心部返热发生奥氏体晶粒再结晶粗化，开冷温度过低时可能发生铁素体相变形成软相铁素体组织，对DQ强冷形成马氏体/贝氏体组织不利；另外采用加大的冷速以提高马氏体转变过冷度，可增加相变驱动力，获得更致密的形核率；考虑到钢板厚度40mm时国内大部分DQ设备冷却能力，终冷返红温度设计在≤200℃为宜；
(8)热处理，钢板DQ强冷后采用叠板回火工艺，将相近规格2～3块钢板堆叠整齐后入炉加热，且堆叠高度≤80mm，回火温度540±5℃，保温时间20min；通过控制堆叠钢板高度，可确保上表钢板不过烧，堆叠上、中、下部分钢板温度差异小，确保钢板回火工艺命中；另外回火温度的设计主要为消除马氏体位错形成位向组织，消除内应力，通过位错溶解程度调节钢板的强韧匹配，得到强度适中、韧性良好的高强钢板；本发明的钢板入炉前通过靠尺堆齐可实现叠板入炉，较传统单块回火工艺可提高1倍以上作业效率。
本发明相对现有690MPa级高强钢板及其生产工艺，具有以下优点：
(1)采用较高的C含量设计，可避开包晶裂纹易发区浇注，实现铸坯热装，C含量设计达GB/T16270-2009标准Q690级钢C含量允许上限，能最大限度提高钢板强度，大幅降低或取代高淬透贵重合金添加量，达到降低合金成本的目的；
(2)本发明的氩站处理可替代传统的LF炉精炼效果，DQ在线强冷替代了离线淬火，叠板回火工艺提高了传统单板回火的生产效率，达到三大工序降本的目的；
(3)铸坯采用热装热送工艺装炉，热送入炉温度400～700℃，该热送范围内，每提高20℃降低钢板在炉时间1min，有效利用了铸坯预热，可降低加热炉能耗成本；
(4)铸坯加热过程中，加热炉均热温度设计较高1245±25℃，出炉温度1200±20℃，均热段保温时间设计较短(坯厚/cm-5)min；可一定程度提高加热炉生产效率，缓解单加热炉烧钢、快轧制节奏引起的加热能力不足问题；
(5)轧制采用高温组批微控轧工艺，待温时间较短，轧制效率(单机架轧机)可达14～16块/h，较普通控轧(12～14块/h)可提高近15％轧制效率；另外，DQ在线强冷替代传统离线淬火工艺，不仅可以降低离线淬火工序成本，还能简化生产工序，缩短钢板交货周期；
(6)本发明在钢板DQ强冷后采用叠板回火处理，回火时将尺寸相近的2～3块钢板堆叠整齐入炉加热，较传统单块入炉工艺可提高1倍以上作业效率；
(7)本发明钢板的成品厚度为16～40mm，铸坯厚度不小于成品厚度的6倍，保证了强度的前提下，还保证了晶粒细度，并且可满足国内绝大部分DQ设备在线淬火的冷却能力，制得的钢板强度适中、韧性焊接性好，市场适应度高，生产成本低，市场竞争力强。
本发明钢采用提C降合金、氩站处理替代LF精炼、坯料红送工艺、提速微控轧工艺、DQ强冷和叠板回火工艺，实现逐级降低生产成本，并能得到较均匀、细小的马氏体位向为主的基体组织，使钢的强度、塑性和韧性能满足GB/T16270-2009高强钢标准要求，性能富余量适中。
本发明钢具有合金成本低，生产工序简单，工序成本低，交货期短、钢板强度适中、韧性焊接性较好等优势，适用于市面上非特种要求的大多数工程机械高强度结构钢件的制作，市场竞争成本优势明显，前景广阔。
具体实施方式
为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。下述各实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
下表1为本发明各实施例及对比例的化学成分取值列表；
下表2为本发明各实施例及对比例的加热和轧制工艺条件；
下表3为本发明各实施例及对比例的轧制、DQ冷却和热处理工艺条件；
下表4为本发明实施例及对比例的主要力学性能试验结果列表。
本发明各实施例的一种经济型690MPa级高强钢板，所述高强钢板包含下述质量分数的化学成分：C：0.17％～0.20％，Si：0.25～0.40％，Mn：1.35％～1.50％，P≤0.020％，S≤0.015％，Als：0.020～0.040％，Cr：0.20％～0.30％，Nb：0.010％～0.020％，Ti：0.015～0.025％，B：0.0015～0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质；
且上述元素含量必须同时满足如下关系：
Mn+Cr≥1.60％，
CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.50％。
本发明各实施例的一种经济型690MPa级高强钢板的制备方法，包括转炉冶炼→氩站处理→真空脱气→浇注→铸坯热送加热→轧制→DQ强冷→热处理，其中：
(1)转炉冶炼：终点控制[C]0.08～0.14％，[P]≤0.018％，出钢温度1660～1680℃；
(2)氩站处理：出钢过程中加入铝丸2.0～3.5kg/t钢脱氧，加入活性石灰4.0～5.3kg/t钢，为缩短化渣时间，氩站加入2～3t精炼铸余渣，吹氩总时间≥15min；其中前3分钟开启强吹氩模式，第4～10分钟改用中强度吹氩模式，确保钢液面氩花直径150～200mm，第11～15min采用软吹氩模式，此时钢液面有搅动但无氩花翻腾特征；
(3)真空脱气：RH处理≤67Pa高真空条件下，保压时间≥15min/炉，出站[N]≤40PPm，[H]≤1.5PPm；
(4)浇注：浇注时进行电磁搅拌和动态轻压下处理，坯料分切后及时热送加热炉装炉；
(5)铸坯热送加热：铸坯入炉温度400～700℃；均热段温度为1220～1270℃，均热时间按H-5min控制，加热速率为7～9min/cm，出炉温度为1180～1220℃，所述H是以厘米为单位的铸坯厚度值；
(6)轧制：采用高温组批微控轧工艺，单道次压下率10～20％，中间待坯厚度为成品厚度的2～3倍，二阶段开轧温度≤980℃，终轧温度880±30℃，坯料总压缩比≥6.0；
(7)DQ强冷：钢板轧制后直接进行DQ在线强冷，开冷温度810±30℃，辊速控制0.9～1.0m/s，冷却速率25～50℃/S，强冷后返红温度≤200℃；
(8)热处理：钢板DQ强冷后采用叠板回火工艺，将相近规格2～3块钢板堆叠整齐后入炉加热，且堆叠高度≤80mm，回火温度540±5℃，保温时间20min。
本发明所述精炼铸余渣为经LF或RH精炼处理浇注后产生的高温液态渣，其有效物质含量为：[CaO]：40～55％，[Al2O3]≥15％，渣碱度R≥3.5。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分取值列表(wt，％)
Figure GDA0003102816570000121
表2本发明各实施例及对比例的加热和轧制工艺条件
Figure GDA0003102816570000131
表3本发明各实施例及对比例的轧制、DQ冷却和热处理工艺条件
Figure GDA0003102816570000132
表4本发明实施例及对比例的主要力学性能试验结果列表
Figure GDA0003102816570000133
从表1～4中可以看出，对比例1采用低碳加Mo设计，坯料冷装入炉加热，加热总时间较长，轧后采用ACC强冷形成贝氏体为主的基体组织，钢板韧性富余量大，但强度降低；对比例2中P、S元素含量较高，轧制热处理后钢板延伸和韧性较低；对比例3中未加入B强化，采用离线淬火工艺生产，钢板强度降低。本发明通过在成分设计上采用高C微B、不添加Mo、Ni、V，适当控制Mn+Cr总含量，添加一定量的Si、Nb、Ti等，经过转炉冶炼、氩站处理、真空脱气、浇注及铸坯红送加热、轧制、DQ冷却、叠板回火等一系列工艺处理，得到较细小的马氏体位向为主的均匀组织，钢板进行常温拉伸试验、纵向冲击试验，其结果为：所述钢板常温下的屈服强度ReL≥690MPa，抗拉强度Rm770～900MPa，断后伸长率A≥15％，-20℃的纵向冲击功KV2≥80J，性能指标可满足GB/T16270-2009标准对应钢级要求。该钢合金成本、工序成本较低，强度、延展性和冲击韧性富余量适中，并具有较好的焊接性能，适合690Mpa级常规工程机械结构件制作，市场竞争力强。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种经济型690MPa级高强钢板，其特征在于所述高强钢板包含下述质量分数的化学成分：C：0.17%～0.20%，Si：0.25～0.40%，Mn：1.35%～1.50%，P≤0.020%，S≤0.015%，Als：0.020～0.040%，Cr：0.20%～0.30%，Nb：0.010%～0.020%，Ti：0.015～0.025%，B：0.0015～0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质；
且上述元素含量必须同时满足如下关系：
Mn+Cr≥1.60%，
CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.50%；
所述的一种经济型690MPa级高强钢板的制备方法，包括转炉冶炼→氩站处理→真空脱气→浇注→铸坯热送加热→轧制→DQ强冷→热处理，其中：
（1）转炉冶炼：终点控制[C]0.08～0.14%，[P]≤0.018%，出钢温度1660～1680℃；
（2）氩站处理：出钢过程中加入铝丸2.0～3.5kg/t钢脱氧，加入活性石灰4.0～5.3kg/t钢，为缩短化渣时间，氩站加入2～3t精炼铸余渣，吹氩总时间≥15min；其中前3分钟开启强吹氩模式，第4～10分钟改用中强度吹氩模式，确保钢液面氩花直径150～200mm，第11～15min采用软吹氩模式，此时钢液面有搅动但无氩花翻腾特征；
（3）真空脱气：RH处理≤67Pa高真空条件下，保压时间≥15min/炉，出站[N]≤40PPm，[H]≤1.5PPm；
（4）浇注：浇注时进行电磁搅拌和动态轻压下处理，坯料分切后及时热送加热炉装炉；
（5）铸坯热送加热：铸坯入炉温度400～700℃；均热段温度为1220～1270℃，均热时间按H-5min控制，加热速率为7～9min/cm，出炉温度为1180～1220℃，所述H是以厘米为单位的铸坯厚度值；
（6）轧制：采用高温组批微控轧工艺，单道次压下率10～20%，中间待坯厚度为成品厚度的2～3倍，二阶段开轧温度≤980℃，终轧温度880±30℃，坯料总压缩比≥6.0；
（7）DQ强冷：钢板轧制后直接进行DQ在线强冷，开冷温度810±30℃，辊速控制0.9～1.0m/s，冷却速率25～50℃/S，强冷后返红温度≤200℃；
（8）热处理：钢板DQ强冷后采用叠板回火工艺，将相近规格2～3块钢板堆叠整齐后入炉加热，且堆叠高度≤80mm，回火温度540±5℃，保温时间20min。
2.根据权利要求1所述的一种经济型690MPa级高强钢板，其特征在于：所述高强钢板包含下述质量分数的化学成分：C：0.17%～0.20%，Si：0.28～0.37%，Mn：1.37%～1.46%，P≤0.020%，S≤0.015%，Als：0.022～0.038%，Cr：0.20%～0.30%，Nb：0.012%～0.019%，Ti：0.018～0.024%，B：0.0018～0.0021%，其余为Fe和不可避免的杂质；
且上述元素含量必须同时满足如下关系：
Mn+Cr≥1.60%，
CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.50%。
3.根据权利要求1所述的一种经济型690MPa级高强钢板，其特征在于：所述高强钢板的屈服强度≥690Mpa，抗拉强度范围770～900MPa，断后伸长率≥15%，-20℃的纵向夏氏冲击功KV2≥80J。
4.如权利要求1或2或3所述的一种经济型690MPa级高强钢板的制备方法，包括转炉冶炼→氩站处理→真空脱气→浇注→铸坯热送加热→轧制→DQ强冷→热处理，其特征在于：
（1）转炉冶炼：终点控制[C]0.08～0.14%，[P]≤0.018%，出钢温度1660～1680℃；
（2）氩站处理：出钢过程中加入铝丸2.0～3.5kg/t钢脱氧，加入活性石灰4.0～5.3kg/t钢，为缩短化渣时间，氩站加入2～3t精炼铸余渣，吹氩总时间≥15min；其中前3分钟开启强吹氩模式，第4～10分钟改用中强度吹氩模式，确保钢液面氩花直径150～200mm，第11～15min采用软吹氩模式，此时钢液面有搅动但无氩花翻腾特征；
（3）真空脱气：RH处理≤67Pa高真空条件下，保压时间≥15min/炉，出站[N]≤40PPm，[H]≤1.5PPm；
（4）浇注：浇注时进行电磁搅拌和动态轻压下处理，坯料分切后及时热送加热炉装炉；
（5）铸坯热送加热：铸坯入炉温度400～700℃；均热段温度为1220～1270℃，均热时间按H-5min控制，加热速率为7～9min/cm，出炉温度为1180～1220℃，所述H是以厘米为单位的铸坯厚度值；
（6）轧制：采用高温组批微控轧工艺，单道次压下率10～20%，中间待坯厚度为成品厚度的2～3倍，二阶段开轧温度≤980℃，终轧温度880±30℃，坯料总压缩比≥6.0；
（7）DQ强冷：钢板轧制后直接进行DQ在线强冷，开冷温度810±30℃，辊速控制0.9～1.0m/s，冷却速率25～50℃/S，强冷后返红温度≤200℃；
（8）热处理：钢板DQ强冷后采用叠板回火工艺，将相近规格2～3块钢板堆叠整齐后入炉加热，且堆叠高度≤80mm，回火温度540±5℃，保温时间20min。
5.根据权利要求4所述的一种经济型690MPa级高强钢板的制备方法，其特征在于：所述精炼铸余渣为经LF或RH精炼处理浇注后产生的高温液态渣，其有效物质含量为：[CaO] ：40~55%，[Al2O3]≥15%，渣碱度R≥3.5。
6.根据权利要求4所述的一种经济型690MPa级高强钢板的制备方法，其特征在于：所述高强钢板的成品厚度为16～40mm，铸坯厚度为200或250mm，且铸坯厚度大于成品钢板厚度的6倍及以上。
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