一种q690cf热轧钢板及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高强钢生产技术开发领域，特别涉及了一种Q690CF热乳钢板及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，钢结构工程均向大型化、轻量化、高参数化发展，如大跨度桥梁、大型水电 站、重型工程机械等。这要求结构用钢具有更高强度、更好韧性、塑性和焊接性能。大型工程 建造采用高强度结构钢，意味着可在满足高负荷条件的同时降低原料成本、减轻材料重量。 但是，高强度结构钢往往会带来韧性的降低。此外，对于高强度调质钢来说，大量合金元素 的添加会严重恶化其焊接性能。尤其在低热输入量下，高强钢焊接接头容易形成焊接冷裂 纹而破坏工程体系的结构完整性。为了预防焊接冷裂纹的形成，需要对钢板进行焊前预热 处理，且焊接裂纹敏感系指数Pcm越大，预热温度越高。然而，预热工序的增加不仅影响了 生产效率、增加能耗，而且会导致焊接工况变差，焊接接头性能不稳定，甚至会影响结构件 的安全服役性能。因此，开发出一种无需预热的低焊接裂纹敏感性高强钢是极具社会、经济 效益的。
[0003] 随着热机械控制技术（TMCP)和微合金化技术的发展，各类高级别钢种均采用微 合金化技术来降低合金元素总含量，以析出强化机制进一步提高钢板强度，利用TMCP技术 细化奥氏体晶粒，形变奥氏体的高位错密度有利于提高相变产物的强度，结合在线快速冷 却（ACC)工艺来精确控制显微组织配比，'以水代合金'的思想可以减少合金元素含量，显著 降低原料成本，同时也保证了低焊接裂纹敏感性指数，改善钢板的可焊性。
[0004] 低焊接裂纹敏感性钢，国际上又称CF(CrackFree)钢，是一类具有低碳当量，低 Pcm值，焊接性能优异的钢种，一般认为在不预热或低预热条件下焊接也不出现裂纹；为了 进一步提高其强度，同样需要采用TMCP和微合金化技术；YB/T4137黑色冶金行业标准也 规定其供货状态有TMCP、TMCP+回火或调质处理。
[0005]目前，已有一些关于低焊接裂纹敏感性钢板的发明专利，但这些发明专利中往往 只涉及了强度级别较低的钢种（如屈服强度在550MPa左右），一般需要采用额外的热处理 工艺来改善其韧性，这种生产方式不仅增加了生产成本，而且降低了生产效率。个别发明专 利也涉及到屈服强度690MPa级热乳钢板的制造，但是其成分中需要添加较多的B元素，'硼 脆'现象是非常难以预料和控制的。现对已公开的相关专利进行如下说明。
[0006] 专利CN101476080A、CN101812634A、CN104195429A均采用 了乳后离线调质工艺 (淬火+回火）来制备低焊接裂纹敏感性高强钢板，生产工艺复杂，生产效率低。如后两个 专利所述，当目标抗拉强度较高时（大于700MPa)，成分设计还需要添加一定量的B来提高 钢板的淬透性，保证其抗拉强度。
[0007] 专利CN1932063A、CN101096738A、CN102888571A均采用了乳后高温回火（600 ~ 650°C)工艺，且回火时间较长。显然，这种生产方式同样能耗大，不利于提高生产效率。此 外，这三个专利所涉及的目标钢种屈服强度级别远低于690MPa。
[0008] 对于专利CN101481774A、CN101353759A来说，尽管这两个专利都采用TMCP工艺制 备低焊接裂纹敏感性钢，但其所涉及的钢种屈服强度级别仅为500MPa和550MPa级别。专 利CN101418418A"屈服强度690MPa级低裂纹敏感性钢板及其制造方法"涉及了屈服强度 大于690MPa的高强结构钢，但其实例成分体系中，大多数采用了较高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元素是一种易偏聚的元素，硼脆相Fe23(CB)d^析出会导致钢板的冲击韧性 不稳定，同时焊接母材的B含量较高，提高了热影响区的淬硬性，增大了焊接冷裂纹形成的 倾向性。
[0009] 由上分析可知，目前极少有专利涉及到屈服强度为690MPa级别的低焊接裂纹敏 感性钢板的开发；然而，在大型工程机械等焊接用结构钢的发展需求下，保证高强钢板的可 焊性和焊接产品的安全服役性能是尤为关键的，因此，必须开发一种高强度高韧性的低焊 接裂纹敏感性钢。为了解决这一难题，本发明将提供一种新型的成分设计，采用TMCP+快冷 工艺制备出综合性能优良的低焊接裂纹敏感性热乳钢板。
【发明内容】
[0010] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种Q690CF热乳钢板及其制备方法。基于多 元微合金化技术，设计合理的化学组分，通过两阶段控制乳制和在线快速冷却技术，制备出 综合力学性能优良的热乳钢板。
[0011] Q690CF钢是指屈服强度级别高于690MPa且具有低焊接裂纹敏感性的一类钢种。
[0012] 本发明的Q690CF热乳钢板，化学成分按质量百分比为：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%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0013] 本发明的Q690CF热乳钢板，焊接裂纹敏感性指数Pcm值不大于0. 20%。
[0014] 本发明的Q690CF热乳钢板，显微组织中贝氏体型铁素体和针状铁素体的面积百 分含量彡90%，贝氏体和铁素体的板条宽度均分布在0. 1~0. 7μm。
[0015] 本发明的Q690CF热乳钢板，力学性能为：750MPa彡屈服强度（RpO. 2)彡690MPa， 94010^彡抗拉强度（伽）彡81010^，22.5%彡延伸率仏）彡17%，25011彡-20°(：冲击吸收功 (Akv)彡 180J，屈强比（RpO. 2/Rm)彡 0· 93。
[0016] 本发明的Q690CF热乳钢板，热乳成品钢板的厚度范围为12~25mm。
[0017] 本发明的Q690CF热乳钢板中，对化学成分配比设计作详细叙述：
[0018] C:是低碳钢中最主要的固溶元素，甚至可过饱和固溶于高位错密度的贝氏体基体 中，起到固溶强化的作用；此外，还与强碳氮化合物形成元素结合形成弥散细小析出相，起 到析出强化的作用；但是碳含量的增加会明显恶化钢的焊接性能，也不利于冲击韧性，因此 本发明中碳含量控制在0.05~0.08%。
[0019] Si:是炼钢中脱氧的重要元素之一，在钢中可以固溶于铁素体基体，起到固溶强化 的作用，同时还可以抑制渗碳体析出，但是过多加入会恶化塑性、提高韧脆转变温度，因此 其含量控制为〇. 22~0. 30%。
[0020] Μη:是稳定奥氏体元素，可有效降低Ar3温度，促进贝氏体相变，细化显微组织， 提高强度并且一定程度上可改善韧性，尤其在低碳条件下，Μη的固溶强化作用更为显著。 但Μη含量过高会降低钢的韧性，且不利于钢的抗焊接冷开裂性能，综合考虑，Μη含量定在 1. 6 ~2. 0%〇
[0021] Α1 :同样是炼钢时的重要脱氧元素，还可以降低钢种Ν含量，形成Α1Ν阻止奥氏体 晶粒粗化，但Α1加入过多时，会影响钢板表面质量，因此其含量应在0. 2~0. 35%。
[0022] Cr、Mo:均可以提高钢的淬透性，其置换固溶于铁素体中，可替代Μη元素的作用， 复合添加优化其强化作用效果，但是Cr、Mo均可提高Pcm值，过多会导致可焊性变差，同时 也会增加成本，因此其含量应分别控制在0. 10~0. 35%，0. 20~0. 35%。
[0023]Ni、Cu:Ni可显著改善钢的低温韧性，但其价格昂贵；Cu可以起到析出强化的效 果，但容易引起晶界热裂纹，二者复合添加可以消除Cu所引起的晶界裂纹同时可以达到强 韧化的效果，其含量分别在0. 1~0.4%，0. 15~0.3%
[0024]Nb、V、Ti:均属于强碳氮化合物形成元素，Nb可以提高奥氏体的再结晶终止温度， 细化奥氏体晶粒尺寸；Ti与N形成TiN，可以有效组织奥氏体晶粒的粗化，同时也可以改 善母材焊接热影响区的冲击韧性；VC或V(CN)的弥散析出可以有效强化相变产物相；三者 的微量复合添加可以产生'协同沉淀强化效应'，同时改善钢板的强韧性，若含量过高，会 粗化析出相而导致强韧性降低，因此其含量分别控制在Nb:0. 025~0. 045%，V:0. 01~ 0.03%，11:0.005 ~0.03%为最适宜。
[0025] P、