CN114107805B - 一种大厚度调质q690e/f高强钢及其制造方法 - Google Patents

一种大厚度调质q690e/f高强钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种大厚度调质Q690E/F高强钢板及其制造方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制及冷却和热处理步骤；钢板组分百分含量：C：0.11‑0.14，Si：0.25‑0.4，Mn：1.4‑1.55，P≤0.015，S≤0.003，Al：0.015‑0.035，Nb：0.020‑0.035，Ni：0.4‑0.5，B：0.0008‑0.0025，Ti：0.008‑0.02，Cr：0.4‑0.45，Mo：0.4‑0.5，Cu：0.25‑0.35,N≤0.0030，H≤0.00015，余量为Fe。该钢板具有较高的强度和良好的低温韧性、优异的耐大气腐蚀性能，可用于工程机械、矿山开采、海洋平台等领域。

Description

一种大厚度调质Q690E/F高强钢及其制造方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种大厚度调质Q690E/F 高强钢及其制造方法。
背景技术
高强度钢是一种资源节约型同时也是一种技术含量高、附加值高的产品，Q690及以上等级的高强钢在工程机械、矿山开采、起重矿车、海洋平台等方面得到了大力应用，具有结构简单、自重轻、安全性高、承载能力大、服役时间较长等特点。对于大厚度高强钢均应用于关键部位，对于大型构件的结构起到至关重要的作用，国内很多钢厂均在研究大厚度的Q690及以上高强钢的生产工艺，但对于≥100mm厚度的调质Q690级高强钢研究较少，满足强度同时具有良好的低温韧性兼具优异的耐大气腐蚀性能更是微乎其微。
专利“一种超低碳当量大厚度Q690D高强钢的生产方法”（申请号：CN 106756544B），出钢温度为1180-1200℃，在炉时间为300-400分钟，二阶段开轧温度≤880℃，终轧温度840-860℃，淬火温度900-920℃，在炉时间220-235min，回火温度600-620℃，在炉时间270-320min，通过以上工艺获得超低碳当量大厚度高强钢，该专利钢板厚度最厚只有100mm，且冲击只能达到D级。
专利“一种低碳当量大厚度Q690E级高强钢板及其生产方法”（申请号：CN109988968 B），C-Mn-Cr-Ni-Mo-Nb-Ti-V-B成分设计，经控轧控冷及离线调质热处理工艺获得低碳当量大厚度Q690E,该成分中加入0.7-0.9%的Ni，成本大幅增加，另外该专利钢板厚度最厚只有100mm，冲击只能达到E级。
专利“一种调质高强度Q690E特厚板的生产方法”（申请号：CN 103556061 A），采用高温加热及温度梯度、大压下快速轧制生产100-120mm调质高强度Q690E特厚钢板，但其冲击只能达到E级，且该钢板不具备耐大气腐蚀性能。
专利“一种高横纵向冲击比值大厚度Q690E高强钢生产方法”（申请号：CN106282774 A），采用C-Mn-Cr-Ni-Mo-Nb-Ti-V-B成分设计，经过离线调质热处理工艺获得高的横纵向冲击比值Q690E，但该专利钢板厚度最厚只有100mm，且冲击只能达到E级。
综上，现有技术中，大厚度调质Q690E/F 高强钢，没有在具备高强度的同时，还兼具耐大气腐蚀性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大厚度调质Q690E/F级高强钢板，同时本发明还提供了一种大厚度厚调质Q690E/F及高强钢板的生产方法，通过合理成分、冶炼控制及控轧控冷+热处理工艺配合，生产出一种100-120mm特厚规格钢板，强度超过Q690钢级要求，且具有良好的低温韧性同时兼具优异的耐大气腐蚀性能。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种大厚度调质Q690E/F高强钢板，其特征在于：包括如下质量百分含量的各组分：C：0.11-0.14%，Si：0.25-0.4%，Mn：1.4-1.55%，P≤0.015%，S≤0.003%，Al：0.015-0.035%，Nb：0.020-0.035%，Ni：0.4-0.5%，B：0.0008-0.0025%，Ti：0.008-0.02%，Cr：0.4-0.45%，Mo：0.4-0.5%，Cu：0.25-0.35%, N≤0.0030%，H≤0.00015%,余量为Fe和不可避免的杂质，其中，CEV≤0.60%。
进一步的，所述钢板耐大气腐蚀指数为I，且I≥6.68。
本发明还公开了一种大厚度调质Q690E/F高强钢板的制造方法，其特征在于：包括冶炼步骤、连铸步骤、加热步骤、轧制及冷却步骤和热处理步骤，其中：
1）冶炼：包铁水预处理→转炉冶炼→LF炉处理→RH真空处理；
在钢水冶炼过程中，控制P、S、N、H的含量，其质量百分含量为： P≤0.015%，S≤0.003%，N≤0.0030%，H≤0.00015%，LF精炼时间40-50min ，RH真空处理时间为12-18min；
2）连铸：控制过热度10-20℃，采用二冷电磁搅拌和凝固末端轻压下，328*2200mm规格铸坯浇铸过程中保持恒拉速，拉速范围为0.6m/min-0.8m/min，中心偏析C类≤1.0；
3）加热：加热段温度采用高温1230-1270℃，均热段温度控制在1210-1250℃，铸坯在加热炉内的总加热时间为280-320min，保证铸坯温度均匀；
4）轧制及冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺，第一阶段开轧温度为≥1000℃，累积压下率40-50%且末三道次的单道次压下率15-20%。第二阶段终轧温度为780-820℃，累计压下率为35-45%，末道次采用快速抛钢，抛钢速度2.7-3.2m/s，使钢板快速进入控冷区，避免晶粒长大，采用ACC控制冷却方式冷却，钢板终冷温度为600-640℃；
5）热处理：淬火加热温度为890-910℃，升温速率为1.5min/mm，在炉时间为230-260min；回火温度为610-630℃，升温速率2.5min/mm，在炉时间310-360min。
进一步的：制备的钢板，屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率≥17%，-40℃横向冲击功≥150J， -60℃横向冲击功≥120J；显微组织为回火索氏体，晶粒度在10级。
进一步的：所述钢板的探伤结果满足NB/T 47013-2015标准I级要求。
进一步的：所述的CEV=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15， 所述的I=26.01（%Cu）+3.88（%Ni）+1.20（%Cr）+1.49（%Si）+17.28（%P）－7.29（%Cu）（%Ni）－9.10（% Ni）（% P）－33.39（%Cu）2。
本发明的优点在于：
1、通过合理的成分体系设计，通过最优的控轧控冷及热处理工艺，所生产100-120mm厚度的Q690E及Q690 F钢板，各力学性能指标均达到国标GB/T 16270-2009标准要求，其实际生产钢板可达到屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率≥17%，-40℃横向冲击功≥150J ，-60℃横向冲击功≥120J；
2、该发明所生产的100-120mmQ690E/F钢板不仅具有良好的强度和韧性，同时兼具优异的耐大气腐蚀性能，耐大气腐蚀指数为I≥6.68；
3、钢板内部组织优良，满足探伤标准NB/T 47013-2015标准I级要求；
4、本发明所涉及钢板在工程机械、矿山开采、起重矿车、海洋平台等领域具有较好的应用前景。
附图说明
图1 实施例1所述的钢板典型微观组织。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的内容。
实施例1
一种大厚度调质Q690E/F级高强钢板厚度为100mm，钢板的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.11%，Si：0.4%，Mn：1.4%，P：0.009%，S：0.003%，Al：0.015%，Nb：0.035%，Ni：0.5%，B：0.0008%，Ti：0.008%，Cr：0.4%，Mo：0.5%，Cu：0.25%, N：0.002%，H:0.0015%,余量为Fe和不可避免的杂质，CEV=0.57%。
钢板的生产步骤及工艺参数为：
1、冶炼：LF精炼时间40min ，RH真空处理时间为15min；
2、连铸：过热度10℃，铸坯厚度为328mm，拉速为0.7m/min，中心偏析C类：无；
3、加热：加热段最高加热温度1230℃，均热段温度1220℃，铸坯在加热炉内的总加热时间280min；
4、轧制及冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺，第一阶段开轧温度为1050℃，累积压下率40%，末三道次的单道次压下率15%、18%、18%。第二阶段终轧温度为780℃，累计压下率为35%，末道次采用快速抛钢，抛钢速度3.2m/s，钢板终冷温度为640℃；
5、热处理：淬火加热温度为890℃，升温速率为1.5min/mm，在炉时间为230min；回火温度为620℃，升温速率2.5min/mm，在炉时间310min。
本实施例所得钢板力学性能：屈服强度760MPa，抗拉强度800MPa，延伸率18%，-40℃横向冲击功均值168J ，-60℃横向冲击功均值128J；耐大气腐蚀指数为I=6.6；钢板显微组织为回火索氏体（如图1），晶粒度10级（实施例2-6钢板显微组织图与图1类似，故省略）；标准按照NB/T 47013-2015标准探伤I级合格。
实施例2
一种大厚度调质Q690E/F级高强钢板厚度为110mm，钢板的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.12%，Si：0.38%，Mn：1.45%，P：0.010%，S：0.002%，Al：0.020%，Nb：0.025%，Ni：0.45%，B：0.0008%，Ti：0.02%，Cr：0.45%，Mo：0.4%，Cu：0.35%, N：0.001%，H:0.0014%,余量为Fe和不可避免的杂质，CEV=0.58。
钢板的生产步骤及工艺参数为：
1、冶炼：LF精炼时间45min ，RH真空处理时间为12min；
2、连铸：过热度12℃，铸坯厚度为328mm，拉速为0.7m/min，中心偏析C类：0.5；
3、加热：加热段最高加热温度1240℃，均热段温度1210℃，铸坯在加热炉内的总加热时间300min；
4、轧制及冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺，第一阶段开轧温度为1000℃，累积压下率42%，末三道次的单道次压下率16%、18%、18%。第二阶段终轧温度为790℃，累计压下率为38%，末道次采用快速抛钢，抛钢速度2.8m/s，钢板终冷温度为620℃；
5、热处理：淬火加热温度为900℃，升温速率为1.5min/mm，在炉时间为235min；回火温度为610℃，升温速率2.5min/mm，在炉时间320mi。
本实施例所得钢板力学性能：屈服强度770MPa，抗拉强度860MPa，延伸率17.5%，-40℃横向冲击功均值170J ，-60℃横向冲击功均值125J；耐大气腐蚀指数为I=6.8；标准按照NB/T 47013-2015标准探伤I级合格。
实施例3
一种大厚度调质Q690E/F级高强钢板厚度为120mm，钢板的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.13%，Si：0.35%，Mn：1.5%，P：0.008%，S：0.002%，Al：0.025%，Nb：0.028%，Ni：0.42%，B：0.0025%，Ti：0.01%，Cr：0.42%，Mo：0.42%，Cu：0.28%, N：0.002%，H:0.0012%,余量为Fe和不可避免的杂质，CEV=0.59。
钢板的生产步骤及工艺参数为：
1、冶炼：LF精炼时间48min ，RH真空处理时间为15min；
2、连铸：过热度18℃，铸坯厚度为328mm，拉速为0.7m/min，中心偏析C类：1.0；
3、加热：加热段最高加热温度1240℃，均热段温度1230℃，铸坯在加热炉内的总加热时间310min；
4、轧制及冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺，第一阶段开轧温度为1020℃，累积压下率48%，末三道次的单道次压下率18%、18%、19%。第二阶段终轧温度为790℃，累计压下率为42%，末道次采用快速抛钢，抛钢速度2.7m/s，钢板终冷温度为630℃；
5、热处理：淬火加热温度为905℃，升温速率为1.5min/mm，在炉时间为250min；回火温度为620℃，升温速率2.5min/mm，在炉时间350min。
本实施例所得钢板力学性能：屈服强度780MPa，抗拉强度890MPa，延伸率21%，-40℃横向冲击功均值180J ，-60℃横向冲击功均值140J；耐大气腐蚀指数为I=6.6；标准按照NB/T 47013-2015标准探伤I级合格。
实施例4
一种大厚度调质Q690E/F级高强钢板厚度为120mm，钢板的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.14%，Si：0.25%，Mn：1.55%，P：0.012%，S：0.002%，Al：0.035%，Nb：0.02%，Ni：0.4%，B：0.0015%，Ti：0.009%，Cr：0.4%，Mo：0.41%，Cu：0.3%, N：0.002%，H:0.0015%,余量为Fe和不可避免的杂质，CEV=0.60%。
钢板的生产步骤及工艺参数为：
1、冶炼：LF精炼时间46min ，RH真空处理时间为18min；
2、连铸：过热度17℃，铸坯厚度为328mm，拉速为0.7m/min，中心偏析C类：无；
3、加热：加热段最高加热温度1260℃，均热段温度1250℃，铸坯在加热炉内的总加热时间310min；
4、轧制及冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺，第一阶段开轧温度为1080℃，累积压下率50%，末三道次的单道次压下率15%、18%、20%。第二阶段终轧温度为820℃，累计压下率为43%，末道次采用快速抛钢，抛钢速度2.8m/s，钢板终冷温度为640℃；
5、热处理：淬火加热温度为900℃，升温速率为1.5min/mm，在炉时间为260min；回火温度为630℃，升温速率2.5min/mm，在炉时间360min。
本实施例所得钢板力学性能：屈服强度750MPa，抗拉强度815MPa，延伸率20%，-40℃横向冲击功均值150J ，-60℃横向冲击功均值120J；耐大气腐蚀指数为I=6.5；标准按照NB/T 47013-2015标准探伤I级合格。
实施例5
一种大厚度调质Q690E/F级高强钢板厚度为120mm，钢板的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.13%，Si：0.3%，Mn：1.52%，P：0.015%，S：0.002%，Al：0.03%，Nb：0.024%，Ni：0.41%，B：0.002%，Ti：0.011%，Cr：0.41%，Mo：0.42%，Cu：0.32%, N：0.003%，H:0.001%,余量为Fe和不可避免的杂质，CEV=0.59%。
钢板的生产步骤及工艺参数为：
1、冶炼：LF精炼时间50min ，RH真空处理时间为15min；
2、连铸：过热度20℃，铸坯厚度为328mm，拉速为0.7m/min，中心偏析C类：1.0；
3、加热：加热段最高加热温度1270℃，均热段温度1240℃，铸坯在加热炉内的总加热时间320min；
4、轧制及冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺，第一阶段开轧温度为1080℃，累积压下率50%，末三道次的单道次压下率16%、18%、20%。第二阶段终轧温度为800℃，累计压下率为45%，末道次采用快速抛钢，抛钢速度2.8m/s，钢板终冷温度为600℃；
5、热处理：淬火加热温度为910℃，升温速率为1.5min/mm，在炉时间为260min；回火温度为630℃，升温速率2.5min/mm，在炉时间360min。
本实施例所得钢板力学性能：屈服强度775MPa，抗拉强度863MPa，延伸率17%，-40℃横向冲击功均值195J ，-60℃横向冲击功均值166J；耐大气腐蚀指数为I≥6.7；标准按照NB/T 47013-2015标准探伤I级合格。
实施例6
一种大厚度调质Q690E/F级高强钢板厚度为120mm，钢板的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.12%，Si：0.32%，Mn：1.48%，P：0.011%，S：0.003%，Al：0.028%，Nb：0.026%，Ni：0.42%，B：0.001%，Ti：0.015%，Cr：0.4%，Mo：0.5%，Cu：0.27%, N：0.002%，H:0.0009%,余量为Fe和不可避免的杂质，CEV=0.59%。
钢板的生产步骤及工艺参数为：
1、冶炼：LF精炼时间48min ，RH真空处理时间为13min；
2、连铸：过热度13℃，铸坯厚度为328mm，拉速为0.7m/min，中心偏析C类：0.5；
3、加热：加热段最高加热温度1260℃，均热段温度1240℃，铸坯在加热炉内的总加热时间320min；
4、轧制及冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺，第一阶段开轧温度为1080℃，累积压下率46%，末三道次的单道次压下率16%、18%、18%。第二阶段终轧温度为810℃，累计压下率为40%，末道次采用快速抛钢，抛钢速度2.8m/s，钢板终冷温度为620℃；
5、热处理：淬火加热温度为900℃，升温速率为1.5min/mm，在炉时间为255min；回火温度为620℃，升温速率2.5min/mm，在炉时间350min。
本实施例所得钢板力学性能：屈服强度790MPa，抗拉强度859MPa，延伸率21%，-40℃横向冲击功均值182J ，-60℃横向冲击功均值129J；耐大气腐蚀指数为I≥6.5；标准按照NB/T 47013-2015标准探伤I级合格。
综上，本发明所述的方案，具有如下优点：
1、通过合理的成分体系设计，通过最优的控轧控冷及热处理工艺，所生产100-120mm厚度的Q690E及Q690 F钢板，各力学性能指标均达到国标GB/T 16270-2009标准要求，其实际生产钢板可达到屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率≥17%，-40℃横向冲击功≥150J ，-60℃横向冲击功≥120J；
2、该发明所生产的100-120mmQ690E/F钢板不仅具有良好的强度和韧性，同时兼具优异的耐大气腐蚀性能，耐大气腐蚀指数为I≥6.68；
3、钢板内部组织优良，满足探伤标准NB/T 47013-2015标准I级要求；
4、本发明所涉及钢板在工程机械、矿山开采、起重矿车、海洋平台等领域具有较好的应用前景。

Claims (4)

1.一种大厚度调质Q690E/F高强钢板，其特征在于：由如下质量百分含量的各组分构成：C：0.11-0.14%，Si：0.25-0.4%，Mn：1.4-1.55%，P≤0.015%，S≤0.003%，Al：0.015-0.035%，Nb：0.020-0.035%，Ni：0.4-0.5%，B：0.0008-0.0025%，Ti：0.008-0.02%，Cr：0.4-0.45%，Mo：0.4-0.5%，Cu：0.25-0.35%, N≤0.0030%，H≤0.00015%,余量为Fe和不可避免的杂质，其中，CEV=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15，CEV≤0.60%；
钢板耐大气腐蚀指数为I，I=26.01（%Cu）+3.88（%Ni）+1.20（%Cr）+1.49（%Si）+17.28（%P）－7.29（%Cu）（%Ni）－9.10（% Ni）（% P）－33.39（%Cu）2，且I≥6.68；
钢板厚度为120mm；
钢板通过如下方法制造而成：制造方法包括冶炼步骤、连铸步骤、加热步骤、轧制及冷却步骤和热处理步骤，其中：
1）冶炼：包铁水预处理→转炉冶炼→LF炉处理→RH真空处理；
在钢水冶炼过程中，控制P、S、N、H的含量，其质量百分含量为： P≤0.015%，S≤0.003%，N≤0.0030%，H≤0.00015%，LF精炼时间40-50min ，RH真空处理时间为12-18min；
2）连铸：控制过热度10-20℃，采用二冷电磁搅拌和凝固末端轻压下，328*2200mm规格铸坯浇铸过程中保持恒拉速，拉速范围为0.6m/min-0.8m/min，中心偏析C类≤1.0；
3）加热：加热段温度采用高温1230-1270℃，均热段温度控制在1210-1250℃，铸坯在加热炉内的总加热时间为280-320min，保证铸坯温度均匀；
4）轧制及冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺，第一阶段开轧温度为≥1000℃，累积压下率40-50%且末三道次的单道次压下率15-20%；
第二阶段终轧温度为780-820℃，累计压下率为35-45%，末道次采用快速抛钢，抛钢速度2.7-3.2m/s，使钢板快速进入控冷区，避免晶粒长大，采用ACC控制冷却方式冷却，钢板终冷温度为600-640℃；
5）热处理：淬火加热温度为890-910℃，升温速率为1.5min/mm，在炉时间为230-260min；回火温度为610-630℃，升温速率2.5min/mm，在炉时间310-360min。
2.如权利要求1所述的一种大厚度调质Q690E/F高强钢板的制造方法，其特征在于：包括冶炼步骤、连铸步骤、加热步骤、轧制及冷却步骤和热处理步骤，其中：
1）冶炼：包铁水预处理→转炉冶炼→LF炉处理→RH真空处理；
在钢水冶炼过程中，控制P、S、N、H的含量，其质量百分含量为： P≤0.015%，S≤0.003%，N≤0.0030%，H≤0.00015%，LF精炼时间40-50min ，RH真空处理时间为12-18min；
2）连铸：控制过热度10-20℃，采用二冷电磁搅拌和凝固末端轻压下，328*2200mm规格铸坯浇铸过程中保持恒拉速，拉速范围为0.6m/min-0.8m/min，中心偏析C类≤1.0；
3）加热：加热段温度采用高温1230-1270℃，均热段温度控制在1210-1250℃，铸坯在加热炉内的总加热时间为280-320min，保证铸坯温度均匀；
4）轧制及冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺，第一阶段开轧温度为≥1000℃，累积压下率40-50%且末三道次的单道次压下率15-20%；
第二阶段终轧温度为780-820℃，累计压下率为35-45%，末道次采用快速抛钢，抛钢速度2.7-3.2m/s，使钢板快速进入控冷区，避免晶粒长大，采用ACC控制冷却方式冷却，钢板终冷温度为600-640℃；
5）热处理：淬火加热温度为890-910℃，升温速率为1.5min/mm，在炉时间为230-260min；回火温度为610-630℃，升温速率2.5min/mm，在炉时间310-360min。
3.根据权利要求2所述的大厚度调质Q690E/F高强钢板的制造方法，其特征在于：制备的钢板，屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率≥17%，-40℃横向冲击功≥150J， -60℃横向冲击功≥120J；显微组织为回火索氏体，晶粒度在10级。
4.根据权利要求3所述的大厚度调质Q690E/F高强钢板的制造方法，其特征在于：所述钢板的探伤结果满足NB/T 47013-2015标准I级要求。
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