工程機(jī)械用Q690級(jí)高強(qiáng)鋼的熱處理工藝研究與開(kāi)發(fā).pdf

1、屈服強(qiáng)度690MPa級(jí)高強(qiáng)鋼板已廣泛地應(yīng)用于工程機(jī)械行業(yè)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)該強(qiáng)度級(jí)別的調(diào)質(zhì)板材主要存在產(chǎn)品規(guī)格比較單一，合格率較低，合金元素加入量多等問(wèn)題。國(guó)外的SSAB（瑞典）、DillingerHütte（德國(guó)）、JFE（日本）等知名鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品雖具有較高的性能附加值，但價(jià)格普遍比較昂貴。
　　基于現(xiàn)狀，本論文以工程機(jī)械用中厚板高強(qiáng)鋼的熱處理工藝開(kāi)發(fā)項(xiàng)目為背景，針對(duì)大型裝備主體結(jié)構(gòu)用Q690級(jí)低合金高強(qiáng)鋼的熱處理工藝開(kāi)發(fā)及工業(yè)化生產(chǎn)

2、應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)和重點(diǎn)問(wèn)題，進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并依托國(guó)產(chǎn)現(xiàn)代化大型中厚板輥底式熱處理線，成功開(kāi)發(fā)出高性能低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼，取得了顯著效益。本研究的技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)品特色體現(xiàn)在:采用“多元少量”復(fù)合強(qiáng)化的成分設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約型低成本的目的;針對(duì)≤16mm、17～34mm、≥35mm三類(lèi)厚度規(guī)格鋼板，只微調(diào)Cr、Mo、Ni元素加入量，簡(jiǎn)化了煉鋼及連鑄工序;產(chǎn)品厚度規(guī)格廣泛，滿足5～70mm厚度范圍內(nèi)供貨;采用優(yōu)化的冶煉及軋制制度，并結(jié)合淬火后

3、高溫回火的熱處理工藝保證了較高的產(chǎn)品合格率。本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果具體如下:
　　(1)針對(duì)工程機(jī)械用高強(qiáng)鋼Q690級(jí)調(diào)質(zhì)鋼成分設(shè)計(jì)，基于節(jié)約型減量化成分設(shè)計(jì)要求，采用多元少量的原則，充分挖掘和利用合金元素在熱處理工藝過(guò)程中的強(qiáng)韌化作用以及復(fù)合添加的相互促進(jìn)效果，實(shí)現(xiàn)低成本高性能鋼工業(yè)化開(kāi)發(fā)及批量生產(chǎn)的目的。
　　(2)針對(duì)該成分設(shè)計(jì)低合金高強(qiáng)鋼的奧氏體熱變形行為，基于熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)單道次和雙道次熱模擬實(shí)驗(yàn)，分析研究了實(shí)驗(yàn)鋼

4、的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)再結(jié)晶過(guò)程。研究結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)鋼只有在較低變形速率和較高溫度下才會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為，而在通常的軋制速度和溫度下只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)過(guò)程;同時(shí)結(jié)合變形溫度、應(yīng)變速率、變形程度建立了該實(shí)驗(yàn)鋼的變形抗力模型。進(jìn)一步的研究表明，實(shí)驗(yàn)鋼在1100℃以上變形，10s內(nèi)能夠發(fā)生完全的靜態(tài)再結(jié)晶;在950℃以下變形靜態(tài)再結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行緩慢。分析研究為實(shí)驗(yàn)鋼的在線控制軋制工藝提供了參考依據(jù)。
　　(3)針對(duì)Q690高強(qiáng)鋼的組織及性能要求，深入

5、分析了淬火工藝參數(shù)、回火工藝參數(shù)對(duì)力學(xué)性能的影響規(guī)律。分析表明，Q690實(shí)驗(yàn)鋼最佳淬火溫度為930℃，淬火保溫時(shí)間隨板厚的增加而延長(zhǎng)。在高溫回火區(qū)間內(nèi)隨加熱溫度的提高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)度降低，伸長(zhǎng)率及低溫沖擊功呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。分析研究為制定合理的熱處理工藝提供了參考。
　　(4)亞溫區(qū)間淬火是改善鋼板韌塑性能的有效手段。為此，深入研究了亞溫?zé)崽幚韺?duì)實(shí)驗(yàn)鋼顯微組織與力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:實(shí)驗(yàn)鋼以熱軋態(tài)的鐵素體、珠光體及粒狀貝

6、氏體組織為前軀體進(jìn)行780℃的亞溫淬火并回火處理后，大塊狀鐵素體的存在易導(dǎo)致最終組織的沖擊韌性惡化，如-40℃沖擊功僅為59J;在亞溫?zé)崽幚砬埃M(jìn)行一次常規(guī)淬火，使前驅(qū)組織調(diào)整為板條馬氏體，最終形成了更加細(xì)小的馬氏體和以條狀形態(tài)在馬氏體之間呈平行趨勢(shì)分布的鐵素體兩相混合組織，-40℃沖擊功高達(dá)253J。
　　(5)針對(duì)中厚板淬火過(guò)程的組織性能控制需要，通過(guò)建立淬火鋼板的熱傳導(dǎo)控制方程，分析研究了不同厚度鋼板淬火過(guò)程的冷卻速度和淬硬

7、層深度計(jì)算方法。通過(guò)分析淬火工藝參數(shù)如流量參數(shù)、輥縫值、鋼板運(yùn)行速度等對(duì)板形控制的影響，開(kāi)發(fā)出輥式淬火機(jī)高平直度板形控制技術(shù)。淬火工藝自動(dòng)化系統(tǒng)的建立是實(shí)現(xiàn)Q690批量化大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的重要條件，為Q690鋼的工業(yè)試制奠定了基礎(chǔ)。
　　(6)基于本論文研究成果，已在國(guó)內(nèi)某鋼廠成功開(kāi)發(fā)出Q690級(jí)調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼，產(chǎn)品合格率達(dá)到99.57％，力學(xué)性能、板形、焊接等性能優(yōu)良，滿足工程機(jī)械、礦山機(jī)械及港口機(jī)械等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及使用要求。Q690級(jí)