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Q690CFD工程機(jī)械用高強(qiáng)鋼寶鋼低碳貝氏體鋼化學(xué)成分力學(xué)性能
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時(shí)間：2013-09-21
??? 以690Mpa級(jí)別的鋼板生產(chǎn)為例，在厚板5米軋機(jī)上研究了Mn-Mo-Nb-B系超低碳貝氏體（ULCB）鋼鋼坯加熱、控制軋制、控制冷卻諸工藝因素與鋼的機(jī)械性能的關(guān)系，通過不斷優(yōu)化控軋控冷工藝參數(shù)，成功開發(fā)出超低碳貝氏體鋼（板厚大于50mm）Q690CFD，低溫沖擊韌性優(yōu)良，解決了厚度大于50mm鋼板在控軋狀態(tài)下難以兼顧強(qiáng)度和韌性的關(guān)系，并為開發(fā)更高級(jí)別的ULCB鋼提供了依據(jù)。
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???? 關(guān)于超低碳貝氏體(ULCB:ultra low carbon bainite)鋼的合金化原理及鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制，許多文獻(xiàn)已有闡述，對(duì)于鋼的組織特性也有廣泛而深入的研究，該鋼種由于碳含量大幅度下降(一般≤0.05%),在保證高強(qiáng)度的條件下,仍能保持很高的韌性,并在惡劣環(huán)境下,能滿足焊接性能, 所以超低碳貝氏體鋼早就被國(guó)際上公認(rèn)為21世紀(jì)的鋼種。由于超低碳含量（C≤0.05％）使得ULCB鋼具有優(yōu)良的焊接性和強(qiáng)韌性，貝氏體組織的脆性被消除，并且其轉(zhuǎn)變過程比較穩(wěn)定——在很寬的冷速范圍內(nèi)可以獲得強(qiáng)度基本一致的貝氏體組織 ，從而保證鋼板表面和心部組織基本一致。通過控軋控冷的方法最大限度地細(xì)化奧氏體晶粒，是這一類鋼基本的生產(chǎn)工藝，也是生產(chǎn)中最突出的問題，尤其是當(dāng)鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到690MPa時(shí)，強(qiáng)度和韌性的關(guān)系難以達(dá)到穩(wěn)定的統(tǒng)一，期望通過提高軋后冷卻速度和回火處理來改善其組織的韌性[1]。
????? 寶鋼厚板廠采用： 轉(zhuǎn)爐－RH－LF 、控制軋制、控制冷卻、回火－ACC－熱矯直－回火，嚴(yán)格控制鋼的加熱、控軋、控冷工藝參數(shù)，研究了各階段變形參數(shù)諸因素對(duì)鋼的組織細(xì)化、強(qiáng)度和韌性指標(biāo)的影響，鋼板最大厚度達(dá)60mm，力學(xué)性能達(dá)到如下要求：σs≧700Mpa、σb≧780Mpa、-20℃AKV ≧135J、δs≧17% ，并摸索出適用于這類鋼的合理的生產(chǎn)工藝。
????? 成分設(shè)計(jì)的依據(jù)是鋼板所要求的性能及各化學(xué)元素對(duì)綜合機(jī)械性能的影響。高強(qiáng)度低合金鋼的化學(xué)成分主要由強(qiáng)度、韌性、和焊接性而定。超低碳貝氏體鋼，一般界定為碳不大于0.05%。據(jù)研究，當(dāng)碳含量在0.01-0.03% 時(shí)低溫韌性最好。
????? Q690CFD化學(xué)成分采用Mn-Mo-Nb-B 合金系列。鋼的強(qiáng)度不再主要依靠碳、錳的強(qiáng)化，而是以貝氏體基體組織中的位錯(cuò)強(qiáng)化、微合金鋼經(jīng)控軋控冷后組織細(xì)化強(qiáng)化及Nb、Ti微合金元素的析出強(qiáng)化和ε-Cu沉淀強(qiáng)化為主，從而使該類鋼強(qiáng)韌性匹配，超低碳貝氏體鋼在成分設(shè)計(jì)上選擇C、Mn、Nb、Mo、B、Ti的最佳配合，從而在較寬的冷卻范圍內(nèi)都能形成完全的貝氏體組織。為了獲得高的強(qiáng)度，加入了成本較低的B元素。為了保證B元素的作用，須添加合金元素Ti來固定雜質(zhì)元素O、N，從而避免B的燒損，并且形成的TiN、TiO對(duì)于細(xì)化晶粒是十分有效的；同時(shí)Ti能抑制加熱時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，并且微量的Ti也有利于改善焊接熱影響區(qū)的韌性。Mn、Mo、Nb是作為強(qiáng)化元素加入的，鑒于冶金技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性和鋼材性能的要求，鋼中還經(jīng)常以Ni、Cu作為Mo的補(bǔ)償元素。根據(jù)UCLB鋼的成份－工藝－組織－性能的關(guān)系，采用的化學(xué)Mn-Mo-Nb-B系成份進(jìn)行設(shè)計(jì)。本試制鋼的化學(xué)成分見表1。
表1 實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分（wt ％）
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C |
Si |
Mn |
S |
P |
Ni |
Ti |
Mo |
Al |
B |
Nb |
Cu |
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0.03 |
0.30 |
1.65 |
0.0012 |
0.008 |
0.55 |
0.021 |
0.25 |
0.037 |
0.001 |
0.048 |
0.64 |
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表2 Q690CFD的機(jī)械性能要求
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鋼種
Q690CFD
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拉伸性能
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沖擊性能
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Rp0.2,MPa
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Rm,MPa
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A,%
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試驗(yàn)溫度
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沖擊功，J
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≤50mm
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≥690
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770~940
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≥14
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-20℃
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≥47
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＞50mm
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≥670
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≥14
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-20℃
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≥34
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??通過在厚板5000mm軋機(jī)上進(jìn)行Q690CFD不同厚度規(guī)格的幾次試制，控軋控冷工藝參數(shù)不斷得到優(yōu)化，ACC控冷的精度不斷提高，使工程機(jī)械用高強(qiáng)鋼Q690CFD綜合性能合格率大幅提高，塑韌性得到了較好的匹配。試制結(jié)論如下：
????? 1 . Q690CFD（20～60mm）鋼終軋溫度控制在800℃～850℃比較合適，隨著厚度的增加可以適當(dāng)降低。
????? 2. Q690CFD鋼25mm以下厚度的鋼板，待溫厚度可以減至成品厚度的2.5～3倍，25mm以上厚度規(guī)格的鋼板待溫厚度為成品厚度的3倍以上比較合適。
????? 3. Q690CFD鋼30mm以下厚度規(guī)格終冷溫度設(shè)定為550℃，30mm以上厚度的鋼板終冷溫度設(shè)計(jì)為480℃，可以有效改善該鋼的綜合機(jī)械性能。
????? 4.? 在合適的焊接工藝條件下，手工焊和氣體保護(hù)焊焊接接頭的強(qiáng)度、接頭各部位的沖擊功都達(dá)到了母材技術(shù)要求，且接頭的沖擊功有一定余量。
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