CN112853223A - 免回火超高强工程机械用钢q890d及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免回火超高强工程机械用钢Q890D及其生产方法，属于冶金技术领域。其化学成分及重量配比为C:0.040～0.060%，Mn:0.90～1.05%，Nb:0.035～0.050%，Ti:0.020～0.030%，Cr:0.45～0.55%，Mo:0.55～0.65%，B:0.0010～0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质。其生产方法包括板坯加热、控制轧制、驰豫+在线淬火工序。本发明Q890D钢板为低碳贝氏体+铁素体组织，且晶粒均匀细小，力学性能满足GB/T16270‑2009的要求，无需进行回火处理，实现了低成本生产。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种免回火超高强工程机械用钢Q890D及其生产方法。
背景技术
Q890D是GB/T 16270-2009中强度级别第二高的钢种，主要应用于挖掘机、起重机、港口吊臂、液压支架等工程机械领域。
目前，国内厂家主要使用国外进口的Q890D钢板，产品售价较高，而国内具备该类产品生产能力的厂家，如：舞钢、莱钢等主要采用离线淬火+回火的调质工艺生产，工序成本较高。Q890D钢板成分中主要元素为C、Mn、Nb、Cr、Mo、V、Ti等，具体的成分百分比含量如下表所示：
由上表可知，为了提升产品的强度，主要相变元素为Cr、Mo、Ni，其中Mo和Cr的含量分别低于0.27%和0.40%，Ni的加入除了提升淬透性，降低Ms外还可以有效提升产品的低温冲击韧性；主要的细化晶粒元素为Nb、V、Ti，含量分别为＜0.10%，≤0.071%和≤0.168%。
由于受到国内机械加工用户加工能力的限制以及机械装备轻量化生产的要求，目前市场对Q890D需求量最大的是厚度规格为20mm的产品。因此，开发出厚度为20mm Q890D产品的低成本生产方法，同时满足GB/T 16270-2009中的力学性能要求，对于钢铁企业而言具有重要的意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种免回火超高强工程机械用钢Q890D及其生产方法，其采用Cr-Mo-Nb-Ti-B成分体系，控轧+驰豫+（DQ+ACC）冷却工艺，无需回火，得到的Q890D钢板力学性能符合GB/T 16270-2009要求，实现了低成本生产。本发明采用如下技术方案：
一种免回火超高强工程机械用钢Q890D，其化学成分及质量百分含量为C:0.040～0.060%，Mn:0.90～1.05%，Nb:0.035～0.050%，Ti:0.020～0.030%，Cr:0.45～0.55%，Mo:0.55～0.65%，B:0.0010～0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述工程机械用钢Q890D厚度为20mm，其金相组织为低碳贝氏体+铁素体。
本发明各化学元素的质量百分含量（以下简称：含量）设定和工艺设定，主要基于以下考虑：
C：该元素能够在钢中与Nb、Ti、Cr、Mo等元素形成碳化物，而且主要以固溶态的形式存在于奥氏体中，在淬火过程中有助于形成板条状的贝氏体或者马氏体提升抗拉强度，回火后以碳化物的形式析出产生析出强化提升屈服强度；本发明通过生产研究发现，当高强钢中C含量超过0.010%时，在线淬火处理会显著降低高强钢的冲击韧性，为了提升高强钢的韧塑性，应严格控制C含量。因此，设计C含量为0.04-0.06%。
Mn：Mn在高强钢中会提升铸坯的中心偏析程度，产生氢致裂纹，从而降低高强钢的延伸率。本发明研究发现，为了降低甚至减少Mn含量对H偏析的影响，应将Mn含量控制在1.05%以下。
Cr、Mo：此二元素均能降低奥氏体中C元素的扩散系数，抑制冷却过程中珠光体相变，增加贝氏体或者马氏体的稳定性。采用GLEEBLE实验研究Q890D高强钢的动态CCT曲线结果显示，当Cr、Mo含量超过0.40%时，平衡态的相变点为733℃；当冷却速度＞0.2℃/s时，珠光体转变则被完全抑制；当冷却速度升高至1℃/s时，原始奥氏体则发生针状铁素体和板条贝氏体的相变，对应的相变开始温度约为560℃；当冷却速度逐步增加值10℃/s时，奥氏体就可以发生马氏体相变，对应的相变开始温度约为443℃，显微硬度为413HV，对应抗拉强度约为1251MPa，可以满足Q890D产品的要求。
Nb：Nb元素主要作用除了细化原始奥氏体外，也可以在驰豫过程中析出，钉扎驰豫后重组的位错。
与现有的Q890D产品相比，本发明在成分设计时未添加提升低温冲击韧性的元素Ni；为了保证产品-20℃的低温冲击功，本发明主要的应对措施为细化板条马氏体，通过降低马氏体宽度来提升冲击功。通过轧后驰豫，使变形位错重组形成位错胞或位错墙，位错胞壁可以作为亚晶界细化原始的奥氏体板条，而且也可以作为马氏体相变的形核点，细化马氏体。驰豫过程中，除了变形位错的重组之外，还会有碳化物的析出，钉扎位错。现有的研究中都有一个前提条件就是驰豫温度并不随弛豫时间发生变化，在等温条件下，研究碳化物析出和位错重组规律。
在实际的生产过程中，驰豫温度随着驰豫时间的延长逐步下降，导致碳化物析出和位错重组的规律也会发生变化，本发明的研究显示，驰豫时间除了影响碳化物和位错之外，还会导致先共析铁素体析出从而显著降低高强钢的强度。
为了减少先共析铁素体的析出，降低高强钢的共析相变温度，采取的措施为添加Cr、Mo两种元素，设计Cr、Mo含量分别为0.45-0.55%和0.55-0.65%，共析平衡相变点可降至690℃，为驰豫工艺提供足够的空间窗口。
由以上说明可知，本发明为了实现驰豫+在线淬火过程中组织变化符合Q890的需求，采用新的成分设计，调整组织的变化规律，实现在线淬火过程组织的控制。
结合成分设计，本发明免回火超高强工程机械用钢Q890D的生产方法包括板坯加热、控制轧制、驰豫+在线淬火工序，具体工艺步骤如下：
a.板坯加热工序：板坯在步进炉中进行加热，加热终了时刻板坯表面温度为1150～1250℃，加热时间4～5h；采用高温长时间加热为了保证Cr、Mo元素充分固溶，增加淬透性有助于淬火后获得充分的马氏体。
b.控制轧制工序：采用CR方式轧制，压缩比≥10，一阶段为奥氏体再结晶区轧制，铸坯变形率≥70%，二阶段为奥氏体未再结晶区轧制，铸坯变形率≥66%。开轧温度为1080～1150℃；一阶段终轧温度为＞980℃，主要目的通过再结晶轧制反复细化奥氏体晶粒，并避开部分再结晶温度轧制产生的混晶现象；二阶段的开轧温度≤950℃，精轧累计压下率≥66%，终轧温度800～840℃，采用未再结晶轧制，防止奥氏体发生再结晶并形成充足的变形带和位错等组织缺陷，增加相变形核点细化组织。
c.驰豫+在线淬火工序：采用直接淬火DQ和加速冷却ACC工艺，钢板轧后，根据终轧温度调整驰豫时间为90～150s，开冷温度640～690℃，淬火冷却速度≥10℃/s，淬火终冷温度≤150℃。
控制驰豫温度，主要目的是让奥氏体中碳化物尽可能的析出，钉扎重组后的位错墙或者是位错胞壁，细化奥氏体晶粒；而且为了防止铁素体量析出过多影响相变后马氏体的量，控制开冷温度≥640℃。碳化物析出后，奥氏体内C含量降低，有助于获得位错密度更多的马氏体板条，提升高强钢的韧塑性。控制终冷温度≤150℃是因为此成分产品的Mf约为200℃，而且尽可能的提升终冷温度有助于降低淬火过程中的温度应力，降低同板力学性能的差异性。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过合理的成分设计，采用Cr-Mo-Nb-Ti-B成分体系，通过添加细化晶粒的微合金元素Nb及强硬相形成元素和增加淬透性元素Mo、Cr、B，在保证强度的前提下不降低韧性；本发明通过选用200mm-260mm大断面连铸坯以保证压缩比≥10（其中，在再结晶温度范围内铸坯变形率≥70%，在未再结晶温度范围内变形率≥66%），保证轧制状态获得足够细小的原始奥氏体；优化控温轧制、驰豫、DQ+ACC控制冷却，得到理想的低碳贝氏体+铁素体组织，如图1所示，且晶粒均匀细小，力学性能和内部质量满足GB/T 16270-2009的要求，同时生产成本低于国内其它可生产Q890D的钢铁企业。
附图说明
图1为本发明超高强工程机械用钢Q890D的显微组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1-10
一种免回火超高强工程机械用钢Q890D的生产方法，其生产工艺主包括板坯加热、控制轧制、驰豫+在线淬火工序，具体工艺步骤如下：
（1）板坯加热工序：板坯在步进炉中进行加热，加热终了时刻板坯表面温度为1150～1250℃，加热时间4～5h；采用高温长时间加热为了保证Cr、Mo元素充分固溶，增加淬透性有助于淬火后获得充分的马氏体。
（2）控制轧制工序：采用CR方式轧制，压缩比≥10，一阶段为奥氏体再结晶区轧制，铸坯变形率≥70%，二阶段为奥氏体未再结晶区轧制，铸坯变形率≥66%。开轧温度为1080～1150℃；一阶段终轧温度为＞980℃，主要目的通过再结晶轧制反复细化奥氏体晶粒，并避开部分再结晶温度轧制产生的混晶现象；二阶段的开轧温度≤950℃，精轧累计压下率≥66%，终轧温度800～840℃，采用未再结晶轧制，防止奥氏体发生再结晶并形成充足的变形带和位错等组织缺陷，增加相变形核点细化组织。
（3）驰豫+在线淬火工序：采用直接淬火DQ和加速冷却ACC工艺，钢板轧后，根据终轧温度调整驰豫时间为90～150s，开冷温度640～690℃，淬火冷却速度≥10℃/s，淬火终冷温度≤150℃。
各实施例生产工序参数见表1、表2，所得钢板化学成分及质量百分含量见表3，钢板厚度及力学性能见表4。
表1. 各实施例板坯加热及驰豫+在线淬火工序参数
表2. 各实施例控制轧制工序参数
表3. 各实施例钢板化学成分及质量百分含量（%）
表3中，余量为Fe和不可避免的杂质。
表4 各实施例钢板厚度及力学性能
Claims (6)
1.一种免回火超高强工程机械用钢Q890D，其特征在于，其化学成分及质量百分含量为C:0.040～0.060%，Mn:0.90～1.05%，Nb:0.035～0.050%，Ti:0.020～0.030%，Cr:0.45～0.55%，Mo:0.55～0.65%，B:0.0010～0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的免回火超高强工程机械用钢Q890D，其特征在于，所述工程机械用钢Q890D厚度为20mm，其金相组织为低碳贝氏体+铁素体。
3.基于权利要求1或2所述的免回火超高强工程机械用钢Q890D的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括板坯加热、控制轧制、驰豫+在线淬火工序；所述控制轧制工序，压缩比≥10，一阶段为奥氏体再结晶区轧制，铸坯变形率≥70%，二阶段为奥氏体未再结晶区轧制，铸坯变形率≥66%；
所述驰豫+在线淬火工序，采用直接淬火DQ和加速冷却ACC工艺，钢板轧后驰豫90～150s，开冷温度640～690℃，淬火冷却速度≥10℃/s，淬火终冷温度≤150℃。
4.根据权利要求3所述的免回火超高强工程机械用钢Q890D的生产方法，其特征在于，所述板坯加热工序，在步进炉中进行加热，加热终了时刻板坯表面温度为1150~1250℃，加热时间4～5h。
5.根据权利要求4所述的免回火超高强工程机械用钢Q890D的生产方法，其特征在于，所述控制轧制工序，采用CR方式轧制，开轧温度为1080～1150℃，一阶段终轧温度＞980℃。
6.根据权利要求3-5任一项所述的免回火超高强工程机械用钢Q890D的生产方法，其特征在于，所述控制轧制工序，二阶段开轧温度≤950℃，精轧累计压下率≥66%，终轧温度800～840℃。
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| CN (1) | CN112853223B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2021
- 2021-01-04 CN CN202110001101.0A patent/CN112853223B/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
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| CN112853223B (zh) | 2022-06-28 |
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