Q890E高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼鍛件成分及熱處理工藝研究

文/郭金玲·太原重工鍛造分公司鍛壓廠

Q890E高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼鍛件成分及熱處理工藝研究

文/郭金玲·太原重工鍛造分公司鍛壓廠

應(yīng)用于TZM1200全路面伸縮臂起重機(jī)的Q890E材質(zhì)的鍛件種類(lèi)多、批量大、技術(shù)要求高，調(diào)質(zhì)后力學(xué)性能需滿(mǎn)足Rm≥890MPa，ReL在940 ～1100MPa之間，A≥11%，KV2≥27J（－40℃）。GB/T 16270-2009要求的Q890E材料的化學(xué)成分范圍寬泛，所以確定較準(zhǔn)確的化學(xué)成分、調(diào)質(zhì)熱處理工藝及力學(xué)性能檢測(cè)（尤其是低溫沖擊）成為研究重點(diǎn)。

主要開(kāi)發(fā)內(nèi)容

產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)

Q890E為高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，此材料鍛件具有三大特點(diǎn)：⑴綜合力學(xué)性能要求非常高，高強(qiáng)度的同時(shí)要求高的低溫沖擊韌性；⑵全是跨焊件，要求具有良好的焊接性能，碳當(dāng)量CEV≤0.82，這就大大限制了化學(xué)成分的配比；⑶唯一可供參考的標(biāo)準(zhǔn)GB/ T 16270-2009《高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用調(diào)質(zhì)鋼板》為鋼板標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中僅規(guī)定了控軋控冷制薄鋼板的一些技術(shù)要求，所以對(duì)于截面為500mm的自由鍛造鍛件沒(méi)有具體的標(biāo)準(zhǔn)可作參考，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)中化學(xué)成分的范圍只有上限規(guī)定，沒(méi)有作出下限規(guī)定，只要力學(xué)性能合格，每種元素的化學(xué)成分在200倍范圍內(nèi)浮動(dòng)都屬正常，而化學(xué)成分對(duì)材料力學(xué)性能的影響是“差之毫厘，失之千里”，所以初次生產(chǎn)Q890E材質(zhì)的鍛件，化學(xué)成分范圍的確定成為技術(shù)攻關(guān)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。GB/ T 16270-2009標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)Q890E化學(xué)成分的要求如表1所示。

表1 Q890E化成成分要求

根據(jù)需要，生產(chǎn)廠家可加入一種或幾種合金元素，最大值應(yīng)符合表中規(guī)定。鋼中應(yīng)添加Nb、Ti、V、Al中的一種細(xì)化晶粒元素，其中至少一種元素的最小量為0.015%（對(duì)于Al為Als），也可以用 Alt替代Als，此時(shí)最小量為0.018%。與其他低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼相比，其化學(xué)成分上限更高，高達(dá)2%，確定相對(duì)準(zhǔn)確的化學(xué)成分范圍才能從根本上保證材料的性能。要保證其強(qiáng)度，低溫沖擊符合要求并具有良好的焊接性，只能通過(guò)增加微量元素來(lái)達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。

開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案

⑴確定Q890E高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼最優(yōu)化學(xué)成分范圍。

在微量元素的調(diào)整中考慮了微量元素對(duì)力學(xué)性能的影響特點(diǎn)。試驗(yàn)表明，對(duì)于Q890E材料，Nb/V復(fù)合微合金化鋼的強(qiáng)度高于Nb微合金化鋼，Nb微合金化鋼高于V微合金化鋼，但－40℃的低溫韌性V微合金化鋼遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Nb/V復(fù)合微合金化鋼和Nb微合金化鋼。在終鍛溫度較高的情況下Nb推遲形變奧氏體再結(jié)晶的作用不明顯，雖然Nb/V復(fù)合微合金化鋼晶粒有一定程度的細(xì)化，但由于微合金元素的沉淀強(qiáng)化及組織中貝氏體的出現(xiàn)，導(dǎo)致含Nb微合金化鋼低溫韌性不能滿(mǎn)足使用要求。采用V微合金化鋼可以滿(mǎn)足鋼材－40℃的低溫韌性的要求。

兩支試驗(yàn)鋼錠的冶煉化學(xué)成分如表2所示，兩支小鋼錠經(jīng)有效鍛造和調(diào)質(zhì)處理后，力學(xué)性能如表3所示，均基本能滿(mǎn)足要求，ZG320-2強(qiáng)度略低，但低溫韌性較高，僅需略調(diào)整熱處理工藝參數(shù)即可，說(shuō)明材料化學(xué)成分的確定和鋼錠的冶煉方法是可行的，可以進(jìn)行批量化生產(chǎn)。

⑵與煉鋼廠簽訂Q890E材料采購(gòu)技術(shù)協(xié)議，進(jìn)行批量化生產(chǎn)，材料采購(gòu)回廠后對(duì)原材料進(jìn)行化學(xué)成分成品分析和金相檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均符合采購(gòu)要求。

⑶根據(jù)圖紙要求出具鍛造工藝，鍛造成形。鍛件粗加工后實(shí)物照片如圖1所示。

圖1 鍛件實(shí)物圖

表2 Q890E化學(xué)成分

⑷調(diào)質(zhì)工藝的熱處理參數(shù)，包括淬火溫度、回火溫度、冷卻方式以及內(nèi)部組織檢測(cè)等。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)GB/T 16270-2009《高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用調(diào)質(zhì)鋼板》中主要規(guī)定了試棒的力學(xué)性能值和厚度為100mm以下規(guī)格鋼板的力學(xué)性能值，我們的Q890E產(chǎn)品為規(guī)格30mm～500mm尺寸不等的鍛件，本體的力學(xué)性能無(wú)從參考，所以匯集國(guó)標(biāo)各種材料力學(xué)性能值根據(jù)鍛件截面增大力學(xué)性能值遞減的幅度規(guī)律，與此產(chǎn)品的主任設(shè)計(jì)師協(xié)商，共同確定了此產(chǎn)品力學(xué)性能值驗(yàn)收的依據(jù)。

應(yīng)用情況及開(kāi)發(fā)目標(biāo)完成情況

TZM1200全路面伸縮臂起重機(jī)（圖2）項(xiàng)目，共計(jì)生產(chǎn)Q890E系列鍛件680件，合計(jì)鍛件重量80t，全部鍛件力學(xué)性能、超聲波探傷一次性合格交貨，實(shí)現(xiàn)了按計(jì)劃開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的目標(biāo)。

產(chǎn)品交付用戶(hù)后經(jīng)用戶(hù)對(duì)試板進(jìn)行焊接工藝性能評(píng)定，試驗(yàn)結(jié)果合格，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 焊接工藝性能評(píng)定

圖2 伸縮臂起重機(jī)

項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

初次生產(chǎn)Q890E材料，化學(xué)成分范圍的確定成為技術(shù)攻關(guān)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。參考控軋控冷鋼板的化學(xué)成分范圍，進(jìn)行微量化學(xué)元素的調(diào)整，確定化學(xué)成分目標(biāo)范圍，根據(jù)目標(biāo)范圍進(jìn)行兩支小鋼錠的冶煉試驗(yàn)，對(duì)試制鋼錠鍛造成形后，進(jìn)行熱處理試驗(yàn)，試驗(yàn)成功后進(jìn)行批量化生產(chǎn)。通過(guò)試制和批量化生產(chǎn)的實(shí)踐證明此次產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的策劃非常成功，80t鍛件全部力學(xué)性能、超聲波探傷一次性合格，按期向用戶(hù)交貨。

結(jié)束語(yǔ)

⑴合理的控制冶煉化學(xué)成分范圍，是保證鍛件力學(xué)性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的前提。

⑵920℃的水淬+650℃的回火工藝能保證鍛件良好的強(qiáng)度和低溫沖擊性能。

⑶碳當(dāng)量CEV≤0.82，保證材料具有良好的焊接性能。