CN104195429B

CN104195429B - 低屈强比低裂纹敏感性q550cf调质钢及生产方法

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Publication number: CN104195429B
Application number: CN201410240349.2A
Authority: CN
Inventors: 宋欣; 王根矶; 王志勇; 邹杨; 顾林豪; 刘春明; 宋伟夫; 王坤; 冯路路; 郑会平; 张学峰; 张国栋; 万潇; 田士平; 白学军; 姜中行; 周希楠; 李涛
Original assignee: Shougang Corp; Qinhuangdao Shouqin Metal Materials Co Ltd
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2034-05-30
Also published as: CN104195429A

Abstract

一种低屈强比低裂纹敏感性Q550CF调质钢及生产方法，属于钢铁材料技术领域。化学成分为，C：0.07％～0.09％；Si：0.10％～0.40％；Mn：1.60％～1.80％；Nb：0.04％～0.06％；V：0.040％～0.06％；Ti：0.010％～0.030％；Alt：0.015％～0.035％；B：0.0010％～0.0020％；P：≤0.015％；S：≤0.010％；碳当量Ceq(％)范围：0.34～0.40；焊接裂纹敏感性指Pcm(％)范围：0.16～0.20；其余为Fe及不可避免杂质。工艺包括：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→LF+RH精炼→板坯连铸→板坯加热→4300轧机轧制→ACC快速冷却→堆冷→淬火→回火→取样、检验→入库、发运。优点在于，力学性能稳定，具有较好的强度、塑性、韧性、优良的焊接性能，完全满足低裂纹敏感性钢设计要求；同时，此Q550CF钢具有较低且稳定的屈强比0.68≤屈强比≤0.78。

Description

低屈强比低裂纹敏感性Q550CF调质钢及生产方法

技术领域

本发明属于钢铁材料技术领域,特别是涉及一种低屈强比低裂纹敏感性Q550CF调质钢及生产方法，适用于工程机械用钢领域。

背景技术

目前，随着国民经济的快速发展，工程机械、桥梁、建筑等基础设施的技术水平不断提高，其对结构用钢的强度、韧性、塑性及焊接性能等要求越来越高。但随着强度级别提高，结构发生脆断的危险性增大。

一般情况下，材料的屈服强度与抗拉强度呈现正相关的关系(屈强比为屈服强度与抗拉强度比值)。相关结构用钢标准和设计在对材料强度级别不断修订的同时，对韧性、塑性和屈强比等延性指标也进行严格的限制。试验研究与工程实践均表明，屈强比是关系结构安全性的一个重要力学性能指标。屈强比偏高，即屈服强度与抗拉强度间距过小，材料发生变形不久就会断裂。但屈强比低的材料，在外拉力作用下容易产生塑性变形，因其抗拉强度高，材料不会轻易断裂。故塑性变形可以作为断裂的征兆，到达断裂的时间越长，材料的安全性越高。为保证结构设计的安全性，要求材料在断裂之前具有足够的塑性变形，即要求材料具有低的屈强比。

低焊接裂纹敏感性高强度钢在不预热或低预热的情况下焊接不出现裂纹，国际上称为CF(CrackFree)钢。此类钢的主要特点是具有低的Pcm值、低碳当量、优异的焊接性能，同时具有低碳含量、高强度、高韧性等特点；其主要生产方法一般有TMCP、TMCP+回火或调质(淬火+回火)。

TMCP或“TMCP+回火”高强度CF钢，组织类型为针状铁素体或板条贝氏体，屈强比较高(一般在0.88～0.93之间)。如要降低屈强比，需降低钢板控制轧制后的冷速以获得一定数量的粒状贝氏体，但其强度和低温韧性有降低的趋势。调质高强度CF钢，回火后的组织类型为回火索氏体，屈强比亦较高(一般在0.90～0.95之间)；同时，为了保证调质钢淬透性，在适当提高C含量的前提下，一般需要添加Ni、Cr、Mo、Cu等合金元素，C含量的提高及合金元素的添加，增加Pcm指数及碳当量Ceq值，对材料的焊接性能产生不利影响。

对比文件1，申请号为“200910046442.9”的中国发明专利“低碳低焊接裂纹敏感性的高强度钢、钢板及其制造方法”公开一种屈服强度达700Mpa至800Mpa最大厚度规格60mm低焊接裂纹敏感性钢，其成分设计中添加0.10％～0.40％贵重合金Mo，同时添加其它含量不等的Ni、Cr、Cu等合金元素，采用调质工艺(高温淬火+高温回火)，制造成本明显偏高；同时，其实例中所制造的20mm～60mm规格低裂纹敏感性钢屈强比一般在“0.90～0.97”之间，屈强比偏高，大大降低材料使用安全性。

对比文件2，申请号为“200810224730.4”的中国发明专利“一种低焊接裂纹敏感性调质高强度钢板及其制造方法”公开一种抗拉强度610Mpa水电用钢，与专利1一样，其成分设计中仍添加0.10％～0.20％Mo及0.30％～0.50％Ni等贵重合金，采用正常调质工艺，成本亦明显偏高；且其实例中所涉及的12mm规格钢板的屈强比在0.85以上，而抗拉强度级别仅为610MPa级别。

对比文件3，申请号为“200710042357.6”的中国发明专利“具有优良焊接性的低屈强比HT780钢板及其制造方法”公开一种抗拉强度780Mpa级低屈强比钢板的制造方法，，其成分体系中添加较多的Cr、Ni、Mo、Cu等贵重合金，对“Mn/C”比、“Ti/N”比、“Ni/Cu”比等采取严格限制，成分设计复杂；采用“正火+回火”工艺生产，工序也较多。合金多、工序多，导致其制造成本高，不易推广并指导实际生产。

对比文件4，申请号为“200910061106.1”的中国发明专利“一种高强度低屈强比焊接结构钢及生产方法”公开一种抗拉强度550Mpa～700Mpa级低屈强比钢板的制造方法，其成分体系中添加较多的Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Cu等合金，并对合金成分“[Mn％]+[Cr％]＝2.20％～2.80％”进行限制，且低裂纹敏感性指数Pcm偏高(最高已到0.30％)，对轧制过程要求也很严格；在冷却过程中，采用分阶段冷却；最后进行消应力回火，生产过程比较复杂，成本也不低。

对比文件5，申请号为“200910089346.2”的中国发明专利“屈服强度460MPa级低屈强比建筑用特厚钢板及制造方法”提供一种80mm及其以上规格特厚钢板制造方法，合金体系中添加0.16％的碳，已不属于低裂纹敏感性CF钢范畴，其碳当量Ceq已大于0.40％；同时，其屈服强度仅为440Mpa，并且属于建筑用钢领域。

本发明结合秦皇岛首秦金属材料公司(以下简称“首秦公司”)现有的工装设备优势及严格的工艺过程控制，合理设计调质CF钢成分体系，在不添加任何贵重合金Ni、Mo、Cr、Cu的前提下，采用低C、高Mn，适当添加微合金元素Nb、V、Ti及微量元素B，通过两阶段控制轧制、轧后使用UFC超快冷快速冷却及后续热处理工序，成功生产出低屈强比低焊接裂纹敏感性调质CF钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低屈强比低裂纹敏感性Q550CF调质钢及生产方法。

本发明钢的化学成分为(重量百分比)，C：0.07％～0.09％；Si：0.10％～0.40％；Mn：1.60％～1.80％；Nb：0.04％～0.06％；V：0.040％～0.06％；Ti：0.010％～0.030％；Alt：0.015％～0.035％；B：0.0010％～0.0020％；P：≤0.015％；S：≤0.010％；碳当量Ceq(％)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni/+Cu)/15，且Ceq(％)范围：0.34～0.40；焊接裂纹敏感性指Pcm(％)＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B，且Pcm(％)范围：0.16～0.20；其余为Fe及不可避免杂质。

本发明Q550CF调质工程机械钢生产方法如下：

采用常规的冶炼及板坯生产方法，其工序如下：铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空处理→板坯浇铸；在冶炼过程中，严格控制C、P、S成分并保证碳当量Ceq及焊接裂纹敏感性指Pcm在控制范围内；在板坯浇铸过程中，控制铸坯表面及内部质量，为后续钢板轧制创造条件。

板坯加热：采用步进梁式加热炉将板坯加热至设定温度(1160℃～1220℃之间)，并合理控制及板坯在炉时间(220min～400min之间)，以保证板坯充分奥氏体化。

钢板轧制及冷却：轧制过程中，采用控制轧制(两阶段轧制—再结晶区及非再结晶区轧制)及控制冷却(UFC超快冷)；再结晶区轧制结束温度在“950℃～1000℃”之间；钢板待温厚度按“2～4倍成品钢板厚度”设定；非再结晶区轧制开始温度在“860℃～900℃”之间，其结束温度在“810℃～830℃”之间。钢板轧制后快速进入UFC超快冷冷却装置进行冷却；钢板入水温度按“800℃～770℃”控制，终冷温度按“0℃～100℃”控制，冷速按“25℃/S～40℃/S”进行设定。利用首秦公司UFC超快冷设备优势，进行“大冷速、较低温”冷却，将钢板冷到较低的温度，在获得所需微观组织(板条贝氏体)及性能的前提下，进一步改善钢板横纵向的冷却均匀性。

热处理工序：在首秦公司4300mm宽厚板调质线进行淬火及回火处理；在热处理过程中，合理设定淬火温度(800℃～880℃之间)及保温时间(10min～30min之间)；钢板淬火处理后，进行回火处理，回火温度及保温时间分别为“400℃～500℃”和“5min～50min”。

通过以上工艺流程，所生产的低屈强比低裂纹敏感性Q550CF调质工程机械用钢力学性能稳定，具有较好的强度、塑性、韧性，且具有优良的焊接性能，满足调质Q550CF钢性力学性能要求的同时，也完全满足低裂纹敏感性钢设计要求。同时，调质后钢板的屈强比比较低，材料使用安全系数高。其各项力学性能指标：565MPa≤Rp0.2(屈服强度)≤620MPa、750MPa≤Rm(抗拉强度)≤830MPa、18.0％≤A(断后伸长率)≤22.5％、165J≤-20℃-AKv(-20℃冲击值)≤255J、110J≤-40℃-AKv(-40℃冲击值)≤180J；0.68≤屈强比≤0.78。

附图说明

图1为实施例20mm规格钢板轧态金相组织。

图2为实施例25mm规格钢板轧态金相组织。

图3为实施例20mm规格钢板淬火态金相组织。

图4为实施例20mm规格钢板回火态金相组织。

图5为实施例25mm规格钢板淬火态金相组织。

图6为实施例25mm规格钢板回火态金相组织。

具体实施方式

根据本发明“一种低屈强比低裂纹敏感性Q550CF调质工程机械钢”的化学成分范围要求，在首秦公司“4300mm宽厚板生产线”完成钢坯冶炼、板坯浇铸(板坯规格—厚度*宽度*长度：250mm×2000mm～2400mm×2700mm～4100mm)及钢板轧制(轧制规格—厚度*宽度*长度：20mm/25mm*2500mm*24000mm，2定尺轧制)、淬火及回火处理。

本实例中Q550CF钢实际化学成分如表1所示：

表1化学成分(wt％)

编号	C	Si	Mn	P	S	Alt	V	Nb	Ti	B	Ceq	Pcm
													1#	0.07	0.30	1.65	0.011	0.005	0.028	0.051	0.048	0.017	0.0015	0.36	0.18
2#	0.09	0.32	1.78	0.009	0.006	0.031	0.045	0.056	0.015	0.0017	0.40	0.20

本实例轧制工艺参数设置见表2：

表2轧制工艺参数设置

注：厚度单位-mm；温度单位-℃；冷却速度-℃/S

本实例淬火工艺如表3所示：

表3淬火加热温度及保温时间

钢板厚度/mm	淬火温度/℃	保温时间/min
			20	850	8
25	830	12

本实例回火工艺如表4所示：

表4回火加热温度及保温时间

钢板厚度/mm	回火温度/℃	保温时间/min
			20	450	20
25	400	25

本实例钢板各项力学性能及屈强比如表5所示：

表5钢板各项力学性能及屈强比

Claims

1.一种低屈强比低裂纹敏感性Q550CF调质钢，其特征在于，化学成分重量百分数为，C：0.07％～0.09％；Si：0.10％～0.40％；Mn：1.60％～1.80％；Nb：0.04％～0.06％；V：0.040％～0.06％；Ti：0.010％～0.030％；Alt：0.015％～0.035％；B：0.0010％～0.0020％；P:≤0.015％；S:≤0.010％；碳当量Ceq％范围:0.34～0.40；焊接裂纹敏感性指Pcm％范围：0.16～0.20；其余为Fe及不可避免杂质；

该钢的力学性能为：565MPa≤Rp0.2≤620MPa，750MPa≤Rm≤830MPa，18.0％≤A≤22.5％，165J≤-20℃-AKv≤255J，110J≤-40℃-AKv≤180J，0.68≤屈强比≤0.78。

2.一种权利要求1所述低屈强比低裂纹敏感性Q550CF调质钢的生产方法，工艺包括铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空处理→板坯浇铸；其特征在于，工艺中控制的技术参数如下：

在冶炼过程中，严格控制C、P、S成分并保证碳当量Ceq(％)范围:0.34～0.40；焊接裂纹敏感性指Pcm(％)范围：0.16～0.20；

板坯加热：采用步进梁式加热炉将板坯加热至1160℃～1220℃，并控制板坯在炉时间220min～400min之间，保证板坯奥氏体化；

钢板轧制及冷却：轧制过程中，采用控制轧制：两阶段轧制—再结晶区及非再结晶区轧制，控制冷却：UFC超快冷；再结晶区轧制结束温度在950℃～1000℃之间；钢板待温厚度按2～4倍成品钢板厚度设定；非再结晶区轧制开始温度在860℃～900℃之间，其结束温度在810℃～830℃之间；钢板轧制后进入UFC超快冷冷却装置进行冷却；钢板入水温度按800℃～770℃控制，终冷温度按0℃～100℃控制，冷速按25℃/S～40℃/S进行；获得所需微观组织板条贝氏体；

热处理工序：在4300mm宽厚板调质线进行淬火及回火处理；在热处理过程中，淬火温度800℃～880℃之间，保温时间10min～30min之间；钢板淬火处理后，进行回火处理，回火温度为：400℃～500℃，保温时间为5min～50min。