TMCP工藝試制低碳貝氏體Q550D高強鋼

信海喜 徐壯 王佩鑫 （天津鋼鐵集團有限公司技術(shù)中心，天津 300301)

TMCP工藝試制低碳貝氏體Q550D高強鋼

信海喜 徐壯 王佩鑫 （天津鋼鐵集團有限公司技術(shù)中心，天津 300301)

采用低碳Cr-Mo微合金化成分設計思路，配以控軋控冷工藝在天鋼中厚板廠3 500 mm軋機上成功軋制出Q550D級低碳貝氏體高強鋼。對軋制的Q550D鋼板進行了力學性能檢測，同時對該鋼的顯微組織進行了分析。結(jié)果表明，研制的Q550D中厚鋼板的組織類型主要為針狀鐵素體+粒狀貝氏體，力學性能完全能夠滿足GB/T1591—2008要求，且低溫沖擊韌性和Z向性能優(yōu)異。

低碳貝氏體 微合金化 控軋控冷 試制

1 前言

以微合金化結(jié)合控軋控冷工藝生產(chǎn)非調(diào)質(zhì)高強度鋼的工藝方法，是鋼鐵生產(chǎn)上具有重要意義的成果之一，低碳貝氏體高強度鋼板就是其中一種。添加適當?shù)暮辖鹪?，利用控制軋制及控制冷卻，充分發(fā)揮合金元素的作用，通過各強化機制的組合來提高強韌性[1]。因此，低碳貝氏體鋼被國際上譽為21世紀鋼種[2]。天鋼為加快高附加值產(chǎn)品開發(fā)步伐，調(diào)整中厚板產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提升市場競爭力，在現(xiàn)有3 500 mm軋機上挖掘潛力，開發(fā)Q550級別高強度結(jié)構(gòu)鋼，從而占領高端產(chǎn)品市場。目前，天鋼開發(fā)出的Q550D高強結(jié)構(gòu)鋼已取得良好效果并得到市場認可，提升了中厚板產(chǎn)品檔次。

2 成分設計

我國的低碳貝氏體鋼的成分設計路線為：除微合金元素外，將Cu、Ni和Mo作為主要添加元素[3-4]。Ni和Mo都是非常昂貴的元素，其添加將造成生產(chǎn)成本的大幅提高。研究表明，Cr、Mo復合添加能夠有效提高淬透性[5-7]，而且相比之下，Cr比Ni的價格便宜至少十幾倍。因此，本次試制采用低碳、Cr、Mo復合添加，輔以Nb、Ti微合金化的成分設計思路，其成分范圍如表1所示。

表1 Q550D化學成分 wt/%

3 工藝流程及關鍵工藝參數(shù)

3.1 工藝流程

本次試制所采用的工藝流程為：高爐鐵水→頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐→LF精煉爐→板坯連鑄→板坯堆冷→板坯檢驗→蓄熱式加熱→高壓水除磷→粗軋→精軋→ACC層流冷卻→矯直→鋼板精整→鋼板檢驗→入庫。

3.2 冶煉工藝

3.2.1 轉(zhuǎn)爐

為保證鋼水質(zhì)量滿足控制要求，入爐鐵水成分要求Si≤0.80%，S≤0.030%，P≤0.100%。出鋼終點控制C≥0.06%，S≤0.010%，P≤0.008%，出鋼溫度控制在1 650～1 680℃范圍內(nèi)。加入低碳硅錳，鈮、釩、鈦鐵進行合金化，采用硅鋁鋇終脫氧操作。鋼水到站溫度目標：1 540～1 580 ℃。

3.2.2 LF精煉爐

進站后吹氬，根據(jù)鋼水情況，適當補充渣料，選擇合適的電壓、電流快速化渣，渣化好后，進行測溫、取樣。分期分批加入精煉渣料和還原劑，盡快形成白渣。白渣形成后，取鋼水樣做全分析，調(diào)整成分。白渣精煉時間≥20 min。通過控制，減小主要元素C、Si、Mn的含量波動，降低P、S等有害元素的含量。

3.2.3 連鑄

連鑄過程中控制低過熱度全程保護澆鑄，過熱度為25℃左右;使用專用的保護渣，防止吸氫和鋼水的二次氧化。采用凝固末端動態(tài)輕壓下技術(shù)來補償鑄坯最后凝固的收縮，減輕或消除中心偏析。采用弱冷卻制度，穩(wěn)定拉速在0.9～1.1 m/min之間。鑄坯低倍試樣結(jié)果分析質(zhì)量較好，其缺陷級別滿足產(chǎn)品要求而且鑄坯表面質(zhì)量較好。

3.3 軋制及冷卻工藝

鋼坯均熱溫度控制在1 250℃左右，保證Nb、Ti微合金元素充分固溶。采用兩階段軋制工藝，粗軋階段采用慢速、大壓下，縱軋道次壓下量≥15%，保證奧氏體發(fā)生充分再結(jié)晶，細化晶粒;在精軋階段保證累積壓下量≥60%，增加位錯、變形帶等缺陷密度，為后續(xù)貝氏體相變提供細化的初始組織。在冷卻階段，以較高的冷卻速度冷至中溫貝氏體相變區(qū)域，從而避開先共析鐵素體和珠光體區(qū)，全部發(fā)生低碳貝氏體相變。實際控制軋制的工藝參數(shù)如表2所示。

4 力學性能與顯微組織

4.1 力學性能

表3為Q550D國家標準（GB/T1591—2008)值，表4為本次試軋的Q550D鋼板的力學性能。從表4中數(shù)據(jù)可以看出，20 mm、30 mm規(guī)格鋼板的力學性能指標均能滿足國標要求，特別是低溫沖擊吸收功值較高，而且波動較小。另外，鋼板的Z向性能良好，均達到Z35要求，而且富余量較大。

4.2 顯微組織

表2 Q550D試制TMCP工藝參數(shù)

表3 GB/T1591—2008中Q550D力學性能的要求

圖1所示分別為20 mm和30 mm鋼板試樣的金相照片?？梢钥闯觯?0 mm規(guī)格的160#組織為針狀鐵素體+粒狀貝氏體，30 mm規(guī)格的174#組織為針狀鐵素體+粒狀貝氏體+少量板條貝氏體。對比160#和174#強度可以看出，174#抗拉強度明顯比160#高，可見，少量板條貝氏體的引入可以有效地提高抗拉強度。

圖1 20 mm和30 mm鋼板試樣的顯微組織

5 結(jié)果分析與討論

本次試制Q550D鋼板力學性能及金相組織均達到大角度晶界，將對提高沖擊韌性有利。結(jié)合具體生產(chǎn)實踐，通過控軋控冷實現(xiàn)組織細化，提高組織中大角度晶界的比例和數(shù)量是改善沖擊韌性最主要的途徑。針狀鐵素體具有晶內(nèi)單獨形核的特征，其晶界多具有為大角度取向差。在針狀鐵素體存在的情況下，裂紋在擴展過程中將不斷受到彼此咬合、相互交錯的針狀鐵素體的阻礙[9-10]，因此針狀鐵素體能有效阻止裂紋擴展，使組織具有更高的沖擊韌性。本次試制鋼板組織以針狀鐵素體和粒狀貝氏體為主，大量的針狀鐵素體是鋼板具有優(yōu)良低溫沖擊韌性的主要原因。6 結(jié)論

采用低碳Cr-Mo微合金化成分設計，合理控制TMCP工藝參數(shù)，成功開發(fā)了厚度20 mm、30 mm的Q550D級高強鋼，兩種規(guī)格的軋態(tài)鋼板各項力學性能指標均達到國標要求，低溫沖擊韌性和Z向性能良好。

[1]翁宇慶.超細晶鋼—鋼的組織細化理論與控制技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003：273-274.

[2]賀信萊.21世紀新鋼種-低碳貝氏體鋼[J].金屬世界，1996（6)：3-4.

[3]賀信萊，尚成嘉，楊善武，等.一種用于高強度低合金鋼生產(chǎn)的弛豫-析出-控制相變技術(shù)[P].中國專利：2001115650.3.2001.

[4]Wang X M，He X L，Yang S W，et al.Refining of intermediate transformation microstructure by relaxation processing[J].ISIJ International，2002，42（12):1 553-1 559.

[5]朱紅波，付金良，劉旭.液壓支架用80kg級高強鋼焊接坡口角度優(yōu)化研究[J].金屬鑄鍛焊技術(shù)，2009，38（21)：134-136.

[6]任芝蘭.HG70低合金高強度鋼焊接性研究 [D].長沙:中南大學，2008.

[7]汪瑞俊，杜曉東，孫國棟，等.鉻含量對Cr-Ni-Mo系低碳合金鋼組織性能的影響[J].材料熱處理，2007，36（8)：15-17.

[8]Yong Zhong，F(xiàn)uren Xiao，Jingwu Zhang，Yiyin Shan，Wei Wang，Ke Yang.In situ TEM study of the effect of M/A films at grain boundaries on crack propagation in an ultra-fine acicular ferrite pipeline steel[J].Acta Materiallia,2006（54):435-443,440.

[9]趙運堂，尚成嘉，賀信萊，郭暉.低碳Mo-Cu-Nb-B系微合金鋼的中溫轉(zhuǎn)變組織類型[J].金屬學報，2006，42（1)：54-58.

[10]高珊，鄭磊．不同微觀組織高強度管線鋼沖擊韌性的研究[J].寶鋼技術(shù)，2003（6)：26-30.

Q550D Low Carbon High Strength Bainite Steel Plate Trail with TMCP Process

Xin Haixi,Xu Zhuang,Wang Peixin

Q550D graded low carbon high strength bainite steel plate was successfully trailed and rolled on 3 500 mm Plate Rolling Mill,TISCO by means of low carbon Cr-Mo microalloying in combination with TMCP process.The mechanical properties of Q550D plate were inspected and its microstructure was analyzed.Test results indicated the structures of trailed Q550D plate were mainly acicular ferrite and granular bainite.Its mechanical properties could well meet the requirement by GB/T1591-2008 Standard and low temperature impact toughness and Z direction properties were especially excellent.

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（收稿 2011-07-20 責編 趙實鳴)

信海喜，男，2007年7月畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學材料成型及控制工程專業(yè)，現(xiàn)任天鋼技術(shù)中心軋鋼研究室副主任，從事新產(chǎn)品研發(fā)及管理工作。