在線淬火（DQ）狀態(tài)Q690D鋼板屈強(qiáng)比的研究及應(yīng)用

李新宇，李 偉，王 川，張德勇，楊清山，郝文強(qiáng)

（五礦營口中板有限責(zé)任公司，遼寧 營口 115000）

隨著機(jī)械設(shè)備的大型化和輕量化，高強(qiáng)鋼正在得到普遍的應(yīng)用。為了保證設(shè)備安全，防止變形即斷裂的情況出現(xiàn)。屈強(qiáng)比也逐漸成為高強(qiáng)鋼的主要控制指標(biāo)[1-2]。屈強(qiáng)比是材料屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的比值，當(dāng)屈服強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度等于1時，材料未變形時就斷裂失效，總塑性為0；當(dāng)屈服強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度接近1時，材料發(fā)生微小變形時就斷裂失效；當(dāng)屈服強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度小于1時，材料需經(jīng)較大塑性變形才能發(fā)生頸縮，最后斷裂。

影響屈強(qiáng)比的因素較多，但據(jù)相關(guān)資料顯示，不同交貨狀態(tài)對鋼板屈強(qiáng)比的影響較大。傳統(tǒng)Q550/690D主要為調(diào)質(zhì)狀態(tài)交貨，屈強(qiáng)比數(shù)值較高（0.92~0.98）。隨著新一代超快冷設(shè)備的普及[3]，近15年，高強(qiáng)鋼交貨狀態(tài)正迅速向“DQ/TMCP+回火”和“DQ/TMCP”轉(zhuǎn)變。其中“DQ”狀態(tài)交貨的Q690D具有工序短、成本低以及屈強(qiáng)比低等特點(diǎn)。目前各大鋼廠均加緊進(jìn)行開發(fā)，部分鋼廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量供貨。

五礦營口中板有限責(zé)任公司（以下簡稱營口）鋼超快冷設(shè)備雖然裝備較晚，但憑借技術(shù)積累和設(shè)備的后發(fā)優(yōu)勢，在兩年內(nèi)迅速研發(fā)成功了“DQ/TMCP+回火”和“DQ”狀態(tài)交貨的Q550/690D。批量生產(chǎn)厚度可達(dá)到16~50 mm。本文主要對“DQ”狀態(tài)下影響Q690D屈強(qiáng)比的因素進(jìn)行了研究。

1 試驗驗內(nèi)容和方法

1.1 工序流程

Q690D的生產(chǎn)工藝為：鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐、精煉、RH真空處理、連鑄、鋼坯緩冷、加熱、軋制、超快冷、剪切、精整、入庫。本次試驗鋼板厚度為30 mm，板坯厚度為350 mm。

表1 國內(nèi)部分超快冷設(shè)備投入時間情況

1.2 成分設(shè)計

采用低碳成分設(shè)計，嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素S、P的方案。具體如表2所示。

表2 化學(xué)成分設(shè)計 %

加熱和軋制工藝：板坯規(guī)格為350 mm×2 000 mm，加熱溫度為1 200~1 240℃。采用兩階段軋制：第一階段終軋溫度控制在1 000~1 050℃之間；第二階段開軋溫度控制在≤880℃之間，終軋控制在≤840℃之間。待溫厚度為90 mm。6道次軋制。第二階段總壓下率67%。

1.3 DQ模式下不同水量/冷速對屈強(qiáng)比和組織的影響

不同DQ水量/冷速對屈強(qiáng)比和性能的影響見圖1。為研究不同水量/冷速對DQ狀態(tài)下屈強(qiáng)比的影響，本文共試驗了7種不同水量和終冷溫度（1#—7#），分別對應(yīng)強(qiáng)-中-弱水量（冷速從高到低為45~6℃/s）。圖中2-1—2-7分別為不同水量下（1#—7#）的鋼板組織。

圖1 水量/冷速對屈強(qiáng)比和性能的影響

圖2 不同水量/冷速下的組織

可知，隨著水量/冷速的降低（冷速分別為45—6℃/s），a—g圖的組織轉(zhuǎn)變順序為板條貝氏體-針狀鐵素體-粒狀貝氏體-粒狀貝氏體+多邊準(zhǔn)多邊形鐵素體。屈強(qiáng)比和強(qiáng)度也隨之降低，延伸率升高。其中a圖b圖的組織主要為板條貝氏體，強(qiáng)度較高、延伸率偏低，屈強(qiáng)比為0.88~0.92左右；c圖的組織主要為針狀鐵素體，屈強(qiáng)比略有下降，為0.86~0.88左右，但是仍存在強(qiáng)度偏高和延伸偏低的情況；d/e圖的組織主要為粒狀貝氏體+部分先共析鐵素體+少量針狀鐵素體，性能符合GB/T 1 6270—2009的規(guī)定（屈服強(qiáng)度≥690 MPa；抗拉強(qiáng)度770~940 MPa，延伸率≥14%）屈強(qiáng)比為0.84~0.86；f圖g圖的組織為粒狀貝氏體+多邊/準(zhǔn)多邊形鐵素體，屈強(qiáng)比為0.83~0.84；但強(qiáng)度偏低，不符合標(biāo)準(zhǔn)。已有的研究結(jié)果表明[4-6]，低碳貝氏體組織隨著冷速的下降依次為板條貝氏體、針狀鐵素體、粒狀貝氏體和多邊形鐵素體的混合組織。本次營鋼的不同冷速試驗驗證了此觀點(diǎn)。

1.4 降低入水溫度（弛豫）對屈強(qiáng)比和性能的影響

為驗證降低入水溫度（又稱弛豫）對屈強(qiáng)比的影響，在4#工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行了入水溫度分別降低15℃（4-1#試樣）和25℃（4-2#試樣）的試驗（見下頁表3）。結(jié)果顯示：組織為粒狀貝氏體+先共析鐵素體。隨入水溫度的降低，先共析鐵素體數(shù)量開始增多，屈強(qiáng)比下降。結(jié)果顯示：4-1#和4-2#的屈強(qiáng)比為0.82和0.80（4#試樣為0.85）。另外，由于降低了過冷度，增加了先共析鐵素體的數(shù)量，強(qiáng)度方面下降較多。4-1#試樣屈服余量為23 MPa，4-2#試樣屈服強(qiáng)度不合格（屈服標(biāo)準(zhǔn)≥690 MPa）（見圖3圖4）。

表3 降低入水溫度對屈強(qiáng)比和性能的影響

圖3 入水溫度降低15℃的組織

圖4 入水溫度降低25℃的組織

2 結(jié)論

1）采用低碳成分體系以DQ狀態(tài)生產(chǎn)的Q690D鋼板，其組織為低碳貝氏體。根據(jù)不同終冷溫度和冷速（冷速從高到低為45~6℃/s），其組織依次為板條貝氏體、針狀鐵素體、粒狀貝氏體和粒狀貝氏體+多邊/準(zhǔn)多邊鐵素體。

2）試驗結(jié)果顯示：以板條貝氏體為主的組織的屈強(qiáng)比為0.88~0.92左右；以針狀鐵素體為主的組織的屈強(qiáng)比為0.86~0.88左右；以粒狀貝氏體為主的組織的屈強(qiáng)比在0.84~0.86左右；以粒狀貝氏體+多邊/準(zhǔn)多邊形鐵素體為主的組織的屈強(qiáng)比在0.83~0.84左右。工業(yè)生產(chǎn)中，在不降低入水溫度的情況下，通過控制冷速，可以得到屈強(qiáng)比在0.83~0.86的Q690D，性能符合GB/T 16270—2009標(biāo)準(zhǔn)，其組織為粒狀貝氏體+先共析鐵素體+少量針狀鐵素體。

3）通過降低入水溫度(弛豫)，可增加先共析鐵素體數(shù)量。得到以粒狀貝氏體和先共析鐵素體組織為主的Q690D，其屈強(qiáng)比可控制在0.80~0.83左右。但強(qiáng)度偏低。工業(yè)生產(chǎn)中，需要額外添加合金以保證強(qiáng)度。

營鋼利用以上規(guī)律，通過強(qiáng)力軋機(jī)（12 000 t）、超厚連鑄坯（475 mm）和最新一代東北大學(xué)超快冷設(shè)備，成功研發(fā)以在線淬火/DQ狀態(tài)交貨的低屈強(qiáng)比Q690D。依據(jù)客戶的不同需求，其屈強(qiáng)比可控制在0.80~0.86之間。交貨厚度區(qū)間為16~50 mm，具有低碳當(dāng)量、低成本和交貨速度快等特點(diǎn)。其中50 mm大厚度在線淬火/DQ的Q690D為國內(nèi)先進(jìn)水平。