低屈強(qiáng)比Q690MD產(chǎn)品開發(fā)

張立超

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司，河北 邯鄲 056000）

中厚板低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q690MD屬于低碳貝氏體鋼，應(yīng)用于煤礦機(jī)械、工程機(jī)械，如液壓支架、港口起重機(jī)、平板運(yùn)輸機(jī)、重型機(jī)械、海洋工程、金屬結(jié)構(gòu)等。需要有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，優(yōu)良的焊接性能。鋼的屈強(qiáng)比嚴(yán)重影響框架結(jié)構(gòu)的變形能力和極限承載能力，是關(guān)系結(jié)構(gòu)安全性的一個(gè)重要的力學(xué)性能指標(biāo)，屈強(qiáng)比太高，則結(jié)構(gòu)變形時(shí)容易產(chǎn)生脆性破壞，其結(jié)果難以預(yù)防，低屈強(qiáng)比Q690MD的開發(fā)適應(yīng)了市場(chǎng)需求，為結(jié)構(gòu)件安全使用提供了保障。

1 低屈強(qiáng)比Q690MD成分設(shè)計(jì)

為獲得較高的強(qiáng)度及優(yōu)異的焊接性能，本產(chǎn)品采用低C、高M(jìn)n、Nb和V復(fù)合強(qiáng)化并添加少量Cr、Mo等淬透性較高的合金元素。Cr能降低C的擴(kuò)散速度，抑制鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變，使貝氏體轉(zhuǎn)變向低溫區(qū)移動(dòng)，降低貝氏體的形成溫度。Cr還能夠穩(wěn)定奧氏體，與Mo和Ni相比，Cr在低溫、中溫階段轉(zhuǎn)變有較強(qiáng)的奧氏體穩(wěn)定作用[1]。Mo可以抑制碳化物的析出，提高奧氏體中的碳濃度，較小冷速下也可以提高淬透性，有效阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，獲得細(xì)小組織。具體成分見(jiàn)表1，性能要求見(jiàn)表2。

表1 低碳貝氏體鋼Q690MD成分要求（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

表2 低碳貝氏體鋼Q690MD性能要求

2 低屈強(qiáng)比Q690MD生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)工藝流程∶鐵水→轉(zhuǎn)爐粗煉→LF精煉→RH精煉→連鑄→加熱→TMCP工藝→回火。

2.1 加熱制度

加熱段溫度1240℃±20℃，均熱段溫度1210℃±20℃，加熱系數(shù)10min/cm～12min/cm，鋼坯厚度260mm，板坯加熱時(shí)長(zhǎng)≥4.5h。

2.2 軋制及冷卻工藝

從圖1不同冷速下的Q690MD鋼靜態(tài)CCT組織與動(dòng)態(tài)CCT組織維氏硬度的變化曲線和圖2 Q690MD鋼顯微組織硬度中可以看出，當(dāng)靜態(tài)冷速為0.1℃/s時(shí)， Q690MD鋼的組織為鐵素體+貝氏體的混合組織，且鐵素體較多，硬度僅為164.36HV，隨著冷速的升高，貝氏體含量不斷增加，由于貝氏體的硬度高于鐵素體，因此硬度逐漸升高。當(dāng)冷速達(dá)到5℃/s時(shí)，組織中出現(xiàn)少量的板條貝氏體及MA島使硬度提高到227.28HV。采用熱機(jī)械軋制工藝，生產(chǎn)20mm厚度規(guī)格鋼板，待溫厚度70mm，終軋溫度810℃±20℃，在線淬火，終冷溫度160℃～200℃。冷卻速率選取15℃/ s，鋼板軋制完成后，進(jìn)行500℃～650℃不同溫度回火試驗(yàn)，保溫時(shí)間60min。

圖1 Q690MD鋼的CCT曲線圖

圖2 Q690MD鋼顯微組織硬度組織

圖3 冷速15℃/S下Q690MD鋼熱軋態(tài)1/4組織

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 化學(xué)成分

低屈強(qiáng)比Q690MD實(shí)際化學(xué)成分如表3所示，均符合表1的要求。

表3 低碳貝氏體鋼Q690MD實(shí)際化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

3.2 力學(xué)性能

Q690MD鋼板具體性能見(jiàn)表4。從各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均滿足GB/T1591中Q690MD的鋼板要求。

表4 25mm厚低碳貝氏體鋼Q690MDTMCP和不同回火溫度下的力學(xué)性能

3.3 金相組織分析

當(dāng)冷卻速度為5℃/s 時(shí)，連續(xù)相變產(chǎn)物主要 是準(zhǔn)多邊形鐵素體和少量的粒狀貝氏體，基體組織中存在彌散分布的細(xì)小殘余奧氏體。另外，在準(zhǔn)多邊形鐵素體或粒狀貝氏體邊界處，M/A島以較大的深色珠狀組織存在，成為貝氏體鋼中的第二相， MA 島顆粒比較粗大，部分尺寸可達(dá)到4μm，且多為不規(guī)則的多邊形，當(dāng)冷卻速度為15℃/S時(shí)，相變組織基本為板條貝氏體，此時(shí)MA 島組元呈斷續(xù)薄膜狀存在于板條貝氏體鐵素體之間;隨著冷卻速度的升高， MA 島的方向性逐漸明晰，呈彌散分布，且顆粒逐漸變細(xì)小，數(shù)量也增多。

回火組織

在500℃～650℃范圍內(nèi)回火時(shí)，隨回火溫度升高，顯微組織逐漸變化。500℃回火后，貝氏體板條開始回復(fù)，位錯(cuò)重新排列并且密度降低。隨溫度升高，位錯(cuò)繼續(xù)遷移、合并，有的位錯(cuò)消失。貝氏體板條逐漸合并、粗化，板條數(shù)量減少，晶界逐漸變得清晰，M/A島分解為碳化物，在晶界和晶內(nèi)析出，數(shù)量增多。550℃回火后，貝氏體板條進(jìn)一步粗化，回復(fù)階段基本結(jié)束，開始進(jìn)入再結(jié)晶階段。此時(shí)組織以回火貝氏體為主，并出現(xiàn)少量的回火索氏體。隨著回火溫度升高到600℃，在回火組織晶界處出現(xiàn)大量黑色物質(zhì)，通過(guò)能譜分析得出為雜質(zhì)元素碳化物偏聚，這種黑色的碳化物惡化晶界阻止裂紋擴(kuò)展的能力，降低韌性，在金相上觀察，存在大量的碳化物偏聚在晶界處，因此600℃為回火脆性的拐點(diǎn)。隨回火溫度升高到650℃，并未發(fā)生碳化物偏聚現(xiàn)象，這是由于溫度升高，原子擴(kuò)散加快，并且在晶界處發(fā)生了少量的再結(jié)晶。Mo、V、Ti、Cr元素等強(qiáng)碳化物形成元素與C原子結(jié)合力增強(qiáng)，因此抑制了雜質(zhì)元素在晶界處偏聚的現(xiàn)象。

3.4 改進(jìn)措施實(shí)際應(yīng)用效果

通過(guò)上述工藝措施的實(shí)施，對(duì)于某廠中厚板薄規(guī)格板材邊浪問(wèn)題取得了如下的實(shí)際應(yīng)用效果。

4 結(jié)論

（1）綜合沖擊功與抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度力學(xué)性能，Q690MD鋼回火溫度可采取500～560度回火。在540℃時(shí)回火

（2）基體組織晶粒大小適中，在不降低塑性的條件下，提高鋼的強(qiáng)度和韌性，同時(shí)得到低屈強(qiáng)比。

（3）高硬度相與低硬度相之間強(qiáng)度比率較大。

（4）Q690MD鋼回火后，無(wú)拉伸斷口分層現(xiàn)象。屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度隨回火溫度升高逐漸降低、沖擊功隨回火溫度升高逐漸升高，在600度回火時(shí)，出現(xiàn)高溫回火脆性區(qū)間。

鋼板的凸度值得到了明顯的降低，圖4中給出了措施實(shí)施前后鋼板橫向凸度值的變化，從圖中可以看出，采用合理的彎輥使用制度和限制末道次壓下率，鋼板的凸度從0.26降低到了0.10mm以內(nèi)，凸度值下降明顯。

圖4 冷速15℃/S下 Q690MD鋼回火態(tài)1/4組織

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)合理控制軋制、開始冷卻溫度和水冷段冷速，尤其將鋼板的開始冷卻溫度控制在奧氏體轉(zhuǎn)變溫度Ac，附近，可生成10%～20%的先共析鐵素體，在保證強(qiáng)度的前提下，確保將Q690MD鋼板的屈強(qiáng)比控制在0.26以下。