一種q690cf熱軋鋼板及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高強鋼生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域，特別涉及了一種Q690CF熱乳鋼板及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，鋼結(jié)構(gòu)工程均向大型化、輕量化、高參數(shù)化發(fā)展，如大跨度橋梁、大型水電 站、重型工程機械等。這要求結(jié)構(gòu)用鋼具有更高強度、更好韌性、塑性和焊接性能。大型工程 建造采用高強度結(jié)構(gòu)鋼，意味著可在滿足高負荷條件的同時降低原料成本、減輕材料重量。 但是，高強度結(jié)構(gòu)鋼往往會帶來韌性的降低。此外，對于高強度調(diào)質(zhì)鋼來說，大量合金元素 的添加會嚴重惡化其焊接性能。尤其在低熱輸入量下，高強鋼焊接接頭容易形成焊接冷裂 紋而破壞工程體系的結(jié)構(gòu)完整性。為了預(yù)防焊接冷裂紋的形成，需要對鋼板進行焊前預(yù)熱 處理，且焊接裂紋敏感系指數(shù)Pcm越大，預(yù)熱溫度越高。然而，預(yù)熱工序的增加不僅影響了 生產(chǎn)效率、增加能耗，而且會導(dǎo)致焊接工況變差，焊接接頭性能不穩(wěn)定，甚至?xí)绊懡Y(jié)構(gòu)件 的安全服役性能。因此，開發(fā)出一種無需預(yù)熱的低焊接裂紋敏感性高強鋼是極具社會、經(jīng)濟 效益的。
[0003] 隨著熱機械控制技術(shù)（TMCP)和微合金化技術(shù)的發(fā)展，各類高級別鋼種均采用微 合金化技術(shù)來降低合金元素總含量，以析出強化機制進一步提高鋼板強度，利用TMCP技術(shù) 細化奧氏體晶粒，形變奧氏體的高位錯密度有利于提高相變產(chǎn)物的強度，結(jié)合在線快速冷 卻（ACC)工藝來精確控制顯微組織配比，'以水代合金'的思想可以減少合金元素含量，顯著 降低原料成本，同時也保證了低焊接裂紋敏感性指數(shù)，改善鋼板的可焊性。
[0004] 低焊接裂紋敏感性鋼，國際上又稱CF(CrackFree)鋼，是一類具有低碳當量，低 Pcm值，焊接性能優(yōu)異的鋼種，一般認為在不預(yù)熱或低預(yù)熱條件下焊接也不出現(xiàn)裂紋；為了 進一步提高其強度，同樣需要采用TMCP和微合金化技術(shù)；YB/T4137黑色冶金行業(yè)標準也 規(guī)定其供貨狀態(tài)有TMCP、TMCP+回火或調(diào)質(zhì)處理。
[0005]目前，已有一些關(guān)于低焊接裂紋敏感性鋼板的發(fā)明專利，但這些發(fā)明專利中往往 只涉及了強度級別較低的鋼種（如屈服強度在550MPa左右），一般需要采用額外的熱處理 工藝來改善其韌性，這種生產(chǎn)方式不僅增加了生產(chǎn)成本，而且降低了生產(chǎn)效率。個別發(fā)明專 利也涉及到屈服強度690MPa級熱乳鋼板的制造，但是其成分中需要添加較多的B元素，'硼 脆'現(xiàn)象是非常難以預(yù)料和控制的?，F(xiàn)對已公開的相關(guān)專利進行如下說明。
[0006] 專利CN101476080A、CN101812634A、CN104195429A均采用 了乳后離線調(diào)質(zhì)工藝 (淬火+回火）來制備低焊接裂紋敏感性高強鋼板，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低。如后兩個 專利所述，當目標抗拉強度較高時（大于700MPa)，成分設(shè)計還需要添加一定量的B來提高 鋼板的淬透性，保證其抗拉強度。
[0007] 專利CN1932063A、CN101096738A、CN102888571A均采用了乳后高溫回火（600 ~ 650°C)工藝，且回火時間較長。顯然，這種生產(chǎn)方式同樣能耗大，不利于提高生產(chǎn)效率。此 外，這三個專利所涉及的目標鋼種屈服強度級別遠低于690MPa。
[0008] 對于專利CN101481774A、CN101353759A來說，盡管這兩個專利都采用TMCP工藝制 備低焊接裂紋敏感性鋼，但其所涉及的鋼種屈服強度級別僅為500MPa和550MPa級別。專 利CN101418418A"屈服強度690MPa級低裂紋敏感性鋼板及其制造方法"涉及了屈服強度 大于690MPa的高強結(jié)構(gòu)鋼，但其實例成分體系中，大多數(shù)采用了較高Nb(0. 06~0. 08 % )， 高V(0.04~0. 12%)，并且添加了 0.001~0.002%B。高的微合金元素含量，一定程度上 增加了成本；B元素是一種易偏聚的元素，硼脆相Fe23(CB)d^析出會導(dǎo)致鋼板的沖擊韌性 不穩(wěn)定，同時焊接母材的B含量較高，提高了熱影響區(qū)的淬硬性，增大了焊接冷裂紋形成的 傾向性。
[0009] 由上分析可知，目前極少有專利涉及到屈服強度為690MPa級別的低焊接裂紋敏 感性鋼板的開發(fā)；然而，在大型工程機械等焊接用結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展需求下，保證高強鋼板的可 焊性和焊接產(chǎn)品的安全服役性能是尤為關(guān)鍵的，因此，必須開發(fā)一種高強度高韌性的低焊 接裂紋敏感性鋼。為了解決這一難題，本發(fā)明將提供一種新型的成分設(shè)計，采用TMCP+快冷 工藝制備出綜合性能優(yōu)良的低焊接裂紋敏感性熱乳鋼板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種Q690CF熱乳鋼板及其制備方法?；诙?元微合金化技術(shù)，設(shè)計合理的化學(xué)組分，通過兩階段控制乳制和在線快速冷卻技術(shù)，制備出 綜合力學(xué)性能優(yōu)良的熱乳鋼板。
[0011] Q690CF鋼是指屈服強度級別高于690MPa且具有低焊接裂紋敏感性的一類鋼種。
[0012] 本發(fā)明的Q690CF熱乳鋼板，化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為：C:0.05~0.08%，Si: 0· 22 ~0· 30%，Mn:L6 ~2. 0 %，A1 :0· 2 ~0· 35%，Cr:0· 10 ~0· 35%，Mo:0· 20 ~ 0· 35%，Ni:0· 1 ~0· 4%，Cu:0· 15 ~0· 3%，Nb:0· 025 ~0· 045%，V:0· 01 ~0· 03%，Ti: 0· 005~0· 03%，P彡0· 010%，S彡0· 008%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0013] 本發(fā)明的Q690CF熱乳鋼板，焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm值不大于0. 20%。
[0014] 本發(fā)明的Q690CF熱乳鋼板，顯微組織中貝氏體型鐵素體和針狀鐵素體的面積百 分含量彡90%，貝氏體和鐵素體的板條寬度均分布在0. 1~0. 7μm。
[0015] 本發(fā)明的Q690CF熱乳鋼板，力學(xué)性能為：750MPa彡屈服強度（RpO. 2)彡690MPa， 94010^彡抗拉強度（伽）彡81010^，22.5%彡延伸率仏）彡17%，25011彡-20°(：沖擊吸收功 (Akv)彡 180J，屈強比（RpO. 2/Rm)彡 0· 93。
[0016] 本發(fā)明的Q690CF熱乳鋼板，熱乳成品鋼板的厚度范圍為12~25mm。
[0017] 本發(fā)明的Q690CF熱乳鋼板中，對化學(xué)成分配比設(shè)計作詳細敘述：
[0018] C:是低碳鋼中最主要的固溶元素，甚至可過飽和固溶于高位錯密度的貝氏體基體 中，起到固溶強化的作用；此外，還與強碳氮化合物形成元素結(jié)合形成彌散細小析出相，起 到析出強化的作用；但是碳含量的增加會明顯惡化鋼的焊接性能，也不利于沖擊韌性，因此 本發(fā)明中碳含量控制在0.05~0.08%。
[0019] Si:是煉鋼中脫氧的重要元素之一，在鋼中可以固溶于鐵素體基體，起到固溶強化 的作用，同時還可以抑制滲碳體析出，但是過多加入會惡化塑性、提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，因此 其含量控制為〇. 22~0. 30%。
[0020] Μη:是穩(wěn)定奧氏體元素，可有效降低Ar3溫度，促進貝氏體相變，細化顯微組織， 提高強度并且一定程度上可改善韌性，尤其在低碳條件下，Μη的固溶強化作用更為顯著。 但Μη含量過高會降低鋼的韌性，且不利于鋼的抗焊接冷開裂性能，綜合考慮，Μη含量定在 1. 6 ~2. 0%〇
[0021] Α1 :同樣是煉鋼時的重要脫氧元素，還可以降低鋼種Ν含量，形成Α1Ν阻止奧氏體 晶粒粗化，但Α1加入過多時，會影響鋼板表面質(zhì)量，因此其含量應(yīng)在0. 2~0. 35%。
[0022] Cr、Mo:均可以提高鋼的淬透性，其置換固溶于鐵素體中，可替代Μη元素的作用， 復(fù)合添加優(yōu)化其強化作用效果，但是Cr、Mo均可提高Pcm值，過多會導(dǎo)致可焊性變差，同時 也會增加成本，因此其含量應(yīng)分別控制在0. 10~0. 35%，0. 20~0. 35%。
[0023]Ni、Cu:Ni可顯著改善鋼的低溫韌性，但其價格昂貴；Cu可以起到析出強化的效 果，但容易引起晶界熱裂紋，二者復(fù)合添加可以消除Cu所引起的晶界裂紋同時可以達到強 韌化的效果，其含量分別在0. 1~0.4%，0. 15~0.3%
[0024]Nb、V、Ti:均屬于強碳氮化合物形成元素，Nb可以提高奧氏體的再結(jié)晶終止溫度， 細化奧氏體晶粒尺寸；Ti與N形成TiN，可以有效組織奧氏體晶粒的粗化，同時也可以改 善母材焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性；VC或V(CN)的彌散析出可以有效強化相變產(chǎn)物相；三者 的微量復(fù)合添加可以產(chǎn)生'協(xié)同沉淀強化效應(yīng)'，同時改善鋼板的強韌性，若含量過高，會 粗化析出相而導(dǎo)致強韌性降低，因此其含量分別控制在Nb:0. 025~0. 045%，V:0. 01~ 0.03%，11:0.005 ~0.03%為最適宜。
[0025] P、