一种高强度Q690D钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于中厚板生产技术领域，具体涉及到一种高强度Q690D钢板及其生产方法。

背景技术

Q690D高强钢板广泛应用于煤矿机械、工程机械等机械产品，其要求强度高、塑韧性好、易焊接。

传统的Q690D高强钢主要是通过调质工艺生产，通过淬火加回火提高钢板的强韧性能，但是调质工艺生产需要采用淬火炉燃烧天然气等途径进行加热，能耗大、成本高，生产周期长。

如何在不影响钢板强度、塑性和韧性的前提下降低能耗和生产成本，缩短工艺流程，成为当前冶金行业亟待解决的关键技术难题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种高强度Q690D钢板及其生产方法。

本发明在生产一种高强度Q690D钢板时采取的技术方案中，其厚度为16mm～30mm，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C：0.05～0.09、Si：0.05～ 0.15、Mn：1.55～1.65、P：≤0.020、S：≤0.005、Nb：0.02～0.05、Ti：0.01～ 0.04、Mo：0.1～0.3、Cr：＞0.50～0.6、B：0.001～0.003、Als：0.020～0.050， Zr：＜0.03，其它为Fe和残留元素。

需要说明的是，在化学成分设置上，为保证钢板的强度、塑韧性及焊接性能，设计了低C高Mn，同时添加适量的Nb、Mo、Cr、Zr等合金元素。C含量的增加，对韧脆转变温度提高有着明显的影响，同时C含量高严重影响钢板的焊接性能，为保证良好的塑韧性，控制C含量为0.05～0.09％；Mn对提高钢板的强度及淬透性有明显的作用，但Mn含量过高，会加重钢板的中心偏析，影响钢板综合性能，因此控制 Mn含量在1.55～1.65％；Nb在控轧过程中能够有效提高钢板的再结晶温度，防止晶粒长大，细化晶粒，提高钢板的强度和韧性，因此控制Nb含量0.02～0.05；铬碳化物作为最细小的一种碳化物，可在钢中均匀地分布，Mo可细化钢的晶粒，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力,二者对钢板强度及淬透性的提高具有积极作用，故Cr含量控制在0.50～0.6％，Mo含量控制在0.1～0.3％；Zr具有优良的脱氧、除氮、去硫的作用，同时能够提高耐腐蚀性能和细化晶粒，因此控制在＜0.03％。

为得到上述产品，本发明采取的生产方法包括：转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气、连铸浇铸、加热、轧制、堆冷、回火，具体为：

①转炉冶炼：转炉出钢温度1600～1650℃、出钢P≤0.007％，出钢C≤0.05％，出钢过程中全程吹氩、不向钢水中加入任何脱氧剂和合金；

②LF精炼：白渣保持时间20～30min，精炼结束的终渣为流动性良好、粘度合适的泡沫白渣；精炼过程中主要通过加Al线脱氧，同时Als的含量也需符合方案要求，但是铝线加入量多的话，内部形成的Al

③VD真空脱气：在≤67Pa下的保压时间按15～20min进行控制，破真空后及时添加稻壳软吹2～5min；

④连铸：连铸拉速采用0.72m/min，浇注温度按照1525～1540℃进行控制，浇注过程采用全程保护浇注，控制恒拉速；钢坯清理检查采取温清，清理温度控制在 100℃以上，清理检查后钢坯带温装炉，装炉温度在控制在100℃以上；

⑤加热：加热过程中预热段温度≤1000℃，加热段温度1230-1260℃，保温段温度1190-1220℃，保温段时间＞40min，整体加热时间12min/cm；

⑥轧制：轧制过程分三个阶段进行，一阶段采用“高温、低速、大压下”轧制，使轧制力达到铸坯芯部，促使铸坯芯部变形，确保疏松等缺陷的压合，当坯温低于 970℃时，开始第二阶段轧制，控制压下量，使轧制力达到铸坯1/4厚度位置，促使铸坯1/4厚度位置变形，最终达到芯部和1/4位置发生再结晶的目的，同时避免再结晶过程中晶粒过分长大，当中间坯厚度达到成品厚度的2-3倍时，中间坯进入IC 装置进行快冷至850～890℃，回温返红10～30s，开始第三阶段轧制，第三阶段累计压下率≥50％，以增加奥氏体晶界有效面积，为细化奥氏体晶粒提供更多的形核点，终轧温度780～820℃；轧后进行快速冷却，冷却速度≥10℃/S，返红温度450～ 580℃，然后快速入缓坑缓冷；

⑦堆冷：钢板入缓冷坑温度≥150℃，控制缓冷垛高2～2.5m，钢板上下表面严禁裸露在空气中，缓冷时间24～48小时；

⑧回火热处理：在热处理工序中，采用回火工艺，回火保温温度400～550℃，保温时间4.5～7min/mm，较长时间的回火可以确保钢板充分去应力。

以上成分设计和工艺设计的有益效果在于，采用该技术方案，能够有效提高钢板的焊接性能，同时降低钢板的控制冷却和热处理要求，达到采用轧制加Acc替代淬火和DQ的作用，最终通过回火保证钢板的力学性能。

具体实施方式

上述一种高强度Q690D钢板的技术方案，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C：0.05～0.09、Si：0.05～0.15、Mn：1.55～1.65、P：≤0.020、S：≤0.005、Nb：0.02～0.05、Ti：0.01～0.04、Mo：0.1～0.3、Cr：＞0.50～0.6、B： 0.001～0.003、Als：0.020～0.050，Zr：＜0.03，其它为Fe和残留元素。

本发明采取的生产方法步骤包括：转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气、连铸浇铸、加热、轧制、堆冷、回火。

①转炉冶炼：转炉出钢温度1600～1650℃、出钢P≤0.007％，出钢C≤0.05％，出钢过程中全程吹氩、不向钢水中加入任何脱氧剂和合金。

②LF精炼：白渣保持时间20～30min，精炼结束的终渣为流动性良好、粘度合适的泡沫白渣；精炼过程中主要通过加Al线脱氧，同时Als的含量也需符合方案要求，但是铝线加入量多的话，内部形成的Al

③VD真空脱气：在≤67Pa下的保压时间按15～20min进行控制，破真空后及时添加稻壳软吹2～5min。

④连铸：连铸拉速采用0.72m/min，浇注温度按照1525～1540℃进行控制，浇注过程采用全程保护浇注，控制恒拉速；钢坯清理检查采取温清，清理温度控制在 100℃以上，清理检查后钢坯带温装炉，装炉温度在控制在100℃以上。

⑤加热：加热过程中预热段温度≤1000℃，加热段温度1230-1260℃，保温段温度1190-1220℃，保温段时间＞40min，整体加热时间12min/cm。

⑥轧制：在轧制工序中，采用新型三阶段轧制工艺轧制。一阶段采用“高温、低速、大压下”轧制，使轧制力达到铸坯芯部，促使铸坯芯部变形，确保疏松等缺陷的压合，当坯温低于970℃时，开始第二阶段轧制，控制压下量，使轧制力达到铸坯1/4厚度位置，促使铸坯1/4厚度位置变形，最终达到芯部和1/4位置发生再结晶的目的，同时避免再结晶过程中晶粒过分长大，当中间坯厚度达到成品厚度的 2-3倍时，中间坯进入IC装置进行快冷至850～890℃，回温返红10～30s，开始第三阶段轧制，第三阶段累计压下率≥50％，以增加奥氏体晶界有效面积，为细化奥氏体晶粒提供更多的形核点，终轧温度780～820℃；轧后进行快速冷却，冷却速度≥ 10℃/S，返红温度450～580℃，然后快速入缓坑缓冷；

⑦堆冷：钢板入缓冷坑温度≥150℃，控制缓冷垛高2～2.5m，钢板上下表面严禁裸露在空气中，缓冷时间24～48小时。

⑧回火热处理：在热处理工序中，采用回火工艺，回火保温温度400～550℃，保温时间4.5～7min/mm。

实施例

通过转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气、连铸浇铸、钢坯加热、轧制、控制冷却、堆冷、回火等工艺，获得如下表1所述化学成分的16mm～30mm厚高强度Q690D钢板，其中各工艺参数及力学性能见如下表1、2。

表1 16mm～30mm高强度Q690D钢板的化学成分(Wt,％)

表2 16mm～30mm高强度Q690D钢板的机械力学性能

本次分别试生产16mm、25mm、30mm厚高强度Q690D钢板各5批、10批和6 批，通过合理的化学成分设计及生产工艺控制，钢板的屈服强度725-805MPa，抗拉强度792-883MPa,伸长率14-21，-20℃冲击吸收能量113-270J，调质后钢板组织为回火贝氏体，达到设计要求。