Q690高强钢的开发

Q690高强钢的开发
性能指标
Q690属于低合金高强钢，表1为国标与日本欧美同等级钢种化学成分对照表。

表1
牌号
质量等级
化学成分（质量分数）% Q690 C S i M n S P Nb V T i C r N i C u N M o B Al s
不大于 不小于 C
0.18 0.60 2.00 0.030 0.030 0.11 0.12 0.20 1.00 0.80 0.80 0.015 0.30 0.004 0.015 D
0.030 0.025 E
0.025 0.020 S700MC
0.12 0.60 2.10 0.015 0.025 0.09 0.20 0.22 0.50 0.005 0.015 WEL-T
EN780 0.05 0.44 1.35 0.18 2.52 0.54
表2为国标与日本欧美同等级钢种力学性能对照表。

表2
牌号 屈服强度
（MPa)(<16mm) 抗拉强度（MPa)(<40mm) 延伸率%(<40mm) 冲击吸收能量
（Kv/J)(-20C O )
Q690 >690 770~940 >14 >47 S700MC >700 750~950 >12 WEL-TEN780 740 830 24 96
根据表2，确定研发Q690的性能指标参照GB\T1591-2008。

即：
屈服强度（MPa) 抗拉强度(MPa) 延伸率(%) 冲击吸收能量(Kv/J
-20C O )
>690 770~940 >14 >47
Q690在其它钢厂的开发情况
Q690屈服强度高，轧制难度大，目前国内能够生产且生产规模比较大的钢厂有济钢、武钢、南钢、宝钢、舞钢。

低合金高强钢板市场济钢市场占有率最高。

目前Q690产品绝大部分属于宽厚板，传统生产工艺为离线调质，直接淬火一回火工艺与离线调质工艺比较, 前者具有降低生产和资金成本和有利于板材性能提高的优点, 已成为国内外钢铁企业开发高强度中厚板产品广为关注的重要技术领域，下表为各大钢厂采用进口的中厚板轧线所配备的高水平直接淬火设备生产的产品级别
宝钢、舞钢、南钢、济钢均采用直接淬火—回火工艺生产Q690级别以上宽厚板产品。

宝钢采用低温大压下+DQ工艺开发出具有良好低温韧性的Q690高强钢厚板，板厚可达80mm,且具有良好的焊接性能，40mm以下Q690CF可实现不预热焊接。

低温大压下技术是在较低温度下, 采用较大变形率轧制钢板。

采用此方法轧制后的钢板具有稳定的拉伸性能和较高的低温冲击功
济钢生产的Q690在郑煤机、平顶山煤机、北方重工、内蒙一机厂、重庆庆江、淮北矿物局、大同煤矿等多家煤机厂的液压支架制造上进行了成功的实际应用，并在哈焊所进行了焊接工艺评定。

南京钢铁联合有限公司采用C-Mn微合金化的方法生产出高强度低碳贝氏体Q690D(E),为国内首创低碳贝氏体钢宽中厚板（卷）连铸—卷轧短工艺流程技术。

合金元素配置要点
热连轧钢板要想得到屈服强度700MPa以上的强度，必须在热轧及随后冷却过程中实现细晶强化、析出强化、相变强化和固溶强化等最大限度的综合控制。

考虑到轧机能力，Q690的强化主要以轧后冷却过程的相变强化和析出强化为主，为减少轧机的负荷和提高钢的强韧性，在钢中加入微合金元素Nb，以提高钢的再结晶温度，使得Q690在较高的温度下完成轧制也可以得到储存大变形能的变形奥氏体组织，进而得到细小的相变组织。

同时，成分设计时还要考虑690必须具备良好的成形性能、低温冲击性能和焊接性能。

呈于这样的考虑和以往的经验，成份体系设计如下:
C:0.060~0.084%，较低的碳含量可使钢具有良好的焊接性和冷成形性，强度的不足可通过微合金化和控轧控冷工艺来弥补。

Mn:1.65~1.85%，通过固溶强化提高钢的强度。

Mn促进碳氮化物析出相在加热时候的溶解，抑制析出相在轧制时候的析出，有利于保持较多的析出元素于轧后的冷却过程中在铁素体中析出，加强了析出强化。

此外Mn可扩大奥氏体相区，降低过冷奥氏体相的转变温度，有利于相变组织的细化。

P: 15ppm以下，低的磷含量可使钢具有良好的韧性、冷成形性和焊接性。

S:530ppm以下，低的硫含量使钢具有较好的韧性和冷成形性。

Nb:0.050~0.065%，通过细晶强化和析出强化提高钢的强度。

Nb可提高奥氏体的再结晶温度，即在较高的温度下实现奥氏体非再结晶区轧制，从而可使轧件在较高的温度下完成轧制变形，同时得到细小的相变组织。

此外部分Nb在铁素体区析出，强化铁素体基体。

Ti:0.10~0.12%，通过析出强化提高钢的强度。

轧制工艺要点
一、加热温度
Q690是以析出强化为主的高强度钢材，它的强度很大部分来自轧制及轧后冷却过程产生的析出，这些析出主要是:TIN、TIC、NbN和NbC等。

它们的晶体结构相同，可以完全互溶，形成Mx(CN)，其具体组成决定于成分和温度。

连铸生产完成后，板坯中已经存在了大量的碳、氮化物析出，如果这些析出物没有在板坯加热过程中固溶的话，在整个热轧生产过程中这些析出物对材料的组织变化就不产生任何作用，它们不仅不能对析出强化和细晶强化做贡献，甚至可能因有较大颗粒的析出物存在而对材料的塑性和韧性不利。

这时，这类析出物所占用的微合金化元素没有起到预期的强化作用。

因此，选择较高的加热温度是析出强化钢所必需的。

在这一温度下，必须使得已经存在的大部分Nb和Ti的C、N化物再度固溶，然后在轧制和卷取过程中析出，起到晶粒细化和析出强化等。

二、轧制温度
Q690采用两阶段轧制，在奥氏体再结晶区完成一阶段轧制，在奥氏体未再结晶区完成二阶段轧制。

从理论上分析，如果采用较低的轧制温度，将加大材料在非再结晶奥氏体区的变形，增加变形奥氏体中的位错，促进得到细晶粒转变组织，加强了细晶强化。

但薄规格Q690高强度钢板的轧制，为了减轻轧机的载荷，需要采用较高的终轧温度。

Nb能提高奥氏体的再结晶温度，使奥氏体在比较高的温度下仍处于未再结晶区，因而
可以实现在非再结晶区多道次累积大变形量，使奥氏体内部晶粒产生大量位错和变形带，促进细晶转变。

三、轧后冷速
采用较大的冷速对提高材料的强度非常有利，可以抑制等轴铁素体和珠光体的产生，增大晶界不规则铁素体和贝氏体分数，这种组织因有晶内位错的存在而有较大的强度，且由于晶内位错的存在有利于铁素体区内的Nb和Ti的碳氮化物析出。

且增大相变过冷度，有利于晶粒细化。

轧制完成后应立即开始水冷，Q690终轧温度高，容易产生回复和再结晶，影响非再结晶区控轧效果。

四、卷取温度
卷取温度影响析出强化和位错强化这两种既互相促进、又相互制约的强化机制。

卷取温度高，析出增多，但由于非多边形铁素体业少，对材料强化效果最好的晶粒内的析出不多，位错强化也弱。

卷取温度太低，非多边形铁素体增加，位错强化加强，但由于动力学的原因析出被抑制，也不能达到最佳强化效果。

所以，选取的卷取温度必须兼顾以上两个方面。

国外研究表明，Nb和Ti的碳化物在铁素体的最佳析出温度为600C O左右
五、市场需求
目前国内重型汽车年产量约50万辆，年需求高强度大梁钢50~55万吨。

六、研发计划制度。