重鋼620MPa級高強(qiáng)度鋼板的工藝研究
2014-04-21 11:49:00
0、前言
低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板Q620D主要用于煤礦和工程機(jī)械。為滿足市場需求，重鋼采用控軋控冷和回火工藝，成功開發(fā)了屈服強(qiáng)度為620MPa級別、具有優(yōu)良綜合力學(xué)性能的高強(qiáng)度鋼板。
1、試驗(yàn)材料及方法
1.1、化學(xué)成分和性能要求
Q620D試板采用210t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉，經(jīng)連鑄、軋制而成。連鑄坯規(guī)格為300mm×2000mm。按照低碳貝氏體鋼的設(shè)計(jì)理念，化學(xué)成分設(shè)計(jì)見表1。性能要求按照“GB/T16270-1996”標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，見表2所示。
表1：Q620D試驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分wt/%
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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B
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Ti
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Nb
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0.06
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0.33
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1.60
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0.008
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0.007
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0.0024
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0.034
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0.052
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表2：Q620D試板的性能要求
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級別
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規(guī)格/mm
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Re/MPa
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Rel/MPa
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A/%
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-20℃縱向KV2/J
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D
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≤30
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≥620
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720~890
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15
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≥40
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1.2、生產(chǎn)工藝
鑄坯經(jīng)4100mm厚板生產(chǎn)線加熱爐在1150～1180℃加熱、保溫后，采用Ⅱ型控軋工藝，粗軋最大道次壓下率達(dá)到10%～20%，中間坯厚度為70mm，溫度在1020～1045℃。為了保證得到貝氏體組織，精軋階段分為兩個(gè)軋程進(jìn)行軋制。當(dāng)軋制到控軋厚度后，中間坯在輥道上擺動(dòng)冷卻控溫，完成第一軋程軋制；當(dāng)鋼板控溫至950℃以下時(shí)進(jìn)行控軋，再完成第二軋程軋制。試板成品規(guī)格16mm×2200mm×15000mm，終軋溫度800～860℃，軋制工藝見表3。
表3：Q620D試板的軋制工藝
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試板
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精軋開軋/℃
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精軋控軋/℃
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精軋終軋/℃
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返紅溫度/℃
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1#
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950~980
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935~950
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838~855
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450~500
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2#
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950~980
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918~930
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801~845
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試板軋后經(jīng)ACC快速冷卻系統(tǒng)冷卻，并進(jìn)行回火處理，回火溫度610～650℃，保溫時(shí)間2～4min/mm，空冷至室溫，隨后對鋼板取樣并進(jìn)行拉伸和沖擊試驗(yàn)，同時(shí)砂磨、拋光控軋控冷以及回火態(tài)Q620D試板樣品，并在DRIRM萊卡金相顯微鏡上進(jìn)行組織觀察。
2、結(jié)果與討論
2.1、控軋控冷工藝對組織和性能的影響
低碳貝氏體鋼要求在非再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行較大的累計(jì)變形，最小不得低于50%。根據(jù)資料介紹，類似化學(xué)成分鋼板的非再結(jié)晶溫度為1000℃左右，通常≤970℃。主要采用減少軋制道次、增大單道次壓下量的方法，確保鋼板在較低溫度下完成較大的單道次及累計(jì)變形量以破碎晶粒，從而得到細(xì)晶組織，單道次最大變形率為15%。
精軋階段第二軋程控軋的累計(jì)變形率在52.6%～61.8%之間，基本滿足形成貝氏體的要求。終軋溫度800～860℃，有較大的控制范圍。終軋后停留30s后再進(jìn)行冷卻，即馳豫，其目的是在變形奧氏體中實(shí)現(xiàn)晶體缺陷的重新排列及組合，使微量合金析出物在特定部位析出，從而控制冷卻過程中發(fā)生的貝氏體相變在已被分割和細(xì)化的小區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，最終獲得細(xì)小貝氏體組織，并有利于板條貝氏體的形成。
形成低碳貝氏體的一個(gè)重要條件就是鋼板以快速冷卻到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度以下。根據(jù)資料介紹，類似化學(xué)成分鋼板的貝氏體轉(zhuǎn)變溫度為450～650℃，要求冷卻速度＞5℃/s。因此設(shè)計(jì)試板的冷卻速度＞10℃/s，終冷溫度≤650℃。鋼板的實(shí)際冷卻速度范圍為17.0～26.0℃/s，終冷溫度在450～600℃，開始矯直溫度在515～610℃。
不同軋制工藝條件下控軋控冷態(tài)Q620D試板的力學(xué)性能見表4。
表4：控軋控冷態(tài)Oi20D試板的實(shí)物力學(xué)性能
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試板
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Re/MPa
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Rel/MPa
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A/%
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-20℃平均縱向KV2/J
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1#
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660
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830
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18
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75
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2#
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680
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852
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16
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62
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從表中可以看出，試板的強(qiáng)度和延伸率均滿足Q620鋼板的性能指標(biāo)要求，但是-20℃沖擊值富裕量不大，沖擊值不穩(wěn)定且波動(dòng)較大。鋼板的平直度雖然存在一定的缺陷，但經(jīng)過冷矯直后，仍能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。
控軋態(tài)Q620D試板的金相組織均是貝氏體組織，如圖1所示。說明在目前的成分設(shè)計(jì)和軋鋼工藝條件下可以得到低碳貝氏體組織鋼板。組織基本是粒狀貝氏體組織，不是最希望得到的小晶粒尺寸板條貝氏體組織。未得到理想組織的主要原因應(yīng)該與軋機(jī)能力限制、各道次的變形量不夠大和破碎晶粒不徹底有關(guān)。從金相組織照片可以看出，晶粒尺寸較大并且不均勻，存在一定的方向性，導(dǎo)致鋼板強(qiáng)度富裕量不大，塑、韌性指標(biāo)不好。
圖1：控軋態(tài)Q630D試板的金相組織
2.2、回火工藝對組織和性能的影響
回火態(tài)Q620D試板的金相組織如圖2所示，粒狀貝氏體分解形成回火索氏體組織，分解的主要是粒狀貝氏體中的大塊馬島組織，晶粒尺寸變小并且均勻性得到改善，原來的晶粒方向性基本消除。屈服強(qiáng)度的提高與回火索氏體組織彌散析出和Cu時(shí)效強(qiáng)化作用有關(guān)。
圖2：回火態(tài)Q620D試板的金相組織
試驗(yàn)結(jié)果表明，試板回火后的塑、韌性指標(biāo)得到較大改善，不僅滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而且有較大的富裕量；同時(shí)屈服強(qiáng)度有所提高或略有保持，而且滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；抗拉強(qiáng)度降低20～40MPa，如果控軋態(tài)抗拉強(qiáng)度高，則鋼板回火后性能合格幾率較大�；鼗饝B(tài)Q620D試板的力學(xué)性能見表5。
表5：回火態(tài)Q62OV試板的實(shí)物力學(xué)性能
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試板
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Re/MPa
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Rel/MPa
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A/%
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-20℃平均縱向KV2/J
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1#
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702
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746
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22.0
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82
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2#
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716
|
775
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21.5
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102
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3、結(jié)語
采用低碳貝氏體鋼成分設(shè)計(jì)路線生產(chǎn)Q620D鋼板的方法合理，煉鋼、連鑄、軋鋼和熱處理工藝可行。尤其在新工藝裝備條件下，經(jīng)過適當(dāng)?shù)某煞趾蜕a(chǎn)工藝調(diào)整，保證了連鑄坯實(shí)物成分波動(dòng)小、表面質(zhì)量好以及鋼板性能和外形合格。鋼板采用控軋+回火狀態(tài)交貨可以保證較高的性能合格率和穩(wěn)定的質(zhì)量。
收稿時(shí)間：2013年3月
來源：重鋼
