工程機械用Q690級高強鋼的熱處理工藝研究與開發(fā).pdf

1、屈服強度690MPa級高強鋼板已廣泛地應用于工程機械行業(yè)，國內生產該強度級別的調質板材主要存在產品規(guī)格比較單一，合格率較低，合金元素加入量多等問題。國外的SSAB（瑞典）、DillingerHütte（德國）、JFE（日本）等知名鋼鐵企業(yè)的產品雖具有較高的性能附加值，但價格普遍比較昂貴。
　　基于現狀，本論文以工程機械用中厚板高強鋼的熱處理工藝開發(fā)項目為背景，針對大型裝備主體結構用Q690級低合金高強鋼的熱處理工藝開發(fā)及工業(yè)化生產

2、應用中的關鍵技術和重點問題，進行了系統(tǒng)研究，并依托國產現代化大型中厚板輥底式熱處理線，成功開發(fā)出高性能低合金調質高強鋼，取得了顯著效益。本研究的技術創(chuàng)新及產品特色體現在:采用“多元少量”復合強化的成分設計思路，實現了節(jié)約型低成本的目的;針對≤16mm、17～34mm、≥35mm三類厚度規(guī)格鋼板，只微調Cr、Mo、Ni元素加入量，簡化了煉鋼及連鑄工序;產品厚度規(guī)格廣泛，滿足5～70mm厚度范圍內供貨;采用優(yōu)化的冶煉及軋制制度，并結合淬火后

3、高溫回火的熱處理工藝保證了較高的產品合格率。本文的主要研究內容和成果具體如下:
　　(1)針對工程機械用高強鋼Q690級調質鋼成分設計，基于節(jié)約型減量化成分設計要求，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程中的強韌化作用以及復合添加的相互促進效果，實現低成本高性能鋼工業(yè)化開發(fā)及批量生產的目的。
　　(2)針對該成分設計低合金高強鋼的奧氏體熱變形行為，基于熱模擬實驗機單道次和雙道次熱模擬實驗，分析研究了實驗鋼

4、的動態(tài)與靜態(tài)再結晶過程。研究結果表明，實驗鋼只有在較低變形速率和較高溫度下才會發(fā)生動態(tài)再結晶行為，而在通常的軋制速度和溫度下只發(fā)生動態(tài)回復過程;同時結合變形溫度、應變速率、變形程度建立了該實驗鋼的變形抗力模型。進一步的研究表明，實驗鋼在1100℃以上變形，10s內能夠發(fā)生完全的靜態(tài)再結晶;在950℃以下變形靜態(tài)再結晶過程進行緩慢。分析研究為實驗鋼的在線控制軋制工藝提供了參考依據。
　　(3)針對Q690高強鋼的組織及性能要求，深入

5、分析了淬火工藝參數、回火工藝參數對力學性能的影響規(guī)律。分析表明，Q690實驗鋼最佳淬火溫度為930℃，淬火保溫時間隨板厚的增加而延長。在高溫回火區(qū)間內隨加熱溫度的提高和保溫時間的延長，強度降低，伸長率及低溫沖擊功呈現增大趨勢。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，深入研究了亞溫熱處理對實驗鋼顯微組織與力學性能的影響。研究結果表明:實驗鋼以熱軋態(tài)的鐵素體、珠光體及粒狀貝

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

7、層深度計算方法。通過分析淬火工藝參數如流量參數、輥縫值、鋼板運行速度等對板形控制的影響，開發(fā)出輥式淬火機高平直度板形控制技術。淬火工藝自動化系統(tǒng)的建立是實現Q690批量化大規(guī)模工業(yè)生產的重要條件，為Q690鋼的工業(yè)試制奠定了基礎。
　　(6)基于本論文研究成果，已在國內某鋼廠成功開發(fā)出Q690級調質高強鋼，產品合格率達到99.57％，力學性能、板形、焊接等性能優(yōu)良，滿足工程機械、礦山機械及港口機械等產品的設計及使用要求。Q690級