本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种690mpa级别调质高强度钢板及其生产方法。
背景技术：
国内工程机械行业用70kg级高强钢大多来自进口如日本welten70c、sumiten70、瑞典sumtin690、美国a514gr.b及德国dillinger钢铁公司生产的dillmax690钢板，德国dillinger钢铁公司生产的dillmax690钢板内c（0.18%）含量较高、cr（1.50%）、ni（1.80%）合金含量较高，钢板成本价格上升。上述几种进口钢价格普遍很高。
随着高强钢在国内制造行业中用量逐渐增大，国内无法满足日益增长的市场需求。为了缓解我国海洋采油平台用高强度钢板的供应紧张问题，彻底扭转海洋采油平台用高强度钢板长期依赖进口的不利局面，同时也为了振兴我国的民族工业，舞钢利用设备优势，研制开发了大厚度海洋采油平台用690mpa级别调质高强钢，由于该钢的技术含量高、开发难度大，在国内生产尚属首次，开发该钢种具有以产顶进实现国产化的效应，而且具有良好的市场前景。该钢材的主要特点在于：（1）-20℃横向冲击功大于80j；（2）钢板耐磨性良好，满足表面钢板硬度大于360hb要求；（3）强度级别高，达到690mpa级别，保证钢结构的支撑能力。（4）由于没有加入贵重的nb、mo、ni、cr等合金生产成本低。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种690mpa级别调质高强度钢板及其生产方法；钢板具有良好的强韧性匹配，实现机械性能、加工性能良好，满足平台工程装备制造工厂施工工艺条件的要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种690mpa级别调质高强度钢板，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.18～0.22%、si：0.20～0.40%、p≤0.025%、s≤0.015%、mn：1.7～2.2%、n：0.0060～0.0120%、v：0.090～0.12%、b：0.003～0.005%，其余为fe和不可避免的杂质元素。
本发明所述钢板厚度为10～50mm，钢板组织类型为：回火索氏体+回火马氏体。
本发明所述钢板力学性能：屈服强度rp0.2≥670mpa，抗拉强度rm≥730mpa，a50≥20%，-20℃横向冲击功≥80j，表面硬度hb≥360。
本发明还提供了一种690mpa级别调质高强度钢板的生产方法，所述生产方法包括冶炼、加热、轧制、冷却、缓冷、调质热处理工序；所述调质热处理工序，采用淬火+回火工艺，淬火温度为800～850℃，回火温度为610～630℃。
本发明所述冶炼工序，钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，喂al线≥3m/t钢，白渣保持时间≥55min；石灰用量≥19kg/t钢，过程及扒渣[al]≥0.018%；总精炼时间≥65min，精炼完毕后吊包vd炉真空处理，真空前加入vn合金，真空度≤66pa，真空保持时间≥20min时破坏真空，最大限度减少钢中非金属夹杂物、有害元素含量，保证钢水的纯净度。
本发明所述加热工序，为了避免低合金高强度钢锭表面出现炸裂，钢坯温送、温清、温装，装钢前晾炉≥30min，焖钢1h；低温慢速加热，最高加热温度≤1220℃，保证钢坯透烧均匀。
本发明所述轧制工序，采用ⅱ型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度950～1100℃，此阶段道次压下量为10～25%，累计压下率≥70%，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度≤900℃，终轧温度≤820℃，累计压下率≥30%。
本发明所述冷却工序，轧后钢板入acc快速冷却，返红温度650～750℃。
本发明所述缓冷工序，钢板轧后堆垛缓冷，堆放时钢板头部或肩部尽可能对齐，堆垛时间≥48h。
本发明所述调质热处理工序，淬火保温时间30～90min，淬火的冷却介质为水；回火总加热时间5min/mm（即按钢板厚度的毫米数，每毫米加热5分钟计算）。
本发明设计思路：
本发明690mpa级别的调质高强钢采用b-n-v系微合金元素复合强化，经过合理的热处理工艺，获得良好的强韧性匹配。本发明中碳含量在0.18～0.22%，高强钢的发展是逐步降低碳含量的过程，碳含量的降低，利于提高钢的韧性；si含量在0.20-0.40%，si主要以固溶强化形式提高钢的强度，但不可含量过高，以免降低钢的韧性；适量的v-n-b能显著增加钢的淬透性，推迟过冷奥氏体向珠光体转变，并形成纳米级颗粒在晶界内析出，细化组织晶粒度，钢板轧后再经过acc快速冷却，基本可以消除钢中铁素体和珠光体的生成；单独的v经过ⅱ型控轧后，v的c、n化物析出，强烈提高钢板的强度，杂质元素p、s等含量下限不做限制，在工艺设备能力下尽可能降低，以达到钢质纯净，力学性能均匀的目的。
本发明690mpa级别调质高强度钢板标准参考gb/t1591；钢板性能检测方法标准参考gb/t228，gb/t229。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明690mpa级别的调质高强钢采用b-n-v系微合金元素复合强化，经过合理的热处理工艺，获得良好的强韧性匹配。2、本发明钢采用电炉冶炼，p、s含量低，钢质纯净，深受广大用户欢迎。3、本发明钢加入的贵重金属含量少，成本低，具有强大的市场竞争力。4、本发明的方法生产的钢板板型良好，不平度达到≤4mm/m，可减少制作方的制作钢板矫平费用80元/吨。5、由于本发明钢有优良的综合性能，目前用于海洋平台工程上，强度和冲击韧性有相当大的富裕量，也可广泛推广应用于电站、工程支架及其它行业，具有很好的应用前景。6、本发明钢种其轧制工艺简单，调质工艺范围广，易于操作，适合于有淬火机的钢铁厂生产。7、采用本发明钢替代进口钢，进口钢价按每吨15000元，如按平均生产成本9600元／吨，本发明的钢比进口节约5400元／吨。8、制造厂如制造工程机械采用调质高强钢和采用低合金钢相比，可减轻自重10～50%，并可提高设备性能和使用寿命，同时节约了能源，因此会给制造和使用部门带来更大效益。9、本发明钢板厚度为10～50mm，钢板组织类型为：回火索氏体+回火马氏体。10、本发明钢板力学性能：屈服强度rp0.2≥670mpa，抗拉强度rm≥730mpa，a50≥20%，-20℃横向冲击功≥80j，表面硬度hb≥360。
附图说明
图1为实施例1钢板的金相500x微观组织图；
图2为实施例1钢板的金相100x微观组织图；
图3为实施例2钢板的金相500x微观组织图；
图4为实施例2钢板的金相100x微观组织图；
图5为实施例3钢板的金相500x微观组织图；
图6为实施例3钢板的金相100x微观组织图；
图7为实施例4钢板的金相500x微观组织图；
图8为实施例4钢板的金相100x微观组织图；
图9为实施例5钢板的金相500x微观组织图；
图10为实施例5钢板的金相100x微观组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细地说明；
实施例1
本实施例690mpa级别的调质高强钢板厚度为13mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.18%、si：0.21%、mn：1.72%、p：0.015%、s：0.005%、v：0.093%、b：0.0032%、n：0.0068%，其余为fe和不可避免的杂质元素。
本实施例690mpa级别调质高强度钢板的生产方法包括冶炼、加热、轧制、冷却、缓冷、调质热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，喂al线3.0m/t钢，白渣保持时间55min；石灰用量19kg/t钢，过程及扒渣[al]：0.018%；总精炼时间65min，精炼完毕后吊包vd炉真空处理，真空前加入vn合金，真空度66pa，真空保持时间20min时破坏真空；
（2）加热工序：钢坯温送、温清、温装，装钢前晾炉30min，焖钢1h，最高加热温度1220℃；
（3）轧制工艺：采用ⅱ型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度950℃，此阶段道次压下量为10%，累计压下率70%；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度800℃，终轧温度710℃，累计压下率50%；
（4）冷却工序：轧后钢板入acc快速冷却，返红温度750℃；
（5）缓冷工序：钢板轧后堆垛缓冷，堆垛时间48h；
（6）调质热处理工序：淬火温度为800℃，保温时间50min，淬火的冷却介质为水；回火温度为620℃，回火总加热时间5min/mm。
本实施例690mpa级别调质高强度钢板力学性能：屈服强度720mpa，抗拉强度：890mpa，延伸率a50：27%，板厚1/2处-20℃冲击功akv（横向）113、106、102j，面缩：78%；组织图见图1、图2，组织为回火索氏体+回火马氏体，表面硬度385hb。
实施例2
本实施例690mpa级别的调质高强钢板厚度为28mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.20%、si：0.28%、mn：1.93%，p：0.012%、s：0.003%、v：0.106%、b：0.0039%、n：0.0092%，其余为fe和不可避免的杂质元素。
本实施例690mpa级别调质高强度钢板的生产方法包括冶炼、加热、轧制、冷却、缓冷、调质热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，喂al线3.5m/t钢，白渣保持时间60min；石灰用量20kg/t钢，过程及扒渣[al]：0.020%；总精炼时间68min，精炼完毕后吊包vd炉真空处理，真空前加入vn合金，真空度63pa，真空保持时间25min时破坏真空；
（2）加热工序：钢坯温送、温清、温装，装钢前晾炉30min，焖钢1h，最高加热温度1200℃；
（3）轧制工艺：采用ⅱ型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度1100℃，此阶段道次压下量为25%，累计压下率85%；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度820℃，终轧温度720℃，累计压下率55%；
（4）冷却工序：轧后钢板入acc快速冷却，返红温度650℃；
（5）缓冷工序：钢板轧后堆垛缓冷，堆垛时间52h；
（6）调质热处理工序：淬火温度为820℃，保温时间70min，淬火的冷却介质为水；回火温度为610℃，回火总加热时间5min/mm。
本实施例690mpa级别调质高强度钢板力学性能：屈服强度749mpa，抗拉强度：885mpa，延伸率a50：27.5%，板厚1/2处-20℃冲击功akv（横向）133j、129j、112j，面缩：76%；组织图见图3、图4，组织为回火索氏体+回火马氏体，表面硬度406hb。
实施例3
本实施例690mpa级别的调质高强钢板厚度为42mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.21%、si：0.34%、mn：2.20%、p：0.012%、s：0.003%、v：0.114%、b：0.0042%、n：0.0102%，其余为fe和不可避免的杂质元素。
本实施例690mpa级别调质高强度钢板的生产方法包括冶炼、加热、轧制、冷却、缓冷、调质热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，喂al线3.2m/t钢，白渣保持时间57min；石灰用量21kg/t钢，过程及扒渣[al]：0.019%；总精炼时间66min，精炼完毕后吊包vd炉真空处理，真空前加入vn合金，真空度65pa，真空保持时间23min时破坏真空；
（2）加热工序：钢坯温送、温清、温装，装钢前晾炉35min，焖钢1h，最高加热温度1210℃；
（3）轧制工艺：采用ⅱ型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度1000℃，此阶段道次压下量为15%，累计压下率75%；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度805℃，终轧温度705℃，累计压下率50%；
（4）冷却工序：轧后钢板入acc快速冷却，返红温度680℃；
（5）缓冷工序：钢板轧后堆垛缓冷，堆垛时间55h；
（6）调质热处理工序：淬火温度为840℃，保温时间42min，淬火的冷却介质为水；回火温度为610℃，回火总加热时间5min/mm。
本实施例690mpa级别调质高强度钢板力学性能：屈服强度799mpa，抗拉强度：895mpa，延伸率a50：25.5%，板厚1/2处-20℃冲击功akv（横向）120j、116j、92j，面缩：72%；组织图见图5、图6，组织为回火索氏体+回火马氏体，表面硬度409hb。
实施例4
本实施例690mpa级别的调质高强钢板厚度为50mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.22%、si：0.40%、mn：2.12%、p：0.012%、s：0.003%、v：0.12%、b：0.005%、n：0.012%，其余为fe和不可避免的杂质元素。
本实施例690mpa级别调质高强度钢板的生产方法包括冶炼、加热、轧制、冷却、缓冷、调质热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，喂al线3.8m/t钢，白渣保持时间58min；石灰用量22kg/t钢，过程及扒渣[al]：0.018%；总精炼时间70min，精炼完毕后吊包vd炉真空处理，真空前加入vn合金，真空度60pa，真空保持时间21min时破坏真空；
（2）加热工序：钢坯温送、温清、温装，装钢前晾炉32min，焖钢1h，最高加热温度1215℃；
（3）轧制工艺：采用ⅱ型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度1050℃，此阶段道次压下量为20%，累计压下率80%；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度830℃，终轧温度690℃，累计压下率55%；
（4）冷却工序：轧后钢板入acc快速冷却，返红温度720℃；
（5）缓冷工序：钢板轧后堆垛缓冷，堆垛时间50h；
（6）调质热处理工序：淬火温度为850℃，保温时间30min，淬火的冷却介质为水；回火温度为620℃，回火总加热时间5min/mm。
本实施例690mpa级别调质高强度钢板力学性能：屈服强度728mpa，抗拉强度：844mpa，延伸率a50：27.4%，板厚1/2处-20℃冲击功akv（横向）92j、128j、122j，面缩：75%；组织图见图7、图8，组织为回火索氏体+回火马氏体，表面硬度396hb。
实施例5
本实施例690mpa级别的调质高强钢板厚度为10mm，其化学成分组成及质量百分含量为：c：0.19%、si：0.20%、mn：1.70%、p：0.025%、s：0.015%、v：0.090%、b：0.003%、n：0.0060，其余为fe和不可避免的杂质元素。
本实施例690mpa级别调质高强度钢板的生产方法包括冶炼、加热、轧制、冷却、缓冷、调质热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，喂al线3.4m/t钢，白渣保持时间55min；石灰用量19kg/t钢，过程及扒渣[al]：0.018%；总精炼时间65min，精炼完毕后吊包vd炉真空处理，真空前加入vn合金，真空度66pa，真空保持时间20min时破坏真空；
（2）加热工序：钢坯温送、温清、温装，装钢前晾炉30min，焖钢1h，最高加热温度1220℃；
（3）轧制工艺：采用ⅱ型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度1020℃，此阶段道次压下量为18%，累计压下率77%；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度900℃，终轧温度820℃，累计压下率30%；
（4）冷却工序：轧后钢板入acc快速冷却，返红温度700℃；
（5）缓冷工序：钢板轧后堆垛缓冷，堆垛时间48h；
（6）调质热处理工序：淬火温度为830℃，保温时间90min，淬火的冷却介质为水；回火温度为630℃，回火总加热时间5min/mm。
本实施例690mpa级别调质高强度钢板力学性能：屈服强度758mpa，抗拉强度：874mpa，延伸率a50：28.4%，板厚1/2处-20℃冲击功akv（横向）102j、118j、126j，面缩：77%；组织图见图9、图10，组织为回火索氏体+回火马氏体，表面硬度405hb。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。