首鋼SQ700MCD高強工程機械用鋼熱軋板卷的研製

tags: 工程機械    時間:2014-03-11 12:13:26
首鋼SQ700MCD高強工程機械用鋼熱軋板卷的研製簡介
     受益於2008年國家經濟刺激政策的實施,工程機械領域迎來了快速發展階段,各大工程機械加工企業的主打產品不斷升級,如徐工集團相繼開發出500、800、1……
首鋼SQ700MCD高強工程機械用鋼熱軋板卷的研製正文
    

受益於2008年國家經濟刺激政策的實施,工程機械領域迎來了快速發展階段,各大工程機械加工企業的主打產品不斷升級,如徐工集團相繼開發出500、800、1200噸汽車起重機;中聯重科股份公司(簡稱中聯重科)400、500噸汽車起重機已具備量產能力,2000噸汽車起重機已成功試車;三一重工股份有限公司開發出臂長72、86m混凝土泵車。以徐工、中聯重科和三一重工為代表的工程機械龍頭企業在自身產品不斷創新升級的同時,對鋼鐵材料的強度等級和質量穩定性提出了更高的要求。

在工程機械行業處於快速發展的大環境下,2010年,隨著首鋼遷鋼公司進口強力開平機組調試完畢,首鋼具備了生產屈服強度700MPa級高強工程機械用鋼開平板的設備條件,隨即啟動了在中聯重科的認證工作。針對中聯重科SQ700MCD供貨技術條件要求,依託遷鋼公司2250和1580熱軋生產線及強力開平機組,設計了合理的成分體系和生產工藝,開發出了具有良好塑韌性和焊接性能的SQ700MCD高強工程機械用鋼,並實現對中聯重科穩定批量供貨。技術條件和產品設計思路技術條件要求:中聯重科對700MPa級高強鋼的力學性能要求在同行業中最為嚴格,要求材料必須滿足縱向拉伸下屈服強度不低於700MPa和-20℃橫向衝擊吸收功不低於47J。對於熱軋高強鋼,由於晶粒壓扁導致的力學性能各向異性,材料的縱向拉伸強度和橫向衝擊性能為薄弱環節,開發中聯重科用SQ700MCD高強鋼的難度相當於開發要求橫向屈服強度不低於800MPa的E級鋼板。在對母材力學性能要求嚴格的同時,中聯重科供貨技術條件中規定材料的焊接接頭抗拉強度不允許低於750MPa,即使進口DOMEX700MCD鋼板也未能達到此項要求。因此,焊接熱影響區失強率的要求對材料的化學成分設計、組織和析出物狀態的控制也提出了更加嚴格和苛刻的要求。產品設計思路:SQ700MCD熱軋板卷化學成分體系的設計綜合考慮了中聯重科力學性能要求、首鋼工裝設備條件、成本控制和產品市場競爭力等因素,確定採用低成本鈦微合金化體系。SQ700MCD熱軋板卷通過添加較高含量的鈦進行微合金化,充分發揮納米級TiC的析出強化效果,同時添加適量的鈮,結合嚴格的TMCP工藝細化晶粒,使材料達到預期強韌性要求;為保證材料的焊接性能,創造性地提出了複合添加鉬和硼,顯著提高了焊接熱影響區的淬透性,保證了焊接接頭抗拉強度達到中聯重科在較大焊接線能量下的要求,並大幅降低了材料的合金成本,使首鋼SQ700MCD熱軋板卷合金成本低於國內其他鋼廠同類產品水平。為保證SQ700MCD達到較高的強韌性要求,在冶鍊方面,採用潔凈鋼冶鍊和無缺陷連鑄坯生產技術,控制帶狀組織和夾雜物,嚴格控制有害元素含量,並實現化學成分窄範圍控制,為後續生產提供合格的連鑄坯;在軋制方面,充分利用遷鋼公司軋制和冷卻能力細化晶粒,控制相變產物和析出物狀態,將TMCP工藝技術與各種強化機制緊密結合。通過進行再結晶曲線、析出曲線及CCT(連續冷卻轉變)曲線的測定等基礎研究工作,設計了合理的TMCP工藝參數,材料的目標組織為均勻細化的鐵素體組織,彌散分佈大量直徑小於10nm的TiC析出物,使材料具有良好的強度和塑韌性。TMCP工藝主要內容生產SQ700MCD熱軋板卷主要TMCP工藝包括再加熱工藝、控制軋制工藝和控制冷卻工藝。再加熱工藝:板坯的再加熱溫度對Nb(CN)和Ti(CN)的固溶量有很大影響。根據固溶度積經驗公式可計算出首鋼SQ700MCD高強鋼中Nb(CN)的溶解溫度約為1180℃,TiC的溶解溫度約為1185℃。為摸索出合適的再加熱溫度,進行了1180—1250℃電阻爐模擬加熱試驗,試驗結果顯示,隨著再加熱溫度的提高,析出物回溶數量增加。當再加熱溫度為1250℃時,50nm以下析出物已全部回溶。結合理論計算和模擬加熱試驗結果,首鋼在SQ700MCD熱軋板卷的實際生產中,根據不同板卷的最終厚度規格設計了大於1240℃的再加熱溫度。如此,既可保證連鑄坯中大多數析出物回溶,又滿足了產品後續TMCP工藝控制的溫度要求。控制軋制工藝:SQ700MCD熱軋板卷控制軋制工藝需綜合考慮細晶強化、析出強化及位錯強化等強化機理,粗軋階段利用反覆再結晶細化原始奧氏體晶粒,增大奧氏體再結晶區的道次壓下量,減少粗軋軋制道次。粗軋溫度控制關鍵為RT2(粗軋末道次出口)溫度的設定,若RT2溫度設定過高,則使最終組織中出現混晶,導致熱軋板卷的衝擊韌性大幅下降;若RT2溫度設定過低,則不利於整個熱軋過程的連貫性,嚴重影響生產效率,同時擺鋼過程會發生鈮和鈦的高溫析出,造成合金的浪費以及最終產品性能下降。精軋階段的終軋溫度是決定材料最終組織狀態的關鍵參數,選擇低的終軋溫度可增加奧氏體未再結晶區總變形量,從而得到更加均勻細小的鐵素體晶粒,但過低的終軋溫度會增加軋制過程中奧氏體中碳化物的析出,導致最終產品納米級析出物數量減少和材料強度降低。在SQ700MCD熱軋板卷開發過程中,分別測定了再結晶曲線和析出曲線,綜合研究了在整個軋制過程中材料的再結晶和析出規律,根據不同產品規格設計了合適的軋制溫度區間並在生產過程中嚴格控制,板卷的強度和低溫衝擊韌性匹配良好。控制冷卻工藝:SQ700MCD熱軋板卷控制冷卻工藝的關鍵為冷卻模式和卷取溫度的選擇,採用熱模擬方法測定了SQ700MCD高強鋼CCT曲線。根據熱模擬試驗結果,在遷鋼公司熱軋生產線上生產SQ700MCD高強鋼時,縮短了軋后高溫停留時間,並提高了冷卻速度,以有效提高鐵素體的形核速率和形核數量,使最終組織鐵素體晶粒得到細化,同時可避免珠光體組織出現,提高材料的強韌性。對於鈦微合金化高強鋼,目標卷取溫度的設定除要考慮相變組織外,更重要的是保證納米級TiC在鐵素體中的充分析出。進行了SQ700MCD熱軋板卷在不同卷取溫度下析出物研究,試驗結果顯示,當卷取溫度為540℃—570℃時,材料中的析出被抑制;當卷取溫度升高至580—600℃時,觀察到大量納米級析出物。結合CCT曲線及大量組織、析出物觀察結果,確定了合適的目標卷取溫度,既可保證得到大量10nm以下尺寸的TiC析出物,又可得到均勻細小的鐵素體組織。在實際的批量生產過程中,控制通卷卷取溫度波動區間小於30℃,可保證熱軋板卷通卷力學性能均勻。產品質量目前,遷鋼公司已可穩定、批量生產供中聯重科4—10mm厚700MPa級SQ700MCD高強工程機械用鋼開平板,材料的平均屈服強度為772MPa、平均抗拉強度為832MPa、平均延伸率為21.5%、-20℃平均衝擊吸收功為109J。該產品熱軋板卷金相組織為多邊形鐵素體,晶粒尺寸小於4μm;透射電鏡觀察析出物狀態組織中存在大量尺寸在10nm以下的(Ti,Nb)C析出物。焊接性能方面,對於鈦微合金化高強鋼,由於焊接熱影響區組織粗化及納米級析出物的回溶,必將導致焊接接頭抗拉強度大幅下降。焊接性能評價結果顯示:選用中聯重科用CARBOFILNiCrMo焊絲,當焊接線能量提高至18kJ/cm時,首鋼SQ700MCD熱軋板卷焊接接頭的抗拉強度仍大於750MPa,滿足中聯重科700MPa級高強工程機械用鋼焊接接頭抗拉強度大於750MPa的要求;在相同焊接線能量下,首鋼SQ700MCD熱軋板卷焊接接頭抗拉強度比瑞典SSAB公司DOMEX700MCD熱軋板卷焊接抗拉強度高50MPa。同時,首鋼SQ700MCD熱軋板卷焊縫處的冷彎性能和焊接熱影響區的衝擊韌性均滿足要求。首鋼SQ700MCD高強工程機械用鋼熱軋板卷採用低成本鈦微合金化成分設計,通過TMCP工藝參數的合理選擇和嚴格控制保證了材料具有良好的強韌性。在焊接性能方面,依靠鉬和硼複合添加顯著提高了焊接熱影響區的抗拉強度。該產品已通過中聯重科、三一重工和北汽福田雷薩泵車公司產品質量認證。2012年,首鋼遷鋼公司已完成對中聯重科批量供貨700MPa級SQ700MCD高強工程機械用鋼開平板1.2萬噸,厚度規格覆蓋4—10mm;2012年首鋼高強鋼熱軋板卷供貨量位居國內鋼鐵企業第3名,為首鋼打造高強工程機械用鋼良好品牌奠定了基礎。(來源:首鋼)
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