Q890E高强度调质钢锻件成分及热处理工艺研究

2016-06-21郭金玲太原重工锻造分公司锻压厂

锻造与冲压 2016年7期

文/郭金玲·太原重工锻造分公司锻压厂

文/郭金玲·太原重工锻造分公司锻压厂

应用于TZM1200全路面伸缩臂起重机的Q890E材质的锻件种类多、批量大、技术要求高，调质后力学性能需满足Rm≥890MPa，ReL在940 ～1100MPa之间，A≥11%，KV2≥27J（－40℃）。GB/T 16270-2009要求的Q890E材料的化学成分范围宽泛，所以确定较准确的化学成分、调质热处理工艺及力学性能检测（尤其是低温冲击）成为研究重点。

主要开发内容

产品主要技术参数及指标

Q890E为高强度调质结构钢，此材料锻件具有三大特点：⑴综合力学性能要求非常高，高强度的同时要求高的低温冲击韧性；⑵全是跨焊件，要求具有良好的焊接性能，碳当量CEV≤0.82，这就大大限制了化学成分的配比；⑶唯一可供参考的标准GB/ T 16270-2009《高强度结构用调质钢板》为钢板标准，标准中仅规定了控轧控冷制薄钢板的一些技术要求，所以对于截面为500mm的自由锻造锻件没有具体的标准可作参考，同时标准中化学成分的范围只有上限规定，没有作出下限规定，只要力学性能合格，每种元素的化学成分在200倍范围内浮动都属正常，而化学成分对材料力学性能的影响是“差之毫厘，失之千里”，所以初次生产Q890E材质的锻件，化学成分范围的确定成为技术攻关中的重点和难点。GB/ T 16270-2009标准中对Q890E化学成分的要求如表1所示。

表1 Q890E化成成分要求

根据需要，生产厂家可加入一种或几种合金元素，最大值应符合表中规定。钢中应添加Nb、Ti、V、Al中的一种细化晶粒元素，其中至少一种元素的最小量为0.015%（对于Al为Als），也可以用 Alt替代Als，此时最小量为0.018%。与其他低合金高强度结构钢相比，其化学成分上限更高，高达2%，确定相对准确的化学成分范围才能从根本上保证材料的性能。要保证其强度，低温冲击符合要求并具有良好的焊接性，只能通过增加微量元素来达到细化晶粒的目的。

开发设计方案

⑴确定Q890E高强度调质结构钢最优化学成分范围。

在微量元素的调整中考虑了微量元素对力学性能的影响特点。试验表明，对于Q890E材料，Nb/V复合微合金化钢的强度高于Nb微合金化钢，Nb微合金化钢高于V微合金化钢，但－40℃的低温韧性V微合金化钢远远高于Nb/V复合微合金化钢和Nb微合金化钢。在终锻温度较高的情况下Nb推迟形变奥氏体再结晶的作用不明显，虽然Nb/V复合微合金化钢晶粒有一定程度的细化，但由于微合金元素的沉淀强化及组织中贝氏体的出现，导致含Nb微合金化钢低温韧性不能满足使用要求。采用V微合金化钢可以满足钢材－40℃的低温韧性的要求。

两支试验钢锭的冶炼化学成分如表2所示，两支小钢锭经有效锻造和调质处理后，力学性能如表3所示，均基本能满足要求，ZG320-2强度略低，但低温韧性较高，仅需略调整热处理工艺参数即可，说明材料化学成分的确定和钢锭的冶炼方法是可行的，可以进行批量化生产。

⑵与炼钢厂签订Q890E材料采购技术协议，进行批量化生产，材料采购回厂后对原材料进行化学成分成品分析和金相检测，检测结果均符合采购要求。

⑶根据图纸要求出具锻造工艺，锻造成形。锻件粗加工后实物照片如图1所示。

图1 锻件实物图

表2 Q890E化学成分

⑷调质工艺的热处理参数，包括淬火温度、回火温度、冷却方式以及内部组织检测等。因为标准GB/T 16270-2009《高强度结构用调质钢板》中主要规定了试棒的力学性能值和厚度为100mm以下规格钢板的力学性能值，我们的Q890E产品为规格30mm～500mm尺寸不等的锻件，本体的力学性能无从参考，所以汇集国标各种材料力学性能值根据锻件截面增大力学性能值递减的幅度规律，与此产品的主任设计师协商，共同确定了此产品力学性能值验收的依据。

应用情况及开发目标完成情况

TZM1200全路面伸缩臂起重机（图2）项目，共计生产Q890E系列锻件680件，合计锻件重量80t，全部锻件力学性能、超声波探伤一次性合格交货，实现了按计划开发新产品的目标。

产品交付用户后经用户对试板进行焊接工艺性能评定，试验结果合格，结果见表3。

表3 焊接工艺性能评定

图2 伸缩臂起重机

项目关键技术及创新点

初次生产Q890E材料，化学成分范围的确定成为技术攻关中的重点和难点。参考控轧控冷钢板的化学成分范围，进行微量化学元素的调整，确定化学成分目标范围，根据目标范围进行两支小钢锭的冶炼试验，对试制钢锭锻造成形后，进行热处理试验，试验成功后进行批量化生产。通过试制和批量化生产的实践证明此次产品开发的策划非常成功，80t锻件全部力学性能、超声波探伤一次性合格，按期向用户交货。